论文部分内容阅读
摘要：“数字图像处理”是高校信息电子类专业的核心专业课，其理论知识与实践操作紧密结合的课程特点，使得传统的教学方法和模式难以改进二元式授课状态。在分析和总结佳木斯大学“数字图像处理”课程现状的基础上，引入了任务驱动教学模式，设计了以任务制定、分析、完成、评价和反馈等五个环节为主要结构的任务体系，通过遵循相应的操作原则和流程，有效激发了学生的学习兴趣，培养了学生的自主学习和实际动手能力，增强了学生沟通和团队意识。
关键词：数字图像处理；任务驱动；教学模式；实施方案
作者简介：杜云明（1977-），男，黑龙江佳木斯人，佳木斯大学信息电子技术学院，讲师；郝兵（1962-），男，黑龙江佳木斯人，佳木斯大学信息电子技术学院，副教授。（黑龙江 佳木斯 154007）
基金项目：本文系2011年佳木斯大学重点教研项目（项目编号：JYA2011-093）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0113-02
“数字图像处理”是当今信息处理技术中发展很快且应用面很广的新兴学科，是集光学、微电子学、计算机科学、应用数学等学科为一体的综合性边缘科学。随着信息及电子技术的快速发展，数字图像处理技术已渗透到工业自动化、通信、交通运输、医学、机械、材料、航空航天、军事等各个领域。目前，佳木斯大学（以下简称“我校”）多个理、工、农、医本科专业均将该门课程设为选修或必修课，信息通信专业更是将其设为核心专业课。由于该门课程具有理论与实践、原理和应用紧密结合的特点，学生在学习的过程中，既对其实现功能和应用前景充满期待，又对其深奥的理论和繁杂的公式推导丧失兴趣。传统的教学方法只注重理论知识的讲解，轻视实验和实践环节，使得课程的讲授长期处于二元式状态。因此，为改善当前授课状态，激发学生的学习兴趣，实现课程理论学习和实践操作相统一，在该课程教学中引入“任务驱动”教学模式，使学生既能了解基本原理，又能从解决任务过程中找到基本理论的落脚点，做到真正的理论与实践一体化，收到较好的教学效果。
一、“数字图像处理”教学现状
“数字图像处理”作为我校相关专业高年级本科课程，要求学生掌握有关图像处理的基本理论和算法，并能够利用计算机编程实现诸如图像增强、图像复原、图像压缩、图像分割、图像变换、形态学图像处理等常规的处理技术，为进一步学习“计算机视觉”、“模式识别”等课程及走向工作岗位后的学以致用打下基础。该课程知识体系繁杂，理论难度大，部分内容抽象且公式推导较多，不利于学生兴趣的培养。另外，教学大纲中32～40学时的课时配备，难以完成全部教学和实验内容。同时传统教学以教师为主、理论为主、课堂为主的教学方法抽象、枯燥，难以让学生充分体验到理论的实际应用效果和理论转化的过程及有效途径，更不利于学生动手能力的培养。课程实验实践环节也多以验证性实验为主，知识的实际运用和转化功能丧失，学生的参与热情不高。因此，笔者尝试将任务驱动教学法引入到实际授课中，探索一种适合“数字图像处理”教学的新模式，打破长期以来理论与实践二元分离的局面，实现理论与实践的有机结合。将以传授知识为主的传统教学模式转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学模式，使学生在完成任务过程中逐步养成主动探究的态度和创新的精神，不断提高专业能力和通用能力。
二、任务驱动教学的实施
“任务驱动式”教学法是一种建立在建构主义教学理论基础上的探究式教学方法，它将所要学习的新知识隐含在一个或多个任务当中，学生对任务进行分析、理解后，在教师的指导帮助下找到解决问题的方法。通过对任务的完成来实现对所学知识的意义构建，它适用于培养学生的创新能力和独立分析问题、解决问题的能力，便于学生循序渐进地学习知识和技能。在一个个典型“任务”的驱动下展开教学活动，引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地完成一系列“任务”，从而得到清晰的思路、方法和知识的脉络，在完成“任务”的过程中，培养分析问题、解决问题以及处理信息的能力。
