以应用为引导的教学在光电图像处理中的应用

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LABORATORY SCIENCE

验

室

科

第

19卷第6期2016年12月Vol. 19 No. 6 Dec. 2016

以应用为引导的教学在光电图像处理中的应用

王晋疆，陈晓冬

(天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072)

摘要：全日制工程专业硕士研究生的培养是我国研究生教育发展的一项重要改革，此项改革旨在培养有一

定工程实践能力的高层次人才，因此改革涉及培养目标，教学计划，实践能力及学位论文等方面。天津大学 在光学工程专业硕士学位研究生的培养方面进行了探索，以该专业的必修课程改革为例，将工程实践能力的 培养与课程讲授相结合，采用以应用实例为引导的翻转课堂教育模式，增加学生在实验及实践过程中的学习 能力，满足了课程改革和培养目标的要求。关键词：硕士；翻转课堂；光电图像处理

中图分类号：G3

文献标识码：A

doi:10.3969/j.iwn.1672-4305.2016.06.038

Study of opto-electronic image processing with apply as a guide

WANG Jin-jiang， CHEN Xiao-dong

(School of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Abstract ： The full time master education is an important reform in high education which aim is to de­

velop the student ability of practice. This reform includes the target of educate，study plans，practice a­bility and thesis. Some reform results about graduate education have been studied in Tianjin University. This paper will discuss the application as a guide and be used in the class study which will improve the student’s ability of practice. The class adopts the flipped classroom which will improve the experiment and practice abilities and meet the demand of reform and education.

Key words： master； flipped classroom； opto-electronic image processing

并重的开始。今后我国研究生的培养将逐步过渡到 以全日制硕士专业学位培养为主体。

近几年，学位办，全国工程专业学位研究 生教育指导委员会，中国学位与研究生教育学会工 程专业学位工作委员会及各专业的硕士专业学位教 学指导委员会对此次改革进行了深人探讨并起草了 多项制度文件，对专业学位研究生的培养环节进行 规范。

在总体指导意见的指导下，各专业委员会对于 指导意见进行了深人探讨，在上述四个方面均取得 了较大进展，并且在培养单位、学生及用人单位间逐 步达成了共识。结合国外的经验和我国研究生培养 的特点，对专业学位研究生的培养进行了研究和探 索[4-5]。然而在目前的培养过程中，受到一些原有 培养模式的惯性影响，还存在一些值得探索和改进 的地方。本文将以天津大学光学工程全日制硕士学 位研究生培养中的核心课程改革为例，介绍专业学

全日制硕士专业学位的研究生培养是我国研究 生教育领域的一项重要改革。其主要目的是更好地 适应社会和经济发展对于高层次应用型人才的需 要，教育部设置了以应届本科毕业生为主的全日制 专业学位研究生教育[1-2]。2009年1号文件《教育 部关于做好全日制硕士专业学位研究生培养工作的 若干意见》提出了今后我国将正式全面开展全日制 硕士专业学位研究生的培养。文件内容包括培养目 标的定位、教学计划要求、实践能力要求及学位论文 要求四个方面给出了指导性的规范[3]。这标志着 我国的研究生培养从单一目标开始向多种目标培养

基金项目：全国工程专业学位研究生教育教改项目：“基

于工程应用的光电图像处理课程教材资源建

设”（项目编号:2016-ZX-055);天津大学本科 教学综合改革项目：“ ‘光电图像处理’课程教 学方式与手段改革”（项目编号:TS14D045)。

拿敢堂科

f

位硕士研究生培养环节中课程改革方法及思路。重 点是在课程学习过程中注重实验及实践学习，深人 挖掘学生在实验室研究阶段的主动学习性，注重理 论在实践中的应用，并通过实验将学习结果进行有 效展示，进一步提高学生的学习效果,满足专业硕士 研究生的培养要求。

因此在该课程的讲授过程中主要侧重于基础理论及 图像处理方法的教学。期望学生能通过课程学习对 数字图像处理的理论和方法有一个较为全面的认识 和理解，并能够将其应用于后续的研究工作中。

在制定工程硕士课程计划中，该课程被设定为 专业核心课程。如何通过课程改革实现对工程硕士 研究生的培养是我们关注的内容。为此，针对这门 课程，如何建设理论与工程实际相结合的教学，发挥 1专业核心课程的教学方案改革

为了进一步贯彻全日制专业硕士学位研究生培

养的指导思想，建立注重实践能力为目标，以职业需 求为导向的培养体系。如何将这样的指导思想贯穿 到整个培养环节中是保证该项改革顺利推进的关键[6_7]。

1.1专业学位教育的现状

研究生的教学环节是研究生教育的重要组成部 分。工程学位与工学学位在培养目标上有着明显的 差异。前者主要是为从事工程技术的实践做准备, 而后者主要是为从事进一步的科研工作打基础。因 此工程学位研究生在培养模式、培养方案、教学方式 及教学内容方面均有所体现两者的差异，关键是工 程实践能力的提高。

目前大多数学校在课程设置方面由于受到原有 工学学位培养方案的惯性，教师队伍在实践能力方 面的不足等方面的影响，在课程设置及改革过程中 还不可能一次到位，而是采取了逐步改进、逐步修 订、逐步完善的方式。在原有设置的以教学讲授为 主的课程，通过增加实践环节以满足工程学位研究 生的培养目标。

1.2光电图像处理核心课程的特点及改革思路

本文以“光电图像处理”这门天津大学光学工 程专业学位硕士研究生的核心课程为例，探讨专业 学位硕士研究生的课程改革。天津大学光学工程学 术型研究生开设了选修课程数字图像处理。如何体 现出全日制专业硕士学位研究生的培养目标，是制 定该课程教学计划的出发点和落脚点。

