時間：2022-02-25 10:09:38
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇數(shù)字圖像處理實驗報告，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；概念圖；CAI；實驗設(shè)計
中圖分類號：G642文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2012）08-0168-02
0引言
數(shù)字圖像處理技術(shù)在近20多年時間里，迅速發(fā)展成為一門集光學(xué)、微電子學(xué)、計算機科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)等學(xué)科為一體的具有強大生命力的綜合性邊緣科學(xué)。目前，數(shù)字圖像處理技術(shù)在通信工程、遙感技術(shù)、醫(yī)用圖像處理、工業(yè)生產(chǎn)、軍事公安、文化藝術(shù)等許多領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。學(xué)科的快速發(fā)展決定課程教學(xué)內(nèi)容改革的必要性和緊迫性。本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面針對課程特點進行改革探討，為其他專業(yè)課教學(xué)改革提供一定的參考。
1選用教材合適，制作幻燈同步
在選用教材時緊跟學(xué)科發(fā)展的腳步，結(jié)合數(shù)字圖像處理課時較短的特點，選用了機械工業(yè)出版社出版的李朝暉主編的普通高等教育規(guī)劃教材。該教材內(nèi)容精煉，突出了數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容，包括圖像的基本知識、圖像的變換、圖像的增強、圖像的復(fù)原、圖像的壓縮編碼、圖像的分割與特征分析等基本章節(jié)，方便老師在較短的時間內(nèi)將該課程的主要理論講授給學(xué)生，學(xué)生可以很快抓住數(shù)字圖像處理技術(shù)的精髓所在。該教材又不乏介紹新技術(shù)、新算法和數(shù)字圖像處理新的應(yīng)用?；ù罅繒r間制作與教材完全同步的課件，便于學(xué)生深刻領(lǐng)會教學(xué)內(nèi)容，同時又不拘泥于教材，采用課堂教學(xué)、學(xué)生自學(xué)、學(xué)生演講、上機實驗等多種教學(xué)方式，提升教學(xué)水平。
2講授概念系統(tǒng)，掌握基礎(chǔ)牢固
概念圖（Concept Map）是以綜合、分層的形式表示概念之間相互聯(lián)系的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。最初是由美國康奈爾大學(xué)教育系的Joseph D. Novak教授及同事提出來將概念圖有系統(tǒng)的運用于教學(xué)與學(xué)習(xí)的研究。它是一種將概念之間關(guān)系圖形化表示的技術(shù)。概念圖一目了然，對學(xué)生系統(tǒng)地掌握專業(yè)術(shù)語及關(guān)鍵理論非常有幫助。我在讓學(xué)生充分了解了概念圖定義及作用后，讓學(xué)生自己制訂了圖像增強一章的概念圖，大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性，同時加深了學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)。另一方面，概念圖可以作為學(xué)生自我評價的工具，學(xué)生在構(gòu)圖時遇到困難則說明自己的知識結(jié)構(gòu)存在不足；構(gòu)圖不完整則說明自己的知識儲備不夠；概念圖層次不清說明自己對這部分概念的理解不透徹等等，這些都將幫助學(xué)生認(rèn)識自己，并對此進行反思，以改善自身的學(xué)習(xí)，尋找完善的對策。
3培養(yǎng)思維能力，挖掘?qū)W生潛力
在《數(shù)學(xué)圖像處理》的教學(xué)過程中除了講清楚基本理論、基本概念外，十分注重新理論、新算法產(chǎn)生的原因、過程，采用啟發(fā)式教學(xué)，也就是將科學(xué)的思維過程傳給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。如在講靜態(tài)圖像壓縮的兩種算法標(biāo)準(zhǔn)JPEG和JPEG2000時，由于JPEG是基于離散余弦變換的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，而JPEG2000是基于小波變換的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，因此首先給學(xué)生講授了離散余弦變換的特點，它可以將大多數(shù)的信息放到較少的系數(shù)上去，因此更能提高編碼的效率。缺點在于只要選定了需要保留的系數(shù)，則壓縮比或者說分辨率就是固定的。而小波變換恰好可以克服這一缺點，它被譽為“數(shù)學(xué)顯微鏡”，可以對函數(shù)或信號進行多尺度細(xì)化分析，為實現(xiàn)圖像多級分辨率提供了基礎(chǔ)。而小波變換又存在哪些問題，講清楚上述過程，比單講算法本身要重要的多。