1.任务驱动教学设计实施过程
由于“数字图像处理”是一门实践性很强的课程，提出将任务驱动教学法运用到教学过程中，按照数字图像处理思想把教学知识点以具体任务的形式组织并贯穿于整个教学，使学生明白所学知识“可以做什么”、“应该做什么”和“如何做什么”，从而化抽象为具体，尽快地以形象、直观的方式突破理论上的难点。
在教学设计和实施过程中，弱化理论内容的体系结构，突出实践意义，整体教学模式由任务设计、任务解析、任务实现、任务评价和任务反馈等五个环节构成。授课过程首先由教师提出任务，然后学生以分组（通常3～5人为一组）形式进行讨论，分析和发现任务中相关知识点及解决途径。教师在此过程中要对任务做适当的分析，对新知识进行讲解，同时对可能的解决方案及可能面临的问题给予“暗箱”式的引导。学生可充分利用课上和业余时间通过收集资料、组内分工协作、自主或协同学习等方式实践动手解决问题，在完成任务的过程中实现对旧知识的回顾和新知识的学习，同时也达到学以致用的目的。任务完成后，教师要及时组织评价，通过师生间和学生间的交流，引导学生积极发现任务改进和创新的亮点，鼓励对原有任务创造性的改进和完善。一轮任务授课完成后，教师应及时对各环节进行总结和反馈，积累经验为任务更新和优化做必要准备工作。任务驱动教学具体设计和实施过程如图1所示。
2.各执行环节操作原则
任务驱动教学模式强调以任务为核心，充分调动学生的积极性，突出动手能力和创新能力的培养。在教学实施的过程中，要充分考虑课程结构体系、授课内容及授课对象的特点。
（1）任务制定原则。任务制定阶段，在考虑“数字图像处理”教学大纲要求及学生具体实际情况下，任务的制定应兼顾遵循适度原则、可操作原则、实用性原则和多样性原则。即任务的难度不易过大，以照顾不同层次的学生，为全体学生创造参与平台。根据“数字图像处理”课程掌握算法和编程实现的要求，任务制定内容要与基础图像原理结合，强调程序设计的思想和算法实现。为调动和激发学生的参与热情，任务设计还应与学生日常生活或未来就业方向有关，突出理论的实用性。根据学生个体差异、任务内容差异及任务培养目标差异等，充分利用好课上和课下学习时间。任务制定可采用封闭、开放和组合等组织形式，实现任务的多层次参与和考核。 （2）任务解析原则。任务解析阶段主要对任务做适当的分解和剖析，使学生进一步理解任务的内容和结构。该阶段应遵循指导性原则，即在该模式下教师角色由一言堂转换为间接指导。教师只对任务做简单的分析讲解，对任务涉及的已学原理知识进行梳理，未学的新知识进行讲解，以排除学生理解障碍。该过程可以由教师设问方式，案例分析方式，学生提问方式，组内、组间讨论等方式完成，重点在于引导学生积极思考和自主提出解决问题的思路与方案。
（3）任务完成原则。完成任务阶段为该模式的重点，突出学生的主体性作用，该阶段注重学生各方面能力的培养，主要遵循独立自主原则、沟通协作原则和创造性原则。即学生以分组方式独立完成教师设定的相关任务，教师该阶段只充当组织者和监督者角色。学生可根据任务的具体内容自行分工，制定相关的解决预案。组内成员既要作为个体独立思考，也要作为团队成员进行集体学习，建立和培养工程思维，加强沟通协作能力和团队合作意识。在解决问题过程中，不拘泥于各种经典理论和算法，要充分调动各方面的积极因素，可创造性地提出各种想法，并勇于进行试错性验证。
