毕业论文（设计）-“图像处理与分析” 课程中学生实践能力培养初探44527.doc

专业好文档 “图像处理与分析”课程中学生实践能力培养初探 曹江中 戴青云（广东工业大学信息工程学院，广东，广州，510006）摘要：图像处理与分析是一门实践性很强的专业课，如何在课程中培养学生的实践能力是该门课程教学的一个重要课题。本文就这个课题分别从学习兴趣、学习动机、实验设置、课程设计等方面进行了探讨。关键词：图像处理与分析 实践能力 中图分类号：G642 The Preliminary Study on Fostering the Students Practical Ability in Image Processing and analysisCAO Jiang-zhong, DAI Qing-yun， (Information Engineering College, Guangdong University Of Technology, Guangzhou ,510090，China )Abstract: Image Processing and analysis is a professional course with much practice. How to foster the student practical ability is an important aim of the course and is discussed in several aspects in the article.Key words: Image Processing and analysis; practical ability一、引言培养具有动手实践能力和创新能力的高素质人才是当前高等院校工科专业教学改革的重要任务，也是造就适应科学技术发展和21世纪社会需求合格人才的重要举措。“图像处理与分析”是信息工程本科专业一门重要的专业课程，涉及到许多新兴的信息技术领域（如：数字电视，IPTV，3G手机），有较深的理论性，又有较强的实践性。在使学生掌握图像处理专业知识与技能的同时，培养学生动手实践能力、分析、解决实际问题的能力以及创新能力是这门课程的主要目标。本文就学习兴趣、学习动机、实验设置、课程设计等方面对如何培养学生动手实践能力这个课题进行了初步的探讨。二、把握教材的特点，激发学生的学习兴趣，提高学生的学习主动性兴趣是最好的老师，是学习的动力和源泉。如果学生缺乏学习兴趣，仅靠考试压着去学，无异于牛不喝水强按头，是不会有好的学习效果的，更谈不上实践能力的培养，因此，在学科教学过程中必须注意培养学生的学习兴趣，只有让学生对这门课程产生了兴趣，才会发挥学生学习的积极性、主动性。“图像处理与分析”这门课程虽然有较深的理论性，有入门门槛较高、难学的特点，但由于与数字电视，IPTV，3G手机，安防等许多新兴的IT领域联系紧密，与信息工程专业学生未来的职业有较紧密的关联，同时又由于这门课程的内容本身具有较强的可实践性，因此，学生在课程学习开始往往具有较浓厚的兴趣。现在通用的教材往往只包括了图像处理技术的相关理论与算法。对于图像处理的技术应用涉及甚少，如果仅仅讲授书本知识，照本宣科的话，原本具有吸引力的知识就会变得枯燥无味，学生的浓厚兴趣就会在现实与认识的差距中逐渐消失。因此，在讲授课程的过程中一定要将书本知识与实践联系起来，与工程应用相关联，这样才能符合工科学生的学习“胃口”，才会使学生的兴趣高涨。比如，在讲授“图像压缩”时，可以将该知识与目前热门的3G手机，数字电视联系在一起，介绍当前图像压缩在其中的作用；在讲授“直方图均衡化”时可以讲解它在“指纹识别”、“车牌识别”等具体项目工程中的具体应用等等。同时，由于这门课程的研究对象是图像，非常符合“图文并茂”的多媒体教学方式，因此，在介绍算法和知识点时，也尽量同步地演示处理结果，通过举例、变式等方式让抽象的知识具体化，复杂的算法简单化。比如，在讲解时域与频域关系时，可以将一幅图像在频移的信息与在时域的信息同时显示在屏幕上，通过改变图像时域的信息来观看图像频域的变化，或通过图像频域信息的改变来看图像时域的变化，使学生直观地建立时域与频域的关系，实践证明，这要比抽象地理论讲解效果好得多。三、采取多种措施，激发学生学习动机学生的兴趣不仅仅需要激发，激发后同样需要保持。如何保持学生已有的兴趣，并且将这种兴趣变为实际的主动学习行为呢？这就需要学习动机的激发。学习动机是指为激发个体进行学习活动，维持已引起的学习活动，并致使行为朝向一定的学习目标的一种内在过程或内部心理过程1。心理学研究表明：学习动机对学习有较大的影响。学习动机强的学生在学习活动中表现出较高的学习积极性，他们在学习中能专心致志，具有持久的热情，遇到困难时有顽强的自制力和坚强的毅力。反之，缺乏学习动机的学生，必然学习积极性低。因此，激发学生的学习动机对于教学效果的提高、学生实践能力的培养具有至关重要的作用。激发学生学习动机的措施有许多，在“图像处理与分析”这门课程中，我们采用了以下几点。首先，创设问题情景，做到一步一个台阶。所谓问题情景就是一种适度的疑难情景，是一种需要学生努力克服，而又是力所能及的学习情景。通过创设问题情景，可以使新的学习内容与学生已有的水平构成一个适当的梯度，利于学生不需要克服太大的困难就能沿着知识的台阶不断得到提升，保持学习的积极性。其次，把握好评价尺度。学习效果是可观的，对它的评定要遵循一定的客观标准，但是学生对它的感觉却是主观的，因此，我们因根据具体的问题以及学生已有知识结构的个体差异，采取适当的评价，使学生保持学习上的成功体验，激发其学习动机。再次，利用大学生增强好胜的心理，组织一些学习竞赛。这种学习竞赛形式多样，规模可大可小。比如在学习一个新的难点时，看谁能在短时间内把它理解透彻，或者在课外要求学生编程完成一个算法，将算法处理结果进行评比等等。四、提高实验设置的层次性，因材施教培养实践能力实验操作是“图像处理与分析”课程的一个非常重要的部分，一方面可以通过上机实践验证、应用书本中的知识，便于加深对知识的理解，另一方面可以培养学生的动手实践能力和工程应用能力。实践证明：实验的设置对于学生实验效果起着非常重要的作用。已往的“图像处理与分析”实验通常是根据教学大纲设置几个较为固定的实验，不同层次的学生，不同届的学生操作的是同样的实验。