研究生課程多元化教學改革探析
論文關鍵詞：研究生 數字圖像處理與模式識別 教學改革 211工程
論文摘要：針對碩士研究生在學習“數字圖像處理與模式識別”課程中面臨的理論與實際脫節、書本知識陳舊和教學手段單一等問題，本文從教材選擇、講授內容和手段、講授形式和考核方法等方面進行了教學改革的探討，通過在教學活動中不斷實踐探索，使學生在學習中不僅學到了豐富的理論知識，而且通過開放的實驗環節找到理論應用到實際之中的關鍵所在，同時帶領學生放眼于本領域的熱點技術，激發了大家的研究興趣。本課題已獲得“211工程”三期的資助。
1 緒論
學生剛從本科階段走入研究生階段，都懷著極大的熱情要投身于科學研究中，他們需要通過更多更專業的課程來夯實自身的理論基礎，以便使他們能夠在科學研究工作中充分發揮自身才華，所以研究生階段的文化課程具有更強的針對性和實用性。可反觀研究生課程現狀，選用的教材往往是五年甚至十年之前出版的，其內容已非常陳舊，與信息時代的要求相差甚遠；學生反映學到的知識不知如何在實際科研中應用，不了解本領域最新發展方向，學習過程單調枯燥，沒有達到研究生課程應有的效果。針對這些問題，作者在多年的教學過程中不斷總結原因，不斷進行教學改革探索，并在國家“211工程”資助下，開展了研究生“數字圖像處理與模式識別”課程的教學改革課題研究。
2 教學改革內容
“數字圖像處理與模式識別”課程面對的授課對象包括電子、自動化、計算機、光電、機械、車輛等各個專業的碩士研究生，他們在各自的研究領域都將面臨圖像處理及識別的實際問題，為了培養學生掌握該領域的基礎知識，并能迅速地在研究工作中發揮作用，必須學習本課程，并能靈活應用到各自的研究工作中。本課程從數字圖像處理技術的整體知識框架出發，對圖像進行一系列處理技術的討論，經過參數分析與模式識別，使數字圖像處理與模式識別技術融為一體，為各個應用領域的理論研究和實際應用奠定基礎。
2.1為學生量身打造教材
目前圖像處理領域發展非常迅速：3D圖像處理技術、3G可視化圖像通信技術、高速公路不停車收費技術等都在日常生活中得到廣泛的應用，可研究生教材中涉及的教學內容還停留在上世紀90年代的水平，遠遠不能滿足當今社會的需求。為此，作者所在的課題組三位老師撰寫的國家“十一五”規劃教材《數字圖像處理及模式識別（第二版）》，教材更新了一些經典算法，同時根據我們課題組近年在圖像處理領域的最新科研成果，將新算法新技術融合到教材當中，使學生能夠接觸到本領域的前沿技術。另外作為教材的最后一章，作者將一個實際科研項目作為典型實例編入教材中，向學生展示了如何把教材中涉及的理論方法應用到實際工程之中。通過學習本教材，既可掌握經典的圖像處理算法，又接觸到目前比較先進的圖像處理算法，同時又可根據教材提供的很多應用實例和算法源代碼，促進學生掌握理論知識與實際問題的結合方法，盡快地運用學到的理論知識進行創新性科學研究。該教材也于2008年獲得北京市高等學校精品教材稱號。
另外教材附帶了一套自主開發的實驗軟件系統，為學生提供實驗平臺，包含六個實驗：圖像的二維傅里葉變換及性質、圖像的編碼、圖像的參數分析、圖像的平滑與銳化、圖像的運動模糊及去模糊、圖像的匹配識別。該軟件界面友好，通用性強，結構開放，可二次開發，可以激發學生在完成實驗的基礎上積極動腦去完善現有實驗，開發新的實驗。
2.2改進授課內容
根據研究生的特點，課堂上除了講授基礎的理論知識以外，主要針對當前比較熱門和先進的數字圖像處理方法，以及學生們比較感興趣的知識點，以專題研討的形式進行研究和討論。例如針對預防犯罪分子進行犯罪活動方面，可以通過人臉識別的方法在可視頻監控的區域進行自動人臉特征提取，并用犯罪分子圖庫進行比對。大家對這個技術很感興趣，對技術細節進行了熱烈的討論，各抒己見，通過這種專題討論，活躍了課堂氣氛，增加了學生主動參與的機會，激發了學生的學習熱情和創造靈感。
