基于“互联网+”多平台互动的《数字图像处理》课程教学方法探讨
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作者:刘明堂 刘河潮
摘要：随着“互联网+”时代的到来，《数字图像处理》课程传统教学方法难以适应新时代创新人才培养的要求。本文提出了基于“互联网+”多平台的《数字图像处理》互动教学方法，首先完善数字图像处理学科体系，构建“互联网+”多平台的教学资源，然后利用互联网资源来进行学习程序设计和网络实验教学，同时通过电脑、手机、平板电脑等智能终端来模拟图像处理实验。最后，指导学生将模拟的程序在图像处理试验箱上进行实验和仿真，实现多平台互动的教学实践活动。基于“互联网+”多平台互动的教学方法提高了《数字图像处理》课程的教学效果，有机地适应了未来教育的需要。
关键词：数字图像处理；教学方法；互联网+；学科体系；多平台互动
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）06-0197-03
一、引言
《数字图像处理》是电子信息类专业的核心课程，主要讲授数字图像的获取、处理和分析的原理及方法[1]。随着互联网技术跨越式发展，数字图像处理技术的新理论、新算法、新新设备、新应用等层出不穷[2]。《数字图像处理》需要很多学科的交叉性知识，所涉及的知识理论和技术领域非常多。《数字图像处理》课程知识点多且难，但其学时少，传统的教学方法和教学方式存在很多问题，容易导致该课程教学理论强，但却与实际应用相脱节。
然而，传统的“数字图像处理”课程教学存在重理论、轻实践，课堂讲授效果不理想等问题，迫切需要进行教学方法的探讨，以此来适应新时代创新人才培养的要求[3]。当前，我国实施“一带一路”倡议以及“中国制造2025”、“互联网+”等重大战略，都以创新驱动发展为导向，加快了工程教育改革创新的步伐[4]。工程教育专业认证是以学生为中心的教育理念[5]。“新工科”的建设，需要高等教育与实际应用更加紧密地结合在一起。
随着互联网技术的不断发展，探索移动互联网环境下大学生自主协同学习模式也成为当下探讨的一大热点[6]。由于移动互联网打破了原有的时间和空间限制，为学生提供了丰富多样的学习资源渠道，增加了学生自主学习和实践的选择性。“互联网+”多平台互動的教学方法可以利用互联网技术将电脑、手机、平板电脑等智能终端和传统课堂教学平台有机结合，让互联网与传统教学资源进行深度融合，提升学生的实践能力和创新力。为了有效提高《数字图像处理》课程的教学质量，本文提出了基于“互联网+”多平台互动的“数字图像处理”课程教学方法，首先查找“数字图像处理”传统教学存在的问题，然后探讨基于“互联网+”多平台互动的“数字图像处理”课程教学方法，最后指导学生进行实验和仿真，实现多平台互动的教学实践活动。
二、传统教学存在的问题
1.实践环节偏弱。《数字图像处理》的传统教学模式没有偏重于实践活动，图像的获取、图像文件的编码格式、图像滤波与增强、图像压缩、图像的分割与识别等都偏重于基本理论和算法，而学生对于实际应用相关的知识和技术接触太少，由此造成课程实践环节不完备。
2.课程知识体系不完备。《数字图像处理》单纯的课堂教学不利于激发学生的学习兴趣和积极性，其大量的理论推导和算法分析使教师和学生都面临着巨大的挑战。在新课改的背景下，《数字图像处理》应该在教学过程中做到真正激发学生的学习兴趣和实践积极性。另外数字图像处理内容涉及到《高等数学》、《矩阵论》、《数字信号处理》、《概率论》等多个交叉课程，与科技前沿和实践应用密切相关。
3.“互联网+”没有真正结合。在“互联网+”飞速发展的当今时代，人工智能、大数据、深度学习等新兴理论和科技应用的推动下，《数字图像处理》理论和技术也已经与时俱进。“互联网+”需要将传统的理论和技术以及工具，比如图像处理软件Photoshop、MATLAB或Open CV，让学生在学习图像处理知识，积极在“互联网+”环境下深入学习，及时进行实践和再升华。由此，探讨基于互联网的教学方法显得尤为重要。“互联网+”不会取代数字图像处理的传统教学模式，但是会让传统教学焕发出新的活力。
三、基于“互联网+”多平台的互动教学
1.构建“互联网+”多平台。针对“互联网+”的环境下，“数字图像处理”要加强实践性的特点和特色，综合利用教材、多媒体息、图形化软件和网络论坛等网络资源，从课堂、教材、实验、认识实习和毕业实习等诸多实践环节。《数字图像处理》课程采用板书授课、多媒体、微课和慕课以及网络论坛等“互联网+”多平台的教学手段。对于数字图像处理中较经典的理论和算法，以课堂面授和板书推导为主，然后指导学生在“互联网+”多平台上进行实践和升华，最后教师再在课堂上对相关图像处理的结果进行演示，以加强学生对图像处理的知识理解。
“互联网+”多平台互动的教学方法是利用互联网技术将电脑、手机、平板电脑等智能终端和传统课堂教学平台有机结合，让互联网与传统课堂教学进行有机交叉。结合电子类专业的具体要求，运用C语言、MATLAB、LabVIEW等相关图像处理软件工具包和网络开发平台，使抽象理论和程序形象化，激发学生的兴趣和积极性。例如，建立图像处理的标准图片测试用图库，建立了一般图像、医学图像、水利工程图像、农田信息图像和农作物图像等作为测试库；在多媒体课件方面，提供从国内外知名大学和一些典型网站论坛的数字图像处理的电子书和典型程序，供学生自学和实践应用；在代码方面，提供了任课教师有关数字图像处理方面的项目源代码和图像处理具体的应用程序，使学生自己重新体验图像处理的应用效果，加深对图像处理课程的体验式学习。
