研究生课程多元化教学改革探析
论文关键词：研究生 数字图像处理与模式识别 教学改革 211工程
论文摘要：针对硕士研究生在学习“数字图像处理与模式识别”课程中面临的理论与实际脱节、书本知识陈旧和教学手段单一等问题，本文从教材选择、讲授内容和手段、讲授形式和考核方法等方面进行了教学改革的探讨，通过在教学活动中不断实践探索，使学生在学习中不仅学到了丰富的理论知识，而且通过开放的实验环节找到理论应用到实际之中的关键所在，同时带领学生放眼于本领域的热点技术，激发了大家的研究兴趣。本课题已获得“211工程”三期的资助。
1 绪论
学生刚从本科阶段走入研究生阶段，都怀着极大的热情要投身于科学研究中，他们需要通过更多更专业的课程来夯实自身的理论基础，以便使他们能够在科学研究工作中充分发挥自身才华，所以研究生阶段的文化课程具有更强的针对性和实用性。可反观研究生课程现状，选用的教材往往是五年甚至十年之前出版的，其内容已非常陈旧，与信息时代的要求相差甚远；学生反映学到的知识不知如何在实际科研中应用，不了解本领域最新发展方向，学习过程单调枯燥，没有达到研究生课程应有的效果。针对这些问题，作者在多年的教学过程中不断总结原因，不断进行教学改革探索，并在国家“211工程”资助下，开展了研究生“数字图像处理与模式识别”课程的教学改革课题研究。
2 教学改革内容
“数字图像处理与模式识别”课程面对的授课对象包括电子、自动化、计算机、光电、机械、车辆等各个专业的硕士研究生，他们在各自的研究领域都将面临图像处理及识别的实际问题，为了培养学生掌握该领域的基础知识，并能迅速地在研究工作中发挥作用，必须学习本课程，并能灵活应用到各自的研究工作中。本课程从数字图像处理技术的整体知识框架出发，对图像进行一系列处理技术的讨论，经过参数分析与模式识别，使数字图像处理与模式识别技术融为一体，为各个应用领域的理论研究和实际应用奠定基础。
2.1为学生量身打造教材
目前图像处理领域发展非常迅速：3D图像处理技术、3G可视化图像通信技术、高速公路不停车收费技术等都在日常生活中得到广泛的应用，可研究生教材中涉及的教学内容还停留在上世纪90年代的水平，远远不能满足当今社会的需求。为此，作者所在的课题组三位老师撰写的国家“十一五”规划教材《数字图像处理及模式识别（第二版）》，教材更新了一些经典算法，同时根据我们课题组近年在图像处理领域的最新科研成果，将新算法新技术融合到教材当中，使学生能够接触到本领域的前沿技术。另外作为教材的最后一章，作者将一个实际科研项目作为典型实例编入教材中，向学生展示了如何把教材中涉及的理论方法应用到实际工程之中。通过学习本教材，既可掌握经典的图像处理算法，又接触到目前比较先进的图像处理算法，同时又可根据教材提供的很多应用实例和算法源代码，促进学生掌握理论知识与实际问题的结合方法，尽快地运用学到的理论知识进行创新性科学研究。该教材也于2008年获得北京市高等学校精品教材称号。
另外教材附带了一套自主开发的实验软件系统，为学生提供实验平台，包含六个实验：图像的二维傅里叶变换及性质、图像的编码、图像的参数分析、图像的平滑与锐化、图像的运动模糊及去模糊、图像的匹配识别。该软件界面友好，通用性强，结构开放，可二次开发，可以激发学生在完成实验的基础上积极动脑去完善现有实验，开发新的实验。
2.2改进授课内容
根据研究生的特点，课堂上除了讲授基础的理论知识以外，主要针对当前比较热门和先进的数字图像处理方法，以及学生们比较感兴趣的知识点，以专题研讨的形式进行研究和讨论。例如针对预防犯罪分子进行犯罪活动方面，可以通过人脸识别的方法在可视频监控的区域进行自动人脸特征提取，并用犯罪分子图库进行比对。大家对这个技术很感兴趣，对技术细节进行了热烈的讨论，各抒己见，通过这种专题讨论，活跃了课堂气氛，增加了学生主动参与的机会，激发了学生的学习热情和创造灵感。