（4）评价考核原则。评价考核阶段不单纯以完成任务与否作为评价的唯一标准，该阶段应遵循过程原则、能力原则、鼓励原则和多样性原则，即注重对学生过程的评价，积极发现学生在解决问题过程中的优异表现，鼓励和肯定学生在过程中作用，强调对学生动手实践和创新能力的培养与评价，对沟通协作和团队配合的评价。评价方式可采取组内自评、组间互评和教师点评等多种方式进行。考核既要涉及每个同学的具体表现，也要兼顾对整组表现做出评价，教师应对每组出现的问题及时进行改进性的指导。
（5）反馈总结原则。反馈总结阶段为任务教学改进和提高的重要环节，应遵循综合性原则、并行原则，要求教师对任务实施过程中涉及的研究内容、实践方法和执行策略进行综合评估，总结各阶段存在的问题。同时对任务教学进行过程分析、效果分析和质量分析，发现问题、积累经验为进一步优化和改进任务做准备。另外也要求学生对任务完成过程及时总结，综合各方面反馈意见和建议，改进研究方案、拓展研究思路，实现对任务的进一步整改和创造性的发挥。
三、教学成效分析
1.激发了学生参与的积极性
参加任务驱动式教学的学生从被动接受知识及简单实验验证者转变为主动学习与探索的主体，教学过程中参与的积极性明显增强，学习的兴趣和欲望显著提高。在分组完成任务的过程中，组内每位成员都能认真收集和整理资料，积极探讨并交流心得，在努力学习基本理论知识的基础上，都能够亲自动手进行编程实践。另外不同小组间比拼的竞争氛围，也提升了学生的学习效率和学习进度，学习状态从被动的监督约束转变为主动的参与，比、学、赶、超的学习风气蔚然成风。
2.拓展了学习时间及途径
根据“数字图像处理”课程特点，其任务实践环节主要是将任务转化为相关算法，并在计算机上以编程方式进行实践和演示。任务模式下，学生改变了原来仅在课上被动跟随老师的学习状态，能够充分利用了课上和业余时间深入学习理论知识、积极组织研讨、主动动手编程实践，图书馆、教室、实验室、自习室乃至于寝室的利用率明显增加。同时，原有单一课本指导的教学过程，也转变为以学生为主体，主动通过网络、书籍、期刊杂志等多种途径和渠道收集资料、整合知识内容的自主学习和协同学习过程。
3.培养了学生的创造力
在每项设计的任务中，均包含学生已学的知识和未学的新知识，且解决任务的方式方法没有固定模式可以遵循。学生不仅要了解知识、掌握内涵、捋清内在逻辑关系，更要深谙任务结构、解决途径和实践方法。学生必须主动地探求知识，有目的地学习，不断扩展思路，大胆提出设想并勇于试错实践，最大限度地进行创造性发挥。任务式教学过程中，学生思考问题的方式、解决问题的方法、实践问题的能力均显著提高。
4.增强了学生沟通和团队意识
以分组任务形式进行的实践教学活动，充分调动了每位同学的积极性和主动性。小组既要以任务为基础进行细化分工，又要以完成任务为目标配合协作。任务的完成不仅要依靠每位同学的力量，更要发挥集体思维创造的作用。任务完成的各阶段均需要组内同学积极沟通交流思想、交换意见，发挥每位同学的特长，形成优势互补。
四、结束语
“数字图像处理”课程采用任务驱动式教学模式，实现了以任务覆盖知识面，以任务体系构架教学布局的新思路，采用任务牵引的启发式教学方式来组织教学内容，符合当前专业课教
学的基本教学原则。实际教学验证效果表明，这一教学改革尝试是可行的、有效的，有利于激发学生学习的积极性，提高学生自主探究学习及实践动手创新能力。在任务解决过程中，实现了学生专业能力和通用能力的双重培养。
参考文献：
[1]K.R.Castleman.Digital Image Processing [M].影印本.北京：清华大学出版社，2006.
[2]沈晓晶，王艳，赵慧娟.应用型院校数字图像处理本科教学探索[J].计算机教育，2012，（1）：86-88.
[3]付青青，吴爱平.电子信息工程专业《数字图像处理》课程的教学改革探讨[J].湖北广播电视大学学报，2008，28（10）：120-121.
