基于CDIO模式的数字图像处理课程改革探析.pdf
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1、Vol.33No.Journal of MUC(Natural Sciences Edition)第3 3 卷第1 期Feb.,2 0 2 42024年2 月中央民族大学学报(自然科学版)基于CDIO模式的数字图像处理课程改革探析宋伟,张明,胡淑均?,刘磊3(1.中央民族大学信息工程学院,北京1 0 0 0 8 1;2.北京教育学院信息科学与技术教育学院,北京1 0 0 1 2 0;3.百度在线网络技术(北京)有限公司,北京1 0 0 0 8 5)摘要:工程教育专业认证背景下,巫需对传统的部分工科课程进行改革以顺应行业发展需要,进而提高学生的科研素养和就业核心竞争力。本文通过调研数字图像处理课
2、程的特点及教学现状,结合CDIO能力要求,明确以贯穿大工程概念、培养学生综合能力、增强教师的CDIO能力为原则,以“丰富课程,改进教学,精细考核”为改革思路,将传统理论知识和当前数字化资源有效结合,特别是借助百度AIStudio人工智能教学实训平台,构建了新工科背景下数字图像处理课程的一体化教学方案。关键词:数字图像处理;CDIO模式;教学改革;百度AIStudio中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1 0 0 5-8 0 3 6(2 0 2 4)0 1-0 0 9 3-0 4如何提升工程教育质量是全世界要面对的共同课题,CDIO模式则是国际工程教育改革的最新成果。它是构思(Con
3、ceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)的综合,集中体现了“项目式教学”的思想。它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、生动的、课程之间有机联系的方式学习工程。图像处理作为人工智能技术的重要领域,在通讯、工业、军事等各个领域都有重要应用。数字图像处理是图像工程的重要分支,是指应用计算机来合成、变换已有的数字图像,从而产生一种新的效果,并把加工处理后的图像重新输出的过程2 ,其课程包含图像编码、图像增强与复原、图像分割等内容。在实际教学过程中,教师大多以理论为抓手,以实践落实为目的3 ,着重培养学生的动手能力。1课程特点及现状
4、数字图像处理课程是计算机科学、电子信息等专业本科,研究生阶段重要的基础课程。由于涉及内容广,学科基础性地位较高,但也需要学生掌握如高数、信号与系统、通信原理等先修课程,不仅增加了认知任务,还需面对编程和算法的高要求,学生的热情和投人度也难以持续维持。课程教学中存在问题如下1.1课程理论知识繁杂,教师教学观念方法僵化数字图像处理课程的理论知识较多,但高校的教学课时十分有限,教师大多采用传统讲授法进行授课,虽保证了知识传递的全面性,但也直接导致实验教学缺乏。近年来,部分教师尝试将项目式教学引人课堂,但由于自身忙于科研、行政事务等,很少有时间去进行丰富多样的教学设计,因而学生课前不但要花大量时间自学
5、理论知识,课后还要花大量时间进行产品设计、制作,课堂上的演示汇报往往也需要较长时间才能完成,这很容易导致有效教学时间捉襟见肘(4 1 。收稿日期:2 0 2 4-0 1-1 2基金项目:国家民委教改项目(2 1 0 0 5);中央民族大学研究生教改项目(GRSCP202335)作者简介:宋伟(1 9 8 3-),男(汉族),湖北襄阳人,中央民族大学信息工程学院副教授,硕士生导师,博士,主要研究方向:图像处理、视频处理和多媒体内容安全。2第3 3 卷中央民族大学学报(自然科学版)941.2缺乏与最新技术的对接,学生学习积极性有限随着人工智能技术的迅速发展,新兴技术层出不穷,海量的知识对学生的吸引
6、力巨大,但高校的教材大多选用经典版,对于基础知识的讲解更加详尽可靠,但内容相对比较陈旧,大多集中在对一些经典算法和一些典型案例的阐释上,无法与人工智能图像处理领域的最新关键技术进行对接。同时,随着短视频平台和科普博主的兴起,知识变得易得,学生不再单纯的依靠课堂来获取知识,学生的课堂参与度和积极性不高。1.3综合性实践项目少,难以与企业需求匹配数字图像处理课程的实验教学大多在一个主题结束后进行,缺乏综合性的实践项目,学生一个学期学习的知识没法融会贯通。这主要与教师缺乏项目经验有关,高校教师大多博士毕业或博士后出站后直接进入校园任教,部分老师缺少与企业的真实需求沟通,对市场所急需技术的了解不足;同
7、时教师将主要精力放在科研项目和论文撰写上,专注于某个特定的研究领域,对行业缺乏全面的了解,难以为学生提供有效指导2面向CDIO认证的课程改革基本要求2.1以行业需求为导向,始终贯穿“大工程理念本科工程教育偏向基础知识,缺乏实践和前沿关注。随着人工智能的发展,数字图像处理技术急速演进,高校课程需紧跟时代,关注行业动态,引人最新专业知识。可采用专题教学法,让学生紧跟最新技术。同时强调“大工程理念”,与CDIO模式保持一致,要求学生考虑社会需求,参与产品整个生命周期,有助于培养学生基本素养。.2以人才需求为导向,加强学生的综合能力培养当今社会急需复合型卓越人才,企业对毕业生的要求逐渐提高。CDIO模
8、式明确了工程师必备的四种能力:工程基础、个人能力、人际团队能力和CDIO全过程能力。对数字图像处理课程而言,工程基础要求掌握学科基础和算法编程,个人能力要求具备问题分析、解决和反思能力,建立职业认知和规范;人际团队能力要求形成团队意识、领导和沟通能力;CDIO全过程能力要求学生具备统筹、把握、监控的能2.3以学科建设为导向,加强教师的CDIO能力培养为保持数字图像处理课程的持续发展,可将科研成果融人课堂,介绍新技术、新方法,将基础内容与工业趋势相结合,将科研项目实践融人学生学习过程。提升教师的CDIO能力可通过引进企业工程师,由教师进行理论讲授,企业工程师负责项目实践,形成观摩学习机制。教师也
9、可通过进修、参与企业项目等方式培养自身CDIO能力。百度AIstudio上的竞赛模块为学校提供了举办挑战赛的机会,在提升教师CDIO能力提升的同时,锻炼学生分析问题、设计模型及算法等方面的能力。3基于 CDIO模式的课程教学改革方案CDIO模式中的相关标准,使得工程教育改革能够具体化、可操作、可测量,对高校进行工程类课程改革具有深远的影响。数字图像处理课程教学改革应以CDIO项目为抓手,在教学设计中引导学生参与产品构思、设计、实施和运行的全过程,遵循“丰富课程、改进教学、细化考核”的改革思路。具体的教学方案如下。3.1丰富教学内容,优化实验教学传统数字图像处理课程偏向理论和算法,较少关注计算机
10、视觉和人工智能领域。根据CDIO标准,可将彩色图像处理、图像水印算法作为拓展内容,推荐学生自学相关MOOC课程。百度AIStudio引人了最新基于图像处理的人工智能技术,可以此作为考核的部分内容。如在“图像分割”中,引人了AIStu-dio的视觉单元模块的分割模型,学生可通过修改代码比较传统算法和深度学习分割算法的差异,直观感受技术的演进,同时深刻理解基础知识的重要性。第1 期95宋伟等:基于CDIO模式的数字图像处理课程改革探析教师可将实验分为基础实验和综合实验。基础实验包括简单的图像预处理,如增强、复原和重建,可参考百度飞浆等平台供学生自主完成。课上进行基础实验成果展示,但主要应集中在综合
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