同时教学中注重设计了一些新颖的课题，留给学生课后思考、调研，课上教师与学生进行研究和讨论，增强教与学的双向互动和交流，避免被动式灌输知识，激发学生的学习积极性、主动性和创造性。
结合实际科研成果，将一些数字图像处理系统的实例引入教学。例如将嵌入式多通道数字图像采集处理系统作为例子，讲解系统实现的原理、图像处理算法的应用及编程实现过程等等，这样既避免了抽象知识的讲授，又满足了学生对数字图像处理系统的软、硬件平台设计方法的掌握，真正达到学以致用。
2.3讲授手段综合应用
除了常规的教学手段以外，更多地应用现代多媒体技术来授课，包括展示图片、播放视频。恰巧多媒体教学技术本身就是多种数字图像处理技术的一个综合应用，所以利用多媒体教学技术来讲课就是本门课程涉及的各种技术在实际生产生活中的一个很好的应用实例。目前教学主要采用课堂讲授，电子课件与板书相结合，课内实验与课外实验相辅助，摒弃灌输式教学方法，倡导启发式教育，讲授课本知识的同时注意拓宽学生知识面，加强学生创新能力的培养，使学生的理论基础和实践应用能力同步得到提高，取得了较好的教学效果，几位教师的学生评价结果皆为优秀。
通过搭建一些算法平台，给学生提供可选择、有侧重、可设计的实验环境，弥补本课程没有专门实验的缺点，通过这些平台可以开启学生的创新研究和实践欲望。实践环节提供自主开发的图像采集与跟踪系统软硬件实验，学生可自己对实验进行设计并实时验证，另外提供一些比较新颖的实验题目供学生选做，在学习同时通过实验加深对知识的理解和掌握。同时将相关课件、资料等放置到网络，供学生访问下载，并提供Email信箱与学生答疑和沟通。
2.4讲授人员因需而变
除了授课教师外，根据当前研究热点和学生感兴趣的方向，邀请具有专门科研经验和知识的博士生，以研讨的形式进行某个知识点的讨论，以拓展学生的知识面，实现宽泛的知识教育，同时使学生了解最前沿的学科方向。
2008年邀请了张健博士做了“H.264转换编码研究与改进”的专题讲座；2009年邀请了姜薇博士做了“人脸识别算法研究”专题讲座。通过博士生的讲座，大家了解了研究生阶段的科研工作，极大带动了学生的求知欲，课堂讨论热烈，很多同学与两位博士课下进行了多次交流，为他们在学术上起到启迪作用。同时，大胆地邀请了一名同年级的硕士生站到讲台上，就“基于四元数FFT的水印嵌入算法”进行了专题讨论，面对这个全新的领域，很多同学被深深震撼了，同时感到了压力和差距，触动学生从主观意识上对本门课产生兴趣，掀起理论课程联系实际项目的学习热潮。
2.5教学思想的讨论与转变
研究生教学的目的不是要学生只掌握书本的知识，也不是必须进行卷面考核。特别是本门课程的实践性很强，所以本课程通过提供几个具有综合性、设计性的命题，结合我们提供的一些平台，让学生自己完成方案设计、命题的实现，更鼓励同学自己提出命题来进行研究实现，以期使学生真正融会贯通本门课程的思想精髓，更好地解决理论知识和科研能力的衔接，也真正实现本门课程的以素质为基础、知识为手段、实践为中介、能力为目标的教学宗旨。
3 教学改革总结
由于本课题组教师在“数字图像处理与模式识别”这门课中一直贯穿着先进的教育理念，得到了全校学生的认可，教学效果良好，2010年听课人数达到了169人，并有不同专业的多名博士生进行了旁听。
经过了几位教师的努力，本门课的教学改革已见成效，使“教”与“学”达到了有机的平衡和统一，教师知道学生想学什么，学生知道理论知识如何应用，真正达到学以致用，并会在实际科研工作中总结问题，运用理论知识来解决实际问题，也达到了研究生教学改革的目的。
参考文献：
[1]冈萨雷斯.数字图像处理[M].第2版.北京：电子工业出版社，1998.
[2]冈萨雷斯.数字图像处理（Matlab版）[M].北京：电子工业出版社，2006.
[3]沈庭芝，王卫江，闫雪梅.数字图像处理与模式识别[M].北京：北京理工大学出版社，2007.
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