《数字图像处理》研究生双语课教学思路与实践

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　　【摘 要】本文以河南理工大学《数字图像处理》研究生双语课为例，讨论了该课程在教学目的、教学方法、教学组织、实践能力培养等方面的特点，并根据这这些特点，开展面向问题解决的课堂教学、以提供英语能力為目的的文献阅读教学、以培养实践能力为目的的实验教学，提高研究生的科学思维能力、科技论文撰写能力和团队协作能力。双语课在教学内容安排、课堂设计、英文文献阅读、实验安排、学生汇报等方面的建设方法与实践。
　　【关键词】双语教学;数字图像处理;研究生课程
　　中图分类号： TP391.41-4;G642 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0111-002
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.052
　　The Construction and Practice of Digital Image Processing Bilingual Course for Graduate Student
　　LU Bi-bo HuangFu Zhenzhen ZHENG Yan-mei
　　（School of Computer Science And Technology， Henan Polytechnic University， Jiaozuo Henan 454003， China）
　　【Abstract】Taking the bilingual course of Digital Image Processing of Henan University of Technology as an example， this paper discusses the characters on teaching aim， teaching method， teaching organization and practice ability training. Based on these characters， the class teaching aim to problem solving， the literature reading aim to improve English ability and the lab teaching aim to improve practice ability are conducted. These activities help to improve graduate student’s abilities on thinking in science research， science paper writing and cooperation each other in a team.
　　【Key words】Bilingual teaching; Digital image processing; Graduate course
　　0 引言
　　为提高高素质创新人才质量，各高校在研究生人才培养期间根据单位的实际情况开设了研究生双语课程。开始研究生双语课，不仅可提高研究生的国际视野和进行国际学术交流能力，也可使研究生更好的了解国际科技发展的最新动向[1]。
　　我校开设了《数字图像处理》双语课。此课程为计算机科学与技术学硕、计算机技术专硕等类型研究生的选修课。由于数字图像处理、机器视觉、人工智能等学科在近年中发展迅速，研究生对相关领域的兴趣不断增加，学习主动性逐渐增强趣。本课程的基本目的是使学生了解数字图像处理的基本概念、原理、方法及应用，培养和增强学生数字图像处理技能的创新意识，提高实际动手能力、分析和解决问题能力。本文在借鉴和学习前人教学经验的基础上[2]，根据自己的教学实践，介绍该双语课的开设情况和课程建设情况。
　　1 授课内容与教学思路
　　1.1 授课内容
　　课程授课内容包括图像的点操作（包括图像增强、直方图变换）、图像滤波、边缘检测、多尺度分析、角点检测、图像匹配等。其中部分内容较为新颖，如在图像滤波部分介绍了非线性扩散滤波、双边滤波、引导滤波等较主流算法。
　　课程采用“全英文展示，英文讲解为主，中文讲解为辅”的教学模式。以英文原版著作为教材、课件内容为英文;在讲解过程中对主要内容用英文讲解，而对于复杂的内容在英文讲解的基础上稍加中文解释。为顺利完成双语课的课堂教学，在每次授课前，通过网站将英文课件等内容提前发给学生，要求学生提前预习，熟悉教学内容和对应的英文专业词汇，并在课堂上对学生进行随机提问，检查其预习情况。
　　1.2 教学思路
　　在目前的研究生教学中，容易沿袭本科生教学的思路进行教学。但研究生在教学目的、教学方法、教学组织、实践能力培养方面具有自己的特点，需要根据这些特点进行针对性的教学组织和安排。
　　（1）《数字图像处理》作为一门研究生专业课，不仅与本科生课程一样具有传授知识、提高能力的功能，更重要的是还要为学生打开进行科学研究的大门、启发学生进行思考和创新，实现一定的示范和引领作用。