舊的算法也許過時，但其包含的科學(xué)思維方法并不過時，新的算法也不能解決所有問題，但其創(chuàng)新意識卻是解決所有問題的鑰匙。在授課過程中，為了讓學(xué)生理解各個學(xué)科在整個數(shù)字圖像處理過程中各自的作用及如何有機地結(jié)合在一起，從圖像的獲取、圖像的數(shù)字化、圖像的預(yù)處理、圖像的壓縮編碼、圖像的顯示、圖像的描述等具體過程，說明多個學(xué)科如何交叉貫穿在一起。綜合能力的提高必須掌握多學(xué)科的基礎(chǔ)知識，這樣才能融會貫通。理論授課結(jié)束時，讓學(xué)生分組搜集素材談?wù)剬υ撜n程或該技術(shù)的了解，并制作PPT在課堂上演講。同學(xué)們積極踴躍，很多人講了數(shù)字圖像處理技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用，課堂效果非常好，在豐富了自己的同時也開闊了大家的視野。
4引進Photoshop，輔助教學(xué)手段
數(shù)字圖像處理技術(shù)是一門利用計算機進行圖像處理的學(xué)科，許多算法最終要在計算機上實現(xiàn)，因此《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)不能脫離計算機，開展計算機輔助教學(xué)已勢在必行。CAI是以計算機為教學(xué)媒體，通過學(xué)生與計算機之間的交互活動，充分利用計算機模擬、微觀擴大、高速處理、及時反饋、動態(tài)顯示、圖文并茂、知識密集等一系列特點，來開發(fā)人及人以外的一切學(xué)習(xí)資源，達到優(yōu)化教學(xué)效果的目的。Photoshop就是一款典型的優(yōu)秀數(shù)字圖像處理軟件，在《數(shù)學(xué)務(wù)圖像處理》教學(xué)中采用Photoshop作為CAI軟件，不僅可以了解計算機圖像輸入、存儲、輸出的整個過程，而且對各種圖像處理算法均有形象直觀的印象，對直方圖、圖像文件格式、調(diào)色板等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有了更深的理解。理論與實踐的有機結(jié)合可使本課程的學(xué)習(xí)變得非常有趣。
5改革實驗內(nèi)容，上交實驗報告
純理論教學(xué)已反映不了“數(shù)字圖像處理”課程應(yīng)用性極強的時代特征，注重實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)對培養(yǎng)理工科學(xué)生的創(chuàng)造性是極為重要的?！皵?shù)字圖像處理”是以實驗為基礎(chǔ)的課程，主要討論用計算機對圖像進行加工和分析的方法。在開課的前一學(xué)期，完成了課程中主要實驗的編程與調(diào)試，主要包括圖像及其直方圖顯示、圖像二值化、DCT變換、圖像增強、圖像編碼等五個實驗。在該課程理論授課結(jié)束時，制定了實驗實施計劃和指導(dǎo)方案。要求學(xué)生用MATLAB或VC語言做實驗。實驗開始前，簡單講授該課程實驗中用到的主要的MATLAB語句，并和學(xué)生共享相關(guān)的課件，受到學(xué)生的歡迎和好評。結(jié)合學(xué)生的掌握情況，在已確定的實驗內(nèi)容基礎(chǔ)上，又增加了圖像的邊緣檢測。課程設(shè)計結(jié)束時，要求學(xué)生上交一份完整的說明書，要求內(nèi)容充實，語言簡練，能夠熟練運用相關(guān)的工具對實踐內(nèi)容做出總結(jié)。通過實驗練習(xí)和指導(dǎo)，加深了學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，大大增強了學(xué)生的實踐動手能力。
6結(jié)束語
《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)任務(wù)還很艱巨，需要不斷的探索與實踐，還要在完善教學(xué)條件、提高教師自身能力和素質(zhì)的過程中得到完善。課程改革的目標(biāo)，是強調(diào)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，突出工程意識、創(chuàng)新意識與綜合設(shè)計能力，使學(xué)生的信息綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力、科學(xué)研究能力有明顯的提高，進而擴大學(xué)生的就業(yè)面。以上是我近一年在《數(shù)字圖像處理》中進行的改革與實踐，隨著教學(xué)條件的改善和教學(xué)水平的提高，還需要進一步完善教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)出越來越具有開拓精神和創(chuàng)新意識的現(xiàn)代化新人。
參考文獻：
[1]李朝暉，張弘，王京文，趙保軍.數(shù)字圖像處理及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2007.
[2]付麗琴，桂志國，王黎明.數(shù)字信號處理原理及實現(xiàn).北京：國防工業(yè)出版社，2004.
[3]阮秋琦.數(shù)字圖像處理學(xué).北京：電子工業(yè)出版社，2008.
[4]朱虹.數(shù)字圖像處理基礎(chǔ).科學(xué)出版社，2000.