[4]李玉香，周艳红，谷春玲.应用“任务驱动法”培养学生创新能力[J].教育与职业，2010，（15）：156-157.
[5]王春岩.任务型学习有效性的影响因素分析[J].教育理论与实践，2009，（36）：54-56.
（责任编辑：宋秀丽）
关键词：数字图像处理；任务驱动；教学模式；实施方案
作者简介：杜云明（1977-），男，黑龙江佳木斯人，佳木斯大学信息电子技术学院，讲师；郝兵（1962-），男，黑龙江佳木斯人，佳木斯大学信息电子技术学院，副教授。（黑龙江 佳木斯 154007）
基金项目：本文系2011年佳木斯大学重点教研项目（项目编号：JYA2011-093）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0113-02
“数字图像处理”是当今信息处理技术中发展很快且应用面很广的新兴学科，是集光学、微电子学、计算机科学、应用数学等学科为一体的综合性边缘科学。随着信息及电子技术的快速发展，数字图像处理技术已渗透到工业自动化、通信、交通运输、医学、机械、材料、航空航天、军事等各个领域。目前，佳木斯大学（以下简称“我校”）多个理、工、农、医本科专业均将该门课程设为选修或必修课，信息通信专业更是将其设为核心专业课。由于该门课程具有理论与实践、原理和应用紧密结合的特点，学生在学习的过程中，既对其实现功能和应用前景充满期待，又对其深奥的理论和繁杂的公式推导丧失兴趣。传统的教学方法只注重理论知识的讲解，轻视实验和实践环节，使得课程的讲授长期处于二元式状态。因此，为改善当前授课状态，激发学生的学习兴趣，实现课程理论学习和实践操作相统一，在该课程教学中引入“任务驱动”教学模式，使学生既能了解基本原理，又能从解决任务过程中找到基本理论的落脚点，做到真正的理论与实践一体化，收到较好的教学效果。
一、“数字图像处理”教学现状
“数字图像处理”作为我校相关专业高年级本科课程，要求学生掌握有关图像处理的基本理论和算法，并能够利用计算机编程实现诸如图像增强、图像复原、图像压缩、图像分割、图像变换、形态学图像处理等常规的处理技术，为进一步学习“计算机视觉”、“模式识别”等课程及走向工作岗位后的学以致用打下基础。该课程知识体系繁杂，理论难度大，部分内容抽象且公式推导较多，不利于学生兴趣的培养。另外，教学大纲中32～40学时的课时配备，难以完成全部教学和实验内容。同时传统教学以教师为主、理论为主、课堂为主的教学方法抽象、枯燥，难以让学生充分体验到理论的实际应用效果和理论转化的过程及有效途径，更不利于学生动手能力的培养。课程实验实践环节也多以验证性实验为主，知识的实际运用和转化功能丧失，学生的参与热情不高。因此，笔者尝试将任务驱动教学法引入到实际授课中，探索一种适合“数字图像处理”教学的新模式，打破长期以来理论与实践二元分离的局面，实现理论与实践的有机结合。将以传授知识为主的传统教学模式转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学模式，使学生在完成任务过程中逐步养成主动探究的态度和创新的精神，不断提高专业能力和通用能力。
二、任务驱动教学的实施
“任务驱动式”教学法是一种建立在建构主义教学理论基础上的探究式教学方法，它将所要学习的新知识隐含在一个或多个任务当中，学生对任务进行分析、理解后，在教师的指导帮助下找到解决问题的方法。通过对任务的完成来实现对所学知识的意义构建，它适用于培养学生的创新能力和独立分析问题、解决问题的能力，便于学生循序渐进地学习知识和技能。在一个个典型“任务”的驱动下展开教学活动，引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地完成一系列“任务”，从而得到清晰的思路、方法和知识的脉络，在完成“任务”的过程中，培养分析问题、解决问题以及处理信息的能力。