基础薄弱的学生觉得实验太难，做也是白做，基础好的学生觉得实验太容易，做与不做是一样，在操作平台上也是整齐划一，跟学生的实际情况存在较大差异。因此整个实验下来，学生的积极性大打折扣，实验效果可想而知。为此，“图像处理与分析”实验设置的层次性需要提高，让学生能根据自己实际情况来选择实验。这里实验设置的层次性主要有二个意思：一是根据大纲分别设置验证性、设计性、应用性和综合性四种层次实验。同一个实验的实验目的是一样的，但实验内容，实验步骤，实验方式可以不同。这样可以让不同层次的可以根据自身的情况选择不同的内容。比如，在做“中值滤波”实验时，可以用MATLAB软件中图像处理工具箱中的函数，也可以自己编程一步一步实现，具体应用那种方式，主要取决于学生的个体实际水平。二是指实验的操作平台要多样化，这里的操作平台指实现图像处理算法的编程环境。目前常用的有MATLAB，VC+,VB等等。由于每种开发平台都有其优点，并且每个学生掌握的平台也不同，因此，在实验设置时应允许不同的学生采用不同的平台来完成同一个实验。偏工程应用的学生可以采用VC，偏算法仿真的学生可以采用MATLAB2,3。这样通过提高实验设置的层次性，可以让不同的学生根据自己的具体情况找到锻炼自己最佳的实验方式，真正做到因材施教培养学生实践能力。五、加强课程设计的指导，强化实践能力课程设计是学完一门课后应用本课程知识及以前的知识积累而进行的综合性、开放性的训练，是培养学生知识应用、工程意识和实践创新能力的重要环节。因此，在课程设计过程中应加强课程设计的指导。加强课程设计的指导主要体现在下列两方面：一是加强选题的指导。由于“图像处理与分析”课程的内容具有广泛的应用性，课程设计尽可能选择具有工程背景的课题，课题的选择不求大、全，只要能锻炼学生应用所学知识去解决实际工程问题即可。比如：可以选取“虹膜识别”工程中的图像归一化这个小课题，也可以选择“虹膜识别”工程中虹膜预处理这个较大的课题，其实无论那个课题，都涉及到广泛的图像处理技术，都可以让学生的动手能力得到锻炼的。二是加强方法的指导。指导他们如何充分利用与课题相关的资源，如何将课题细化、如何进行分工、合作，如何寻求帮助，如何把握课题进度、如何进行项目管理等等，主要是让学生在课程设计中体验做工程项目的基本方法、步骤，加强其实践能力。比如MATLAB软件中的帮助文档和函数的源代码对许多图像处理的算法都有详细的描述，在课程设计中，学生遇到一些常规算法方面的问题时，就可以指导他们学习查阅资料。总之，课程设计的实践性和工程应用性很强，教师应该重点抓住这个环节，加强指导，提高学生的动手实践能力。六、结论图像处理与分析是一门实践性很强的专业课，在课程中培养学生实践能力是课程教学的一个重要课题，也是工科本科教学的一个基本要求。本文就这个课题进行了初步的探讨，但这只是培养学生实践能力的几点体会。我们只有在教学过程中不断积极地进行探索实践，多方位，多角度地采取、改进措施，才能充分地培养学生的实践能力，才能增加我们培养的学生在未来职场竞争中的优势。参考文献：1教育部人事司 组编. 高等教育心理学. 北京：高等教育出版社，1999.9， p156-157.2戴青云，郑胜林，陈长缨等.VC与图像处理与分析的组合教学及其网络CAI的研制. 广东工业大学学报（社会科学版）. 2002.2，p833何东键 主编. 数字图像处理.西安：西安电子科技大学出版社，2003.7，p10-11.作者简介：曹江中（1976），男，汉族，助教，软件设计师，硕士，主要研究方向：图像处理技术与应用。戴青云（1965），女，汉族，教授，博士，主要研究方向：图像处理与模式识别，企业信息化。Editor's note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the world's first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, I've still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me, you'd hear my foot tapping rapidly under my desk. I'm anxious for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert.It's like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space.You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line "we" would be go for launch.I feel this mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into uncharted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it was over.How claustrophobia almost grounded supersonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and "capcom" (capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, "Fearless Felix" will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, he'll be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes it's not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it won't. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way I'd miss this.