關(guān)鍵詞：圖像處理；教學(xué)改革
一、引言
“圖像處理”是我院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)選修課，該課程要求學(xué)生能夠掌握基本的圖像處理理論與算法，能夠進行簡單的程序設(shè)計來實現(xiàn)特定的圖像處理任務(wù)。然而，經(jīng)過幾年的課程教學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課的過程中出現(xiàn)了一些問題，具體如下：
首先，圖像處理這門課是多學(xué)科交叉，學(xué)習(xí)這門課之前要掌握微積分、線性代數(shù)、微分方程、計算方法等數(shù)學(xué)課程，同時還要掌握一種程序設(shè)計語言。然而，學(xué)生的學(xué)習(xí)積累較弱，在進行算法講解過程中往往需要結(jié)合特定的物理學(xué)、仿生學(xué)理論進行必要的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，使學(xué)生在聽課的過程中感到乏味，這給學(xué)生的學(xué)習(xí)上帶來了不小的困難。在課下和學(xué)生交流過程中，他們普遍反映對理論推導(dǎo)的理解上存在不小的困難。
其次，作為一門實踐性很強的課程，在學(xué)習(xí)課程的同時還需要進行相應(yīng)的編程來驗證算法的有效性，更多的時候是需要學(xué)生在吃透算法的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生對已有算法來進行改進。然而，由于許多學(xué)生對于這門課的作用、目標(biāo)不清晰，沒有一個正確的學(xué)習(xí)方法，導(dǎo)致學(xué)生自己編程時普遍存在沒有思路或者無從下手的感覺。
最后，這門課是三年級下學(xué)期開設(shè)的課程，學(xué)生面臨公務(wù)員和研究生考試，同時還是選修課，學(xué)生重視程度不夠，這些不確定因素給教學(xué)帶來了一定的困擾。這樣一來，真正肯下功夫?qū)W習(xí)的學(xué)生并不是很多。
為了破解圖像處理這門課教學(xué)過程中所存在的一系列問題，提高學(xué)生對這門課的興趣，同時按照學(xué)校應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的要求，我們對這門課的教學(xué)總體目標(biāo)和要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式進行了相應(yīng)的改革。
二、教學(xué)總體設(shè)計
2014年淮陰師范學(xué)院逐步開展了本科教學(xué)改革，學(xué)院的人才培養(yǎng)目標(biāo)要逐步向應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)方向進行轉(zhuǎn)型。結(jié)合圖像處理這門課有著非常強的工程實用背景，根據(jù)學(xué)校的應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)方案要求，我們對課程的教學(xué)目標(biāo)和要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式進行了如下改革。
（一）教學(xué)目標(biāo)和要求
按照應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求，結(jié)合學(xué)生的實際情況，教學(xué)目標(biāo)的制定上統(tǒng)籌考慮基礎(chǔ)理論的掌握和實踐能力的提升兩方面要求，使學(xué)生初步確立圖像工程的理論思維，具備一定的創(chuàng)新實踐意識，在自己的專業(yè)領(lǐng)域靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決實際工程問題。
（二）教學(xué)內(nèi)容
盡管圖像處理是一個年輕的學(xué)科，但其所涉及的內(nèi)容卻比較多而且雜。圖像處理所涉及的主要內(nèi)容包括：圖像的基礎(chǔ)理論、圖像濾波、圖像分割、圖像增強、圖像變換（如傅里葉變換、小波變換等）、圖像形態(tài)學(xué)處理、圖像復(fù)原與重建、圖像壓縮與編碼、圖像數(shù)字水印等。同時，圖像處理也是一門不斷發(fā)展的學(xué)科，文獻[1-3]是圖像處理的經(jīng)典教材。以文獻[1]為例，已經(jīng)是第六版了，每一版本都比上一版本在內(nèi)容上進行了不小的擴充。作為一門只有32課時的選修課，不可能面面俱到講授所有內(nèi)容，因此在內(nèi)容上的選擇要慎重。為了突出實踐教學(xué)以及避免枯燥的理論學(xué)習(xí)，我們采用了Matlab版本的數(shù)字圖象處理這本教材[4]。使用Matlab軟件可以對圖像處理的中間過程和結(jié)果有個直觀的接觸，使學(xué)生對課堂教學(xué)以及學(xué)生自學(xué)過程中能夠產(chǎn)生足夠的興趣。同時，利用Matlab自帶的圖像處理工具箱，可以很方便地調(diào)用相關(guān)函數(shù)來實現(xiàn)特定的圖像處理算法，這些函數(shù)對于理解書本內(nèi)容有著很大的幫助作用。此外，Matlab還有非常詳盡的幫助文檔，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。這里我們并沒有采用vc++作為編程軟件，主要是試驗環(huán)境的搭建比較麻煩，調(diào)試起來比較困難。但是，在課程簡介過程中，我們針對想深入學(xué)習(xí)圖像處理，尤其是涉及硬件（DSP、FPGA）編程進行圖像處理算法研究的學(xué)生，給他們推薦文獻[5]。
在具體內(nèi)容的講授上，以工程應(yīng)用背景為主的知識點進行講解，包括：圖像基礎(chǔ)理論、圖像濾波、圖像分割、圖像的傅立葉變換、圖像壓縮與編碼。在基礎(chǔ)理論的講解上，主要是給學(xué)生樹立圖像的數(shù)學(xué)模型和圖像處理的整體架構(gòu)：用矩陣的形式來表示圖像，所有圖像處理算法都是圍繞如何使用相關(guān)方法來對這個矩陣進行處理，再把處理的結(jié)果以圖像的形式顯示。這樣使學(xué)生清楚在接下來的課程學(xué)習(xí)中如何去應(yīng)對形式多樣的算法。對于圖像濾波、圖像分割等其他內(nèi)容，重點突出工程應(yīng)用背景來提高學(xué)生的關(guān)注度與興趣。