1.任务驱动教学设计实施过程
由于“数字图像处理”是一门实践性很强的课程，提出将任务驱动教学法运用到教学过程中，按照数字图像处理思想把教学知识点以具体任务的形式组织并贯穿于整个教学，使学生明白所学知识“可以做什么”、“应该做什么”和“如何做什么”，从而化抽象为具体，尽快地以形象、直观的方式突破理论上的难点。
在教学设计和实施过程中，弱化理论内容的体系结构，突出实践意义，整体教学模式由任务设计、任务解析、任务实现、任务评价和任务反馈等五个环节构成。授课过程首先由教师提出任务，然后学生以分组（通常3～5人为一组）形式进行讨论，分析和发现任务中相关知识点及解决途径。教师在此过程中要对任务做适当的分析，对新知识进行讲解，同时对可能的解决方案及可能面临的问题给予“暗箱”式的引导。学生可充分利用课上和业余时间通过收集资料、组内分工协作、自主或协同学习等方式实践动手解决问题，在完成任务的过程中实现对旧知识的回顾和新知识的学习，同时也达到学以致用的目的。任务完成后，教师要及时组织评价，通过师生间和学生间的交流，引导学生积极发现任务改进和创新的亮点，鼓励对原有任务创造性的改进和完善。一轮任务授课完成后，教师应及时对各环节进行总结和反馈，积累经验为任务更新和优化做必要准备工作。任务驱动教学具体设计和实施过程如图1所示。
2.各执行环节操作原则
任务驱动教学模式强调以任务为核心，充分调动学生的积极性，突出动手能力和创新能力的培养。在教学实施的过程中，要充分考虑课程结构体系、授课内容及授课对象的特点。
（1）任务制定原则。任务制定阶段，在考虑“数字图像处理”教学大纲要求及学生具体实际情况下，任务的制定应兼顾遵循适度原则、可操作原则、实用性原则和多样性原则。即任务的难度不易过大，以照顾不同层次的学生，为全体学生创造参与平台。根据“数字图像处理”课程掌握算法和编程实现的要求，任务制定内容要与基础图像原理结合，强调程序设计的思想和算法实现。为调动和激发学生的参与热情，任务设计还应与学生日常生活或未来就业方向有关，突出理论的实用性。根据学生个体差异、任务内容差异及任务培养目标差异等，充分利用好课上和课下学习时间。任务制定可采用封闭、开放和组合等组织形式，实现任务的多层次参与和考核。 （2）任务解析原则。任务解析阶段主要对任务做适当的分解和剖析，使学生进一步理解任务的内容和结构。该阶段应遵循指导性原则，即在该模式下教师角色由一言堂转换为间接指导。教师只对任务做简单的分析讲解，对任务涉及的已学原理知识进行梳理，未学的新知识进行讲解，以排除学生理解障碍。该过程可以由教师设问方式，案例分析方式，学生提问方式，组内、组间讨论等方式完成，重点在于引导学生积极思考和自主提出解决问题的思路与方案。
（3）任务完成原则。完成任务阶段为该模式的重点，突出学生的主体性作用，该阶段注重学生各方面能力的培养，主要遵循独立自主原则、沟通协作原则和创造性原则。即学生以分组方式独立完成教师设定的相关任务，教师该阶段只充当组织者和监督者角色。学生可根据任务的具体内容自行分工，制定相关的解决预案。组内成员既要作为个体独立思考，也要作为团队成员进行集体学习，建立和培养工程思维，加强沟通协作能力和团队合作意识。在解决问题过程中，不拘泥于各种经典理论和算法，要充分调动各方面的积极因素，可创造性地提出各种想法，并勇于进行试错性验证。
（4）评价考核原则。评价考核阶段不单纯以完成任务与否作为评价的唯一标准，该阶段应遵循过程原则、能力原则、鼓励原则和多样性原则，即注重对学生过程的评价，积极发现学生在解决问题过程中的优异表现，鼓励和肯定学生在过程中作用，强调对学生动手实践和创新能力的培养与评价，对沟通协作和团队配合的评价。评价方式可采取组内自评、组间互评和教师点评等多种方式进行。考核既要涉及每个同学的具体表现，也要兼顾对整组表现做出评价，教师应对每组出现的问题及时进行改进性的指导。