　　（2）数字图像处理技术发展迅速，特别是随着深度学习等新一代人工智能技术的兴起，很多问题都被重新定义和解决。传统的课堂教学内容已经不能适应相关技术的快速发展，也很难激发学生的学习热情。为此，在教学方法要以学生为中心，教师要完成从教学者到引导者的转变，在讲授基本知识的基础上，鼓励学生大量阅读最新文献，引领学生了解最前沿的技术进展。
　　（3）在大多数高校中，研究生教育目前还属于精英教育。与本科生课程相比，研究生专业课的学习人数相对较少，较低的生师比使得更加灵活的教学组织成为可能。在课堂上可以通过师生之间的频繁互动、组织学生开展分组讨论、安排学生进行专题汇报等形式，提高学生参与课堂教学的程度，并培养其良好的思辨意识和团队协作能力。 　　（4）与本科生课程不同，很多高校的研究生课程不安排独立的实验环节，这也是目前研究生教育中较为薄弱的环节之一。对于《数字图像处理》课程而言，需要学生进行编程实现基本的算法，以激发学生的学习热情、提高学生对相关概念、知识和算法的理解，并为后续的算法设计和实现打下良好的基础。
　　2 教学方法与实践
　　2.1 以问题解决为驱动的课程教学
　　在教学中，以实际问题的解决作为教学的出发点，以“问题驱动、设计思想、算法设计、方案效果”为主线进行讲授，使学生能够在课堂上感受到技术发展的全过程，了解和熟悉解决问题、研究创新的思路和方法。如在图像滤波中，以噪声去除为待解决的问题、以加权平均为算法设计的思想、以高斯函数加权作为算法设计的理论基础、以滤波后的图像作为效果进行展示。为了提高学生分析问题的能力，还根据高斯函数的性质，讨论了在离散情形下如何合理选区模板大小以控制误差。此部分的教学安排遵循“循序渐进、由浅入深、由简到繁”的原则，使学生一步一步的了解算法设计时需要考虑的数学推导、参数设置等问题。
　　在具体的教学设计上，注意将课堂教学内容与科研论文撰写中的“引言、算法设计、算法流程、实验结果”的结构相对应，使学生逐渐熟悉研究科学问题的思路和方法，并潜移默化的将科技论文撰写的方法传授给学生。
　　通过以问题解决为目标进行教学，可以将学生快速的从课本上的基本问题带到相关问题研究的前沿，同时熟悉科学研究的思路和方法，为今后硕士研究生阶段的学习打下较好的基础。
　　2.2 面向国际化的文献阅读教学
　　提高英文文献阅读能力、提高学生的国际交流能力是双语课开设的目的之一。在授课过程中，授课教师结合课程内容和相关领域的最新进展，为学生提供大量文献以供閱读。对于课程相关内容，在课堂上讲授相关算法，在课下要求学生阅读原始的英文文献。为使学生掌握最新的技术进展，要求学生查阅Siggraph、Siggraph Asia、CVPR等世界顶级会议的相关网站，根据个人兴趣选取部分文献进行阅读。通过文献阅读，学生不仅加深了课堂内容的理解，也掌握了最新的技术进展。
　　为了提高学生的国际交流能力并体现“以学生为中心”的教育理念，要求每个学生将自己选择的顶级期刊和会议的文献在阅读后进行汇报，汇报内容包括问题背景、算法设计、算法实现、结果演示等内容，每次汇报20-30分钟。通过学生汇报、学生互评、教师总结点评的方式，不仅可以培养学生思考问题、解决问题和国际交流能力，还活跃了课堂气氛、提高了双语课的教学效果。
　　2.3 面向实践能力培养的实验教学
　　由于研究生课程大部分未安排实验学时，而《数字图像处理》还是一门实践性强、应用广泛的课程，因此在课程学习中，安排学生在课下进行编程验证基本理论并实现简单而实用的算法，并在课堂上进行讲授，以检验学生的实验效果。
　　为了让学生深刻了解高斯滤波和LoG算子的内容，要求学生实现高斯函数、高斯函数一阶导数、高斯函数二阶导数的图形绘制，建立学生在理论推导与直观图形之间的联系。为了提高学生的学习兴趣，对Photoshop中的“色阶、曲线、通道混合器、反相、阈值、色调均化、色调分离、查找边缘、最大值、最小值、中间值、添加杂色、浮雕效果、自定义”等十多种功能进行演示，然后提示这些功能与教学知识点之间的联系，并要求学生编程实现。学生在实现这些功能的过程中可以不仅有效提高了动手能力，还获得了很好的满足感，有效激发了学生的学习热情。
　　考虑到学生学生能力的差异，要求学生分组讨论进行算法设计并使用Python、Matlab、C等语言编程进行代码的设计、测试和展示。每组包含2-3人，其中1-2人负责算法实现，1人负责使用英语汇报算法实现过程、展示算法结果，每次汇报5-10分钟。
　　3 结论与建议
　　通过《数字图像处理》研究生双语课建设，利用多种手段增加研究生的英文文献阅读数量、提高查找和阅读英文文献能力、加强其使用英语进行交流的能力。但是在实际教学中，还是存在学生英语基础较为薄弱、英语使用环境较差、参加国际学生交流机会较少等实际问题。
　　【参考文献】
　　[1]孙斌，陈小惠，喻春雨.数字图像处理双语教学中的现代工程能力培养[J].教育现代化，2019，6（07）：31-33+37.
　　[2]郑爱华，涂铮铮，罗斌.计算机专业数字图像处理双语课程的“主题式”教学[J].计算机教育，2016（02）：159-162.
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