（三）教學(xué)方法
除了傳統(tǒng)的多媒體課件和板書外，在教學(xué)環(huán)節(jié)中引入大量的現(xiàn)場演示環(huán)節(jié)，通過Matlab軟件對圖像處理算法進行仿真與處理，使學(xué)生對算法有個直觀的認(rèn)識。教學(xué)過程中的算法講解，主要利用Mat-lab的數(shù)字圖像處理工具箱中的對應(yīng)函數(shù)，通過函數(shù)調(diào)用來教學(xué)生算法的使用，避免了復(fù)雜的數(shù)學(xué)推理，使課堂教學(xué)更有趣味性。另外，所有的課堂教學(xué)全部選擇在計算機機房，講解的過程中隨時讓學(xué)生來演練相關(guān)的算法，加深對知識點的理解。此外，當(dāng)學(xué)生對圖像處理有了一個基本掌握后，給出部分開放題目供學(xué)生選擇，讓學(xué)生分組來完成相應(yīng)的題目，采用小組報告的形式到講臺上來講解本組算法設(shè)計的過程，由下面的同學(xué)進行提問，凡是提問的學(xué)生都會有加分，如果臺上同學(xué)回答正確也有加分。這樣增加課堂學(xué)生的參與程度，使學(xué)生都能夠融入到課堂中來。此外，我們還積極引導(dǎo)學(xué)生合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，選擇與課堂教學(xué)內(nèi)容相關(guān)、有針對性的視頻公開課讓學(xué)生去學(xué)習(xí)，同時給學(xué)生提出相應(yīng)的問題，通過這種方式使學(xué)生自己解決問題，并把答案以作業(yè)的形式遞交。
（四）考核方式
傳統(tǒng)的考核方式比較單一，由平時成績和期末閉卷考試成績構(gòu)成。這種考核方式的弊端就是學(xué)生對于課程學(xué)習(xí)過程重視不夠，在期末時采取突擊復(fù)習(xí)的被動方式來應(yīng)對考核。若是期末用一張試卷進行考核，知識點量大、面廣，學(xué)生復(fù)習(xí)困難，不利于學(xué)生對知識的掌握。考核只是一種手段，最終目的是通過考核使學(xué)生掌握知識。因此，我們采用過程化考試方法，即取消期末閉卷考試，把期末考試的比重分散到整個學(xué)期考核的各個環(huán)節(jié)。具體方案是：平時成績占總評成績的10%，主要考核學(xué)生的出勤及課堂表現(xiàn)情況；作業(yè)占30%，批改三次作業(yè)，每次滿分10分，批改后直接公布分?jǐn)?shù)；團隊合作項目占60%，期中、期末各進行一次實驗匯報，由學(xué)生上講臺講解本組實驗過程并提交實驗報告，每次匯報滿分30分。通過這種考核方式，使學(xué)生在整個學(xué)期學(xué)習(xí)的各個階段對自己所獲得的分?jǐn)?shù)有個直觀的把握，一方面能夠調(diào)動學(xué)生的積極主動性、能夠避免期末復(fù)習(xí)考試給學(xué)生帶來的額外負(fù)擔(dān)，使他們能夠把注意力集中在課堂上；同時，在教學(xué)的各個階段教師都有機會對學(xué)生的學(xué)習(xí)進行督促和總結(jié)。
三、課程設(shè)計
這里我們以圖像分割這一章的一節(jié)課的教學(xué)過程為實例，講解我們的課程設(shè)計。每節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的選擇上突出興趣主導(dǎo)，根據(jù)學(xué)生需求并兼顧題目的難度。以圖像分割中的邊緣檢測為例，首先給學(xué)生展示一款安裝在手機上名為“魔漫相機”的小軟件，這款軟件可以自動識別出照片中的人臉，然后嵌入到特定的場景中，如圖1所示。
圖1中，（a）為圖像處理中的標(biāo)準(zhǔn)原始圖像，在講課時，先把這幅圖像顯示給學(xué)生，然后利用手機上安裝的魔漫相機軟件對這幅圖像進行處理，得到圖（b）。此時學(xué)生的注意力都被吸引到這幅處理后的圖像，學(xué)生開始討論。此時，我會講解這個軟件所用的算法，即使用人臉識別技術(shù)定位到圖像中的面部區(qū)域，利用圖像分割算法提取出面部圖像，再嵌入到特定的場景中，就得到圖（b）。緊接著，我拋出問題，這幅圖像與素描很接近，基本勾勒出場景的線條，如果用算法實現(xiàn)這一處理，就是我們接下來要學(xué)習(xí)的邊緣檢測算法。通過現(xiàn)場編程，用普魯伊特邊緣檢測算法對（a）圖像進行處理，得到（c）圖像，然后顯示給學(xué)生看。然后提出問題，是否還有其他的邊緣檢測算法？邊緣檢測算法的原理是什么？通過對這些問題的講解，使學(xué)生掌握了邊緣檢測算法的本質(zhì)就是設(shè)計模板，通過更改模板中的數(shù)據(jù)可以得到不同的檢測效果，然后學(xué)生們上機練習(xí)來對現(xiàn)有算法進行改進。一些學(xué)生直接把編程處理后的邊緣圖像發(fā)在自己的個人空間里，互相點贊，使學(xué)生們感到學(xué)習(xí)的趣味性。
關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng)實驗；考核方式；教學(xué)質(zhì)量
中圖分類號：G642.423 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）18-0264-02
《信號與系統(tǒng)》是電類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，先修課程是高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、電路分析。《信號與系統(tǒng)》這門課也為后續(xù)課程數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、通信原理、自動控制原理的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會生活已進入了信息化時代，現(xiàn)在很多非電類專業(yè)也開設(shè)了《信號與系統(tǒng)》。這門課是學(xué)生將來從事信號分析、檢測控制等領(lǐng)域的科研與開發(fā)工作必不可少的理論與技術(shù)基礎(chǔ)[1]。