2.利用“互联网+”丰富资源。利用“互联网+”的多平台，把图像处理课程的大纲及教学要求、电子教材、授课PPT、发布习题以及相关参考实验资料都上传到该网络平台，这样就可以让学生不受空间和时间的限制，学生们就可方便地通过网络进行实践和学习，通过网络可以与教师以及全国和世界范围内的同学交流学习，学生不再畏惧老师，可以就自己感兴趣的话题、问题等在网络上进行讨论。教师也可以很方便地随时随地及时进行回复和解答，同时可以让学生参与自己的科研项目，让学生参与讨论关于图像处理方面应用方面的话题，激发学生的实践主动性。在“互联网+”多平台上构建一个虚拟的教学环境，在课堂上和“互联网+”平台上可进行图像处理教学和实践，同时使学生和教师都可以在网络平台实现了资源共享，互动学习，为开展多种形式的教学方法打下基础。老师把自制的课件、项目程序放到“互联网+”上，让互联网成为老师和学生自主和开心学习的“互联网+”平台。 “互联网+”的图像采集设备和网络平台上的图像库包括大量的不同图像格式，如BMP、TIFF、JPG、GIF等“互联网+”格式，同时在网络平台构建微项目教学软件，使得学生可在网络上学习和练习以及主动交流。针对课堂所讲的每一章节，利用Matlab的GUI建立电脑摄像头获取图像和学生自己的图像进行处理，让学生进行实践。此外，每个章节给出图像处理相关习题，学生可以自主完成，从而增强学生的动手实践动手能力。同时，学生也可以在网络平台上开发新的教学软件，激发学生的兴趣，培养其创新能力。
3.应用网络平台进行微项目教学。网络环境下图像处理教学组织的内部教学资源是非线性的，学生可任意在各个“互联网+”模块里浏览。学生自主学习网络环境下的知识，教师不再是知识的演讲者和组织者，要在教学过程中起到辅导、督促和考核全体学生的作用。学生可以根据自己的需要在构建的平台上查找自己需要的图像处理资料，然后在平台上进行处理与优化。老师也可以网上教学，其拥有一个适应自学的强有力的软件支持结构。
本文将图像处理的内容结合当前应用，把和图像处理相关的科研项目以“微项目”形式引入课堂教学中。以“高填方渠道水泥坡面图像检测与处理”项目为例，该项目是河南省科技厅科技攻关项目的一部分。我们把项目分成各个子项目，在课堂上和学生讨论具体流程，然后按照流程分解为高填方渠道水泥坡面图像检测、拼接、处理、裂缝全景图像展示、图像高效存储、裂缝图像增强、裂缝图像宽度和长度测量等8个微项目。在授课过程中，如讲解图像滤波和分割的时候，可以结合微项目“水表远程图像采集和增强”进行讲解。通过引入实际的科研项目，不仅能够增加数字图像处理课程教学的趣味性，还能够培养学生分析发现问题的能力和实际解决问题的能力。
4.构建良好的网络学习环境。在保持专业认证的核心课程基础上，在“互联网+”多平台将图像处理学科具有代表性的教学成果对比其达成度。其次，在“互联网+”多平台上将一些现代经典的科研论文和前沿科技，以补充授课的形式，作为教学内容的新补充，将一些数学基础要求较高和难懂的内容，如图像分割和边缘提取等作为选修内容，供有兴趣和有能力的学生学习，“互联网+”网络教学的开展以及使用形成了新的学习局面，例如：网上的学术讨论、资源共享和项目互帮和问题互相解答，同学们积极参与，乐在其中，从而给学生创造出良好的学习环境，培养出新工科所需要的创新型和综合型人才。
四、结语
随着社会的发展和科技的进步，《数字图像处理》课程的教学改革和实践也应不断吸收新知识、新技术，根据教学内容灵活运用各种教学方法。基于“互联网+”多平台的数字图像处理教学方法为数字图像处理课程教学提供了有效的方法，让课堂教学更加生动活泼，课后实践更加兴趣盎然。教学实践表明，基于“互联网+”多平台的图像处理教学将传统课本和网络资源进行整合优化，有利于学生自主学习、个性化学习，最大限度地实现因材施教的原则，是学生最大限度获得所需知识，准确快速获得最新技术和信息的基础，有效加强了学生亲自动手能力和实际操作水平。“互联网+”多平台的数字图像处理教学方法加深了学生对讲课内容的理解，激发了学生的学习热情和钻研精神，提高了教学效率和质量。
参考文献：
[1]胡伏原，班建民，程成，等.数字图像处理课程的“微项目”教学模式[J].计算机教育，2016，264（12）：106-108.
[2]R.C.Gonzalez，R.E.Woods，S.L.Eddins.数字图像处理（MATLAB版）[M].第2版.阮秋琦，译.北京：电子工业出版社，2014.
[3]肖志勇，刘建军，宋晓宁，等.《数字图像处理》课程教学改革探索研究[J].教育教学论坛，2017，（03）：86-87.
[4]黄浩，刘泱杰，李岳彬，等.强化互联网应用的《数字图像处理》课程教学探索[J].教育现代化，2018，（13）.
[5]李花，刘晓东，王枫，等.基于工程教育专业认证理念的专业应用能力实践教学研究[J].教育教学论坛，2017，（1）：174-175.
[6]何涛，李华忠，魏勇，等.移动互联环境下软件类专業自主协同学习模式研究[J].深圳信息职业技术学院学报，2015，（1）：68-73.
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