（5）反馈总结原则。反馈总结阶段为任务教学改进和提高的重要环节，应遵循综合性原则、并行原则，要求教师对任务实施过程中涉及的研究内容、实践方法和执行策略进行综合评估，总结各阶段存在的问题。同时对任务教学进行过程分析、效果分析和质量分析，发现问题、积累经验为进一步优化和改进任务做准备。另外也要求学生对任务完成过程及时总结，综合各方面反馈意见和建议，改进研究方案、拓展研究思路，实现对任务的进一步整改和创造性的发挥。
三、教学成效分析
1.激发了学生参与的积极性
参加任务驱动式教学的学生从被动接受知识及简单实验验证者转变为主动学习与探索的主体，教学过程中参与的积极性明显增强，学习的兴趣和欲望显著提高。在分组完成任务的过程中，组内每位成员都能认真收集和整理资料，积极探讨并交流心得，在努力学习基本理论知识的基础上，都能够亲自动手进行编程实践。另外不同小组间比拼的竞争氛围，也提升了学生的学习效率和学习进度，学习状态从被动的监督约束转变为主动的参与，比、学、赶、超的学习风气蔚然成风。
2.拓展了学习时间及途径
根据“数字图像处理”课程特点，其任务实践环节主要是将任务转化为相关算法，并在计算机上以编程方式进行实践和演示。任务模式下，学生改变了原来仅在课上被动跟随老师的学习状态，能够充分利用了课上和业余时间深入学习理论知识、积极组织研讨、主动动手编程实践，图书馆、教室、实验室、自习室乃至于寝室的利用率明显增加。同时，原有单一课本指导的教学过程，也转变为以学生为主体，主动通过网络、书籍、期刊杂志等多种途径和渠道收集资料、整合知识内容的自主学习和协同学习过程。
3.培养了学生的创造力
在每项设计的任务中，均包含学生已学的知识和未学的新知识，且解决任务的方式方法没有固定模式可以遵循。学生不仅要了解知识、掌握内涵、捋清内在逻辑关系，更要深谙任务结构、解决途径和实践方法。学生必须主动地探求知识，有目的地学习，不断扩展思路，大胆提出设想并勇于试错实践，最大限度地进行创造性发挥。任务式教学过程中，学生思考问题的方式、解决问题的方法、实践问题的能力均显著提高。
4.增强了学生沟通和团队意识
以分组任务形式进行的实践教学活动，充分调动了每位同学的积极性和主动性。小组既要以任务为基础进行细化分工，又要以完成任务为目标配合协作。任务的完成不仅要依靠每位同学的力量，更要发挥集体思维创造的作用。任务完成的各阶段均需要组内同学积极沟通交流思想、交换意见，发挥每位同学的特长，形成优势互补。
四、结束语
“数字图像处理”课程采用任务驱动式教学模式，实现了以任务覆盖知识面，以任务体系构架教学布局的新思路，采用任务牵引的启发式教学方式来组织教学内容，符合当前专业课教
学的基本教学原则。实际教学验证效果表明，这一教学改革尝试是可行的、有效的，有利于激发学生学习的积极性，提高学生自主探究学习及实践动手创新能力。在任务解决过程中，实现了学生专业能力和通用能力的双重培养。
参考文献：
[1]K.R.Castleman.Digital Image Processing [M].影印本.北京：清华大学出版社，2006.
[2]沈晓晶，王艳，赵慧娟.应用型院校数字图像处理本科教学探索[J].计算机教育，2012，（1）：86-88.
[3]付青青，吴爱平.电子信息工程专业《数字图像处理》课程的教学改革探讨[J].湖北广播电视大学学报，2008，28（10）：120-121.
[4]李玉香，周艳红，谷春玲.应用“任务驱动法”培养学生创新能力[J].教育与职业，2010，（15）：156-157.
[5]王春岩.任务型学习有效性的影响因素分析[J].教育理论与实践，2009，（36）：54-56.
（责任编辑：宋秀丽）