《信號與系統(tǒng)》課的特點是：公式多，概念抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣。這樣造成教師難以講解清楚，學(xué)生難以聽懂，在理論課堂上許多理論、概念和公式學(xué)生都是一知半解。所以《信號與系統(tǒng)》實驗課開設(shè)的初衷是讓學(xué)生進一步鞏固課堂基本概念和基本原理，掌握基本的實驗技能和實際動手能力，最終提高學(xué)生獨立思考和實踐創(chuàng)新能力。結(jié)合多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，筆者提出了一些提高《信號與系統(tǒng)》實驗教學(xué)質(zhì)量的方法。
一、強調(diào)實驗預(yù)習(xí)的重要性，避免學(xué)生盲目做實驗
以往的實驗課都是學(xué)生沒有課前預(yù)習(xí)就直接拿著實驗教材進實驗室，實驗室輔導(dǎo)老師按部就班地講解實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗?nèi)容、實驗步驟和實驗注意事項。學(xué)生就機械地照搬老師的講解內(nèi)容做實驗。有些時候老師還把實驗的過程演示一遍給學(xué)生看，這樣學(xué)生就依照老師的做法比葫蘆畫瓢地操作。這樣學(xué)生做實驗很順利，實驗結(jié)果也很快得出，但學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)，以后學(xué)生就業(yè)就是一個大問題。
所以，學(xué)生的課前預(yù)習(xí)尤為重要，學(xué)生要適應(yīng)當(dāng)今強大的就業(yè)壓力，就要掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，只有具備了較強的自學(xué)能力，才能獨立地探究新的科學(xué)領(lǐng)域，獲取新的知識，具備獨立思考能力、自學(xué)能力和科學(xué)探索精神。為了達到這樣的目的，我們的做法是：要求每一位學(xué)生在上每一個實驗之前都要預(yù)習(xí)這次實驗的內(nèi)容，并撰寫本次實驗的預(yù)習(xí)報告，沒有預(yù)習(xí)報告者不得進入實驗室做實驗。此外，我們還在校園網(wǎng)上傳大量的實驗室實驗儀器設(shè)備的使用說明及學(xué)習(xí)資料，還有很多有關(guān)儀器設(shè)備的操作的演示視頻供學(xué)生參考，這樣學(xué)生在上實驗課之前已經(jīng)對要做的實驗心中有數(shù)，避免盲目做實驗。
二、采用多種教學(xué)手段和教學(xué)平臺
鑒于《信號與系統(tǒng)》這門課的特點，實驗課總是滯后于理論課。我們在上實驗課時首先是講解實驗的原理，實驗原理的講解要求精煉，通俗易懂，注重物理概念的講解，一般講解七八分鐘。我們在講解實驗原理的時候最好采用多媒體教學(xué)手段，加上一些動畫演示，使復(fù)雜的公式理論形象化，更有利于復(fù)習(xí)理論課講過的內(nèi)容，有利于實驗課的順利開展。
傳統(tǒng)的實驗課都是在試驗箱上做一些驗證性的實驗。試驗箱的特點是，實驗原理電路已經(jīng)給出，學(xué)生只需根據(jù)實驗要求連線搭電路就可以了，而且連線往往很簡單。這樣的實驗，學(xué)生只需用信號源送給電路一個輸入，再把輸出送入示波器觀察實驗結(jié)果，最后分析實驗數(shù)據(jù)就可以了。這樣會造成學(xué)生機械地做實驗，實際操作能力和綜合分析問題的能力沒有提高。
我們把Multisim和Matlab引入到實驗當(dāng)中來，Multisim是加拿大簡稱IIT公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的從電路仿真設(shè)計到版圖生產(chǎn)全過程的電子設(shè)計工作平臺，是一套功能完善、操作界面友好、方便使用的EDA（ElectronicDesign Automation電子設(shè)計自動化）工具。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，是電子技術(shù)界廣為應(yīng)用的一種計算機仿真設(shè)計軟件。Multisim提供了方便友好的操作界面、相當(dāng)廣泛的元器件、種類齊全的電子設(shè)備、全面的電路分析工具。由于軟件操作是在計算機環(huán)境下進行的，不是真實實際的元器件和儀器設(shè)備的連接，故稱虛擬電子實驗室。例如對于信號的分解與合成，很多同學(xué)感到概念抽象，不容易理解，我們讓同學(xué)們自己運用Multisim軟件設(shè)計一個濾波電路來觀察信號的分解與合成，這樣直觀形象，學(xué)生能深刻理解這個概念，而且是學(xué)生自己設(shè)計的電路，也培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考、獨立解決問題的能力，同時也提高了學(xué)生綜合分析問題的能力。
Matlab俗稱“矩陣實驗室”，是Matrix Laboratory的縮寫。1984年由美國MathWorks公司研制開發(fā)，以矩陣計算為基礎(chǔ)的交互式的功能強大的科學(xué)及工程計算軟件。Matlab將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一塊，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而使其廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)計算和分析、自動控制、系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號處理、圖形圖像分析、數(shù)理統(tǒng)計、人工智能、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、通訊工程、金融系統(tǒng)等領(lǐng)域。時至今日，經(jīng)過MathWorks公司的不斷完善，Matlab已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、多種工作平臺的功能強大的大型軟件，也是當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)該掌握的一項基本技能。我們把Matlab軟件應(yīng)用在《信號與系統(tǒng)》實驗當(dāng)中可以把課程當(dāng)中抽象的概念和理論形象化，使學(xué)生更容易掌握這些難以理解的內(nèi)容。