“数字图像处理”是一门专业性强，应用广泛的 专业课程。该课程涉及理论多，没有统一的理论基 础。在原有的教学过程中,该课程的选修学生多，涉 及的专业面广，特别是很多学生在研究生课题研究 过程中都会使用或研究相应的技术。

这门课程在全世界范围内有一本经典的教材, 这就是冈萨雷斯编著的《数字图像处理》，该书全面 地介绍了数字图像处理的基础理论和方法。基于课 程情况，我们也选用了该教材作为主要参考教材，以 便学生能够系统掌握该课程的基础且重要的内容。

教学的基础性作用制定了下面的教学计划。

此课程的教学内容总体可以分为4个部分:第 一部分为光电成像的基础理论和成像方法;第二部 分为数字图像处理的基础理论和方法;第三部分为 光电图像处理的应用;第四部分为图像处理方法的 实验及报告。与原来的“数字图像处理”课程相比 较，工程硕士专业的课程中增加了第一部分光电成 像的基础理论及成像方法的内容，第二部分教学内 容作了一定的调整以满足课时要求，第三部分采用 了以应用为引导的翻转课堂为主要教学手段的教学 方法，结合学生在科研中对图像处理问题的应用学 习，通过课程展示，达到课程内容在工程实践中应用 的目的;第四部分要求学生将自己完成的图像处理 内容以报告的形式进行总结，完成课程的学习。

课程的考评方式也相应地做了调整，主要针对第 三部分和第四部分的结果进行考核，目的是通过考核 将学生的学习引导到具体的工程实践应用中来。

2以应用为引导的翻转课堂设计

针对课程改革的第三和第四部分，拟采用以应

用为引导的翻转课堂为主要教学手段的教学方法， 开展图像处理应用问题的学习，以满足工程硕士课 程中对于工程实践方面的培养要求。

2.1翻转课堂的特点及其实现的可能性

翻转课堂的教学模式在我国还是一种较为新颖 的教学模式。它与传统的教师讲授为主的传统教学 模式相比较，翻转课堂更加强调学生在学习过程中 的主体地位，它将有利于提升学生的学习兴趣，增强 学生的学习主动性，提升学生的学习能力…。根 据课程的内容性质和课程特点有选择地开展以翻转 课堂为教学手段的教学模式是值得研究的[1°]。

工程硕士学位研究生已经完成了计算机基础课 程的学习，具备一定的编程能力和自学能力。因此 在学习完光电图像处理课程第一和第二部分的基础 上，学生完全有能力开展一定的自学，并完成图像处 理在工程实践中的应用。同时开设此课程的专业有 很多研究课题涉及图像处理的知识及应用，因此研

王晋疆，等：以应用为引导的教学在光电图像处理中的应用135

究生在实验团队课题的研究过程中有机会接触到具 体的应用实例，并从事后续的研究工作。

程基础理论和实验验证的再一次整理，通过报告的 综合性论述，对课程整体内容进行总结，完成课程的 全部学习。3

结语

课程改革是全日制硕士专业学位研究生培养的 重要环节，论文介绍了天津大学光学工程专业学位研 究生课程改革的基本思路和方法，并通过“光电图像 处理”课程的改革设计，以实际应用为导向，采用翻转 课堂的教学模式，在基础理论学习的基础上，提高了 学生解决实际问题的实践能力，满足了专业学位硕士 研究生培养的目标。今后将进一步收集整理翻转课 堂的典型案例，形成较为系统和完善的课程资源。同 时也为相关课程的改革提供有益的参考。参考文献（

2.2光电图像处理课程的翻转课堂的设计

翻转课堂的设计要从整个课程着手进行，可以分 为课前、课中和课后3个阶段。如图1所示，在第一 部分和第二部分上课期间，教师对图像处理算法进行 有效的梳理，针对每种方法可以解决的问题进行分 析，必要时可以提供一定的实例。翻转课堂是整个教 学的一个重要组成部分，对学生提出通过图像处理方 法解决一项实际任务的要求，课堂上主要以学生对要 解决的问题是什么，如何构建图像处理系统，如何选 择图像处理算法及初步的处理结果进行展示。各小 组间的学生进行相互提问，进一步激发深人讨论。教 师在学生展示之后要进行一定的分析和点评。同时 教师通过学生的前期准备和课堂展示效果，可以及时 准确的了解和掌握学生的学习情况，并结合课程第四 部分的实验教学对学生提出进一步实验验证的要求。 可以看出，整个课程的设计以翻转课堂为核心，前面 的基础学习及后面的实验验证均需要通过翻转课堂 的展示环节进行有机的结合。

图1中箭头1表示课前的基础知识是翻转课堂 的基础，学生在学习了课程的系统构建及基础算法 的前提下才有可能针对具体的实际问题开展研究性

学习；箭头2表示在初步实验验证的基础上，通过翻 转课堂教学活动中的学生展示和师生讨论，可以开 展较为完善的实验验证;箭头3表示通过翻转课堂 体现学生对于前期课程讲授知识的理解和掌握能 力;箭头4表示通过实验进一步加强对于翻转课堂 知识的掌握;同时箭头5表示综合实验报告是对课

课前光电成像系统

数字图像处理

法算

Refe rences)：

课中应用实

例分析

课实证验验分及报

后验实告析

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收稿曰期：2016-09-09

(上接第132页）

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V图1

光电图像处理的课程设计

修改曰期：2016-09-22

作者简介:王晋疆（ 1974-)，男，河南林县人，博士，副教授，

主要研究方向为光电信息处理。

[J].新西部，2010(8):209-211.

收稿曰期:2015-12-22 修改曰期:2016-01-31

作者简介：王妍（ 1980-)，女，山东曲阜人，工学硕士，实验

师，主要研究方向为软件工程、软件测试。