同時教學中注重設計了一些新穎的課題，留給學生課后思考、調研，課上教師與學生進行研究和討論，增強教與學的雙向互動和交流，避免被動式灌輸知識，激發學生的學習積極性、主動性和創造性。
結合實際科研成果，將一些數字圖像處理系統的實例引入教學。例如將嵌入式多通道數字圖像采集處理系統作為例子，講解系統實現的原理、圖像處理算法的應用及編程實現過程等等，這樣既避免了抽象知識的講授，又滿足了學生對數字圖像處理系統的軟、硬件平臺設計方法的掌握，真正達到學以致用。
2.3講授手段綜合應用
除了常規的教學手段以外，更多地應用現代多媒體技術來授課，包括展示圖片、播放視頻。恰巧多媒體教學技術本身就是多種數字圖像處理技術的一個綜合應用，所以利用多媒體教學技術來講課就是本門課程涉及的各種技術在實際生產生活中的一個很好的應用實例。目前教學主要采用課堂講授，電子課件與板書相結合，課內實驗與課外實驗相輔助，摒棄灌輸式教學方法，倡導啟發式教育，講授課本知識的同時注意拓寬學生知識面，加強學生創新能力的培養，使學生的理論基礎和實踐應用能力同步得到提高，取得了較好的教學效果，幾位教師的學生評價結果皆為優秀。
通過搭建一些算法平臺，給學生提供可選擇、有側重、可設計的實驗環境，彌補本課程沒有專門實驗的缺點，通過這些平臺可以開啟學生的創新研究和實踐欲望。實踐環節提供自主開發的圖像采集與跟蹤系統軟硬件實驗，學生可自己對實驗進行設計并實時驗證，另外提供一些比較新穎的實驗題目供學生選做，在學習同時通過實驗加深對知識的理解和掌握。同時將相關課件、資料等放置到網絡，供學生訪問下載，并提供Email信箱與學生答疑和溝通。
2.4講授人員因需而變
除了授課教師外，根據當前研究熱點和學生感興趣的方向，邀請具有專門科研經驗和知識的博士生，以研討的形式進行某個知識點的討論，以拓展學生的知識面，實現寬泛的知識教育，同時使學生了解最前沿的學科方向。
2008年邀請了張健博士做了“H.264轉換編碼研究與改進”的專題講座；2009年邀請了姜薇博士做了“人臉識別算法研究”專題講座。通過博士生的講座，大家了解了研究生階段的科研工作，極大帶動了學生的求知欲，課堂討論熱烈，很多同學與兩位博士課下進行了多次交流，為他們在學術上起到啟迪作用。同時，大膽地邀請了一名同年級的碩士生站到講臺上，就“基于四元數FFT的水印嵌入算法”進行了專題討論，面對這個全新的領域，很多同學被深深震撼了，同時感到了壓力和差距，觸動學生從主觀意識上對本門課產生興趣，掀起理論課程聯系實際項目的學習熱潮。
2.5教學思想的討論與轉變
研究生教學的目的不是要學生只掌握書本的知識，也不是必須進行卷面考核。特別是本門課程的實踐性很強，所以本課程通過提供幾個具有綜合性、設計性的命題，結合我們提供的一些平臺，讓學生自己完成方案設計、命題的實現，更鼓勵同學自己提出命題來進行研究實現，以期使學生真正融會貫通本門課程的思想精髓，更好地解決理論知識和科研能力的銜接，也真正實現本門課程的以素質為基礎、知識為手段、實踐為中介、能力為目標的教學宗旨。
3 教學改革總結
由于本課題組教師在“數字圖像處理與模式識別”這門課中一直貫穿著先進的教育理念，得到了全校學生的認可，教學效果良好，2010年聽課人數達到了169人，并有不同專業的多名博士生進行了旁聽。
經過了幾位教師的努力，本門課的教學改革已見成效，使“教”與“學”達到了有機的平衡和統一，教師知道學生想學什么，學生知道理論知識如何應用，真正達到學以致用，并會在實際科研工作中總結問題，運用理論知識來解決實際問題，也達到了研究生教學改革的目的。
參考文獻：
[1]岡薩雷斯.數字圖像處理[M].第2版.北京：電子工業出版社，1998.
[2]岡薩雷斯.數字圖像處理（Matlab版）[M].北京：電子工業出版社，2006.
[3]沈庭芝，王衛江，閆雪梅.數字圖像處理與模式識別[M].北京：北京理工大學出版社，2007.
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