三、合理調(diào)整實驗性質(zhì)的比重，注重學(xué)生能力培養(yǎng)
以往的實驗課都是做基礎(chǔ)驗證性實驗，它的特點是實驗過程簡單，實驗結(jié)果容易得到，這些實驗基本上是在實驗箱上完成。學(xué)生做過這樣的實驗印象不深，很快就遺忘，得不到實際的收獲，教學(xué)質(zhì)量很差。我們教研室經(jīng)過多年的努力，大力改革調(diào)整實驗內(nèi)容，適當(dāng)增加綜合設(shè)計性實驗和創(chuàng)新性實驗的比重。調(diào)整后的比例是基礎(chǔ)驗證性實驗占30%，綜合設(shè)計性實驗占40%，創(chuàng)新性實驗占30%。綜合性實驗是指實驗內(nèi)容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關(guān)課程知識的實驗。綜合設(shè)計性實驗的特點是，給定實驗?zāi)康囊蠛蛯嶒灄l件，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)的實驗，實驗內(nèi)容涉及本課程的綜合知識或涉及本課程部分知識的實驗。創(chuàng)新性實驗，以學(xué)生為主體，調(diào)動學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新實驗?zāi)芰Α?/p>
四、采用多重考核方式，注重教學(xué)質(zhì)量的提高
實驗總成績我們分兩個部分：平時實驗成績和期末實驗考試。平時實驗成績占總成績的60%，期末實驗考試成績占總成績的40%?？偝煽兾覀冇植捎梦寮壷圃u價，90分以上為A，80～90分為B，70～80分為C，60～70分為D，不及格為E。平時成績我們又細(xì)分成三個部分，實驗預(yù)習(xí)成績、實驗過程成績和實驗報告成績。實驗過程我們又從實驗操作和實驗數(shù)據(jù)兩個方面來考核，實驗得出的數(shù)據(jù)當(dāng)場有老師簽字，沒有老師簽字的實驗數(shù)據(jù)不合格，要重新做實驗。
五、總結(jié)
我們教研室一直在努力探索《信號與系統(tǒng)》實驗課教學(xué)方法。本文通過強調(diào)實驗預(yù)習(xí)的重要性，采用多種教學(xué)手段和多種教學(xué)平臺，合理調(diào)整實驗的比重，改革考核方式，初步摸索出一套良好的教學(xué)方法。經(jīng)過一年多的實踐表明這些方法都受到學(xué)生的好評，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實際動手能力、獨立解決問題的能力和創(chuàng)新能力都得到明顯的提高。學(xué)生素質(zhì)提高了，表明我們的教學(xué)質(zhì)量提高了。
參考文獻：
關(guān)鍵詞：獨立學(xué)院；C++程序設(shè)計；教學(xué)；任務(wù)驅(qū)動
中圖分類號：G642文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)25-1484-02
Teaching Researches on the C++ Programming Course to Students Major CS in Independent Colleges
LUO Ai-jun
(Computer Science College of Yangtze University, Jingzhou 434023, China)
Abstract: Programming is a very important basic course to students major computer science, and the point is much more important in those independent colleges which pay more attention to training the students' practice ability. The paper aims at lots of problems exposed during the C++ Programming teaching in independent college, analyzes these problems and brings up some corresponding proposals.
Key words: Independent College; C++ Programming; Teaching; Task_driven
1 引言
隨著社會的飛速發(fā)展，在高等教育日漸大眾化的今天，用人單位對人才的要求也越來越高。各大專院校也因此紛紛即時根據(jù)社會的需求調(diào)整其人才培養(yǎng)目標(biāo)，其中的獨立學(xué)院把其辦學(xué)思想定位于培養(yǎng)大批社會急需的應(yīng)用型人才，非常強調(diào)學(xué)生動手實踐能力的培養(yǎng)。
程序設(shè)計長期以來一直是大學(xué)工科各專業(yè)的一門必修課程。尤其對于計算機相關(guān)專業(yè)而言，程序設(shè)計學(xué)習(xí)情況的好壞，對計算機相關(guān)專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)將會產(chǎn)生較大的影響。目前，無論是搞開發(fā)還是搞研究，對使用的程序設(shè)計語言有同樣高的要求：要求能有較好的可靠性，高效率，可以在不同平臺上移植，有盡可能多的標(biāo)準(zhǔn)化語言內(nèi)容，支持?jǐn)?shù)據(jù)一致性，支持程序描述的簡潔與清晰，風(fēng)格自然[1]。這些都是C++的外在特點，高校計算機相關(guān)專業(yè)大多采用C++作為程序設(shè)計教學(xué)語言，全國計算機等級考試也把C++作為考試的主要語種，因此做好這門課程的教學(xué)工作具有較大的現(xiàn)實意義。但目前教學(xué)工作中普遍存在教師覺得不好教，學(xué)生覺得不好學(xué)的問題，本文針對教學(xué)中出現(xiàn)的問題進行思考分析，并提出了相應(yīng)的解決方案。
2 存在的問題
目前在教學(xué)過程當(dāng)中主要存在以下幾個方面的問題：
(1)教學(xué)目的與學(xué)生的需求存在偏差，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較大，但信心不足。
C++程序設(shè)計教學(xué)的目的是向?qū)W生介紹計算機程序設(shè)計的基本知識。讓學(xué)生掌握C++基本語法及面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本方法與編程技巧；讓學(xué)生了解常用的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識，能根據(jù)給定的算法，選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并編制出相應(yīng)的程序。同時也為本專業(yè)后續(xù)其他課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。
對此學(xué)生們的需求又是什么呢？博客上的調(diào)查結(jié)果反映：約75%同學(xué)希望通過學(xué)習(xí)本課程能開發(fā)出一款實用小軟件。而我們課堂程序設(shè)計教學(xué)中甚至沒有涉及到WINDOWS編程，學(xué)生學(xué)完了以后還是不能動手寫程序。學(xué)生的需求與上述教學(xué)目的存在一定的偏差。
大部分同學(xué)對本課程興趣大，學(xué)習(xí)積極性高。但在學(xué)習(xí)一段時間后，隨著內(nèi)容的深入，難度的增大，便有同學(xué)出現(xiàn)了畏難情緒，甚至認(rèn)為C比C++簡單，明顯地缺失信心。
(2)教師教學(xué)內(nèi)容和方法單一，師生互動不明顯。
教師教學(xué)停留在傳統(tǒng)的傳授課堂知識，對“師者，傳道、授業(yè)、解惑者也”的理解和認(rèn)識尚未進一步更新。師生在課下的溝通互動不明顯，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題不能夠及時地得到解決，這在很大程度上，也影響到學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。隨著科技創(chuàng)新和知識更新速度的加快，我們的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法也不能停留在課堂教學(xué)45分鐘“老師講學(xué)生聽”這一舊的模式和舊的層次上。同時，我們面對的每一個學(xué)生基礎(chǔ)不盡一樣，學(xué)習(xí)理解知識的能力也不同，如果采用單一的教學(xué)方法，很顯然是違背“因材施教”的原則的。
(3)沒有充分發(fā)揮實驗教學(xué)的優(yōu)勢。
現(xiàn)在各高校大部分機房都已連入INTERNET，而互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對學(xué)生是一柄雙刃劍。如果上課合理利用網(wǎng)絡(luò)檢索所需資源，則有利于學(xué)習(xí)和掌握知識；反之，如果上課時間利用網(wǎng)絡(luò)看電影、聽MP3、玩小游戲，或者甚至相互拷貝作業(yè)，則不僅沒有任何優(yōu)勢可言，反而是極有害于教學(xué)的。同時“互聯(lián)網(wǎng)”和“程序設(shè)計”二者誰對學(xué)生們的吸引力更大，這一點是不言而喻的，每次上機人數(shù)眾多，實驗指導(dǎo)教師監(jiān)控管理措施不易實施。
教師在實驗課上把精力放在指導(dǎo)學(xué)生調(diào)試程序上。作為初學(xué)者，學(xué)生們在程序調(diào)試中的問題層出不窮，只能被動地等待老師幫忙解決。有時教師還不得不重復(fù)解決相同的問題，課堂效率低下。傳統(tǒng)的“一問一答”的方式，已經(jīng)不再適合目前的實驗教學(xué)。
因此，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越發(fā)達的今天，如何重新讓機房、讓實驗課發(fā)揮其應(yīng)有的作用是擺在每一位計算機教育者面前殛待解決的問題。
3 解決的對策
3.1 選擇一本合適學(xué)生閱讀的經(jīng)典教材
要選擇一本好的教材，這看起來是一件很簡單的事情，似乎也不那么重要，因為現(xiàn)行各作者各出版社的教材上的內(nèi)容大多相差不大。的確，這是事實。然而，不光授課教師需要認(rèn)真咀嚼教材，學(xué)生們也要認(rèn)真閱讀教材。教師在講臺上講授，同時還要求學(xué)生能夠課下自己閱讀教材上的相關(guān)內(nèi)容。國內(nèi)引進的許多多影印版教材，在每一章節(jié)的課后都列出若干的參考文獻，引導(dǎo)有余力有興趣的學(xué)生去閱讀[5]，既加深了學(xué)生對教材的理解，也拓展了學(xué)生的視野。一本好的教材，不一定是通俗讀物，需要有一定的難度。過高的難度可能讓學(xué)生望而生畏，但適當(dāng)難度則可能激發(fā)學(xué)生更大的探索的興趣。
3.2 加大學(xué)生的興趣，增強學(xué)習(xí)的信心
興趣是最好的老師！如何培養(yǎng)學(xué)生對程序設(shè)計的興趣？當(dāng)他們親自感受到計算機程序設(shè)計的對當(dāng)今社會的巨大影響力，便可能對之產(chǎn)生濃厚的興趣。此外，還要讓他們認(rèn)識到學(xué)習(xí)程序設(shè)計目的在于培養(yǎng)學(xué)生用計算機解決生產(chǎn)生活中的一些問題，當(dāng)然首要就是本專業(yè)后續(xù)其他課程學(xué)習(xí)過程中的實際問題的能力。
不是說興趣高就意味著會編程了。眼高手低是學(xué)習(xí)過程中常出現(xiàn)的問題：他們對老師演示的內(nèi)容都認(rèn)為很簡單，但讓自己做卻無從下手。有意識地鍛煉學(xué)生動手編程能力，并引導(dǎo)他們?nèi)〉贸晒?，從成功中獲取更大的成就感和自信心，這將是他們在程序設(shè)計道路上繼續(xù)前進的巨大動力。例如，引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)過的知識，編程實現(xiàn)簡單的數(shù)字圖像處理過程。雖然開始時會讓大家覺得有困難，比如其中大量陌生的庫函數(shù)讓人望而生畏，有時可能自己還要寫一些自定義函數(shù)。但只要做好指導(dǎo)工作并給予適當(dāng)?shù)毓膭睿瑒t不僅能激發(fā)學(xué)生的興趣，還能鞏固所學(xué)的知識，而且可以在實踐中讓他們的思維能力得到提高、編程能力得到鍛煉、創(chuàng)新能力得到增強。
教師要付出足夠的耐心，想方設(shè)法提高學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)和提高他們的創(chuàng)新能力，增強學(xué)生們對學(xué)好本課程的信心。
3.3 把握教學(xué)重點，靈活采用教學(xué)方法，加大師生互動
算法設(shè)計是程序設(shè)計的核心。我們要將教學(xué)重點從C++基本語法轉(zhuǎn)移到算法設(shè)計上。有針對性地設(shè)計能綜合運用已學(xué)和將學(xué)相關(guān)知識點的實例，課程上多采用案例教學(xué)。即使是同一本教材，同一個算法案例，只要我們善于挖掘，也可以推陳出新，找出更易于學(xué)生理解和接受的講授方法。
針對不同的教學(xué)內(nèi)容，更要靈活采用教學(xué)方法。常用的教學(xué)方法有：類比教學(xué)法、啟發(fā)教學(xué)法、分步教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動法[4]等。而其中任務(wù)驅(qū)動法在C語言程序設(shè)計教學(xué)中運用較多、效果較好的一種。
除了傳統(tǒng)的師生互動方式外，我們還可以采用其他更靈活有效的方式?？紤]到學(xué)生們課外在網(wǎng)絡(luò)上花費的時間較多，我們就可以充分利用學(xué)校的精品課程網(wǎng)站的網(wǎng)上答疑論壇子系統(tǒng)，還可以利用各大門戶網(wǎng)站提供的免費博客系統(tǒng)，二者都可以較好地解決課堂45分鐘以外的師生互動問題。在實際教學(xué)中，我們利用TOM BLOG進行師生溝通，也取得了很明顯的效果。
3.4 加強上機實驗指導(dǎo)，制訂上機任務(wù)，保證上機效果
(1) 程序設(shè)計課程本身實踐性較強，必須安排足夠的上機學(xué)時。同時還要精心設(shè)計每一次實驗內(nèi)容，讓學(xué)生每一次實驗都有明確的上機目的。
(2) 學(xué)生明確任務(wù)以后，應(yīng)首先仔細(xì)思考，形成思路，再將思路描述成為C++代碼寫到實驗報告紙上，待形成完整的程序以后再輸入計算機中進行編譯。而不是一邊想，一邊輸入代碼。這樣既提高了效率，同時也提高學(xué)生思考問題的能力。
(3) 針對學(xué)生在編譯，鏈接過程中出現(xiàn)的錯誤或警告，教會學(xué)生使用調(diào)試工具。學(xué)生在調(diào)試中遇到的疑點和難點，及時給予必要的適當(dāng)指導(dǎo)，主要是教給學(xué)生科學(xué)有效的調(diào)試方法，例如等價類劃分法、邊界值分析法、安插測試語句等。
(4) 實驗課結(jié)束時，每名學(xué)生必須上交比較規(guī)范的紙質(zhì)實驗報告（其中除包括程序的源代碼，輸入數(shù)據(jù)，程序輸出結(jié)果外，還應(yīng)重點包含程序調(diào)試過程，以及本次實驗體會），通過以上舉措來保證學(xué)生完成實驗任務(wù)。課程結(jié)業(yè)考試也必須包括學(xué)生上機編程能力考核。
(5) 課程結(jié)束以后，分組安排2周的課程設(shè)計。題目要具有一定的綜合性和較強的實用性，如學(xué)生信息管理系統(tǒng)等。要求學(xué)生經(jīng)過需求分析，軟件設(shè)計，編碼，測試等軟件開發(fā)的各階段，最后提交一個軟件原型及相關(guān)文檔。通過課程設(shè)計實踐，提高學(xué)生的軟件開發(fā)水平和合作能力，同時，還可使學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)過程中，自覺將計算機技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)和研究過程中，真正做到學(xué)有所用。
在上機實驗環(huán)節(jié)，教師要認(rèn)真做好指導(dǎo)和督促，減少互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等對學(xué)生注意力的不良干擾，讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成指定任務(wù)，從而保證實驗教學(xué)效果。
4 結(jié)束語
本文提出了近幾年在獨立學(xué)院計算機專業(yè)《C++程序設(shè)計》教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，進行了思考和探索。對提出的方案在獨立2006，2007級計科、網(wǎng)絡(luò)專業(yè)本科學(xué)生中實施，較好地激發(fā)了學(xué)生的興趣，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強了學(xué)生的自信心，日常教學(xué)和計算機等級考試都取得了很好的效果。以上事實證明，只要教師教學(xué)目的明確，教材理解深入，教學(xué)方法靈活得當(dāng)，師生加大互動，學(xué)生是可以輕松學(xué)好C++程序設(shè)計的。
參考文獻：
[1] 錢能. C++程序設(shè)計[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005.
[2] 劉曉鋒, 吳亞娟. 計算機專業(yè)《C語言程序設(shè)計》教學(xué)與教學(xué)改革[J]. 四川師范學(xué)院學(xué)報, 2003(24):34-36.
[3] 孔垂柳,田地. 基于程序設(shè)計思想的C語言教學(xué)方案[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版) , 2005,(S2):2.
