数字图像处理实验报告大全11篇

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中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）08-0168-02

0引言

数字图像处理技术在近20多年时间里，迅速发展成为一门集光学、微电子学、计算机科学、应用数学等学科为一体的具有强大生命力的综合性边缘科学。目前，数字图像处理技术在通信工程、遥感技术、医用图像处理、工业生产、军事公安、文化艺术等许多领域中发挥着越来越重要的作用。学科的快速发展决定课程教学内容改革的必要性和紧迫性。本文从教学内容、教学方法、教学手段等方面针对课程特点进行改革探讨，为其他专业课教学改革提供一定的参考。

1选用教材合适，制作幻灯同步

在选用教材时紧跟学科发展的脚步，结合数字图像处理课时较短的特点，选用了机械工业出版社出版的李朝晖主编的普通高等教育规划教材。该教材内容精炼，突出了数字图像处理的主要内容，包括图像的基本知识、图像的变换、图像的增强、图像的复原、图像的压缩编码、图像的分割与特征分析等基本章节，方便老师在较短的时间内将该课程的主要理论讲授给学生，学生可以很快抓住数字图像处理技术的精髓所在。该教材又不乏介绍新技术、新算法和数字图像处理新的应用。花大量时间制作与教材完全同步的课件，便于学生深刻领会教学内容，同时又不拘泥于教材，采用课堂教学、学生自学、学生演讲、上机实验等多种教学方式，提升教学水平。

2讲授概念系统，掌握基础牢固

概念图（Concept Map）是以综合、分层的形式表示概念之间相互联系的空间网络结构图。最初是由美国康奈尔大学教育系的Joseph D. Novak教授及同事提出来将概念图有系统的运用于教学与学习的研究。它是一种将概念之间关系图形化表示的技术。概念图一目了然，对学生系统地掌握专业术语及关键理论非常有帮助。我在让学生充分了解了概念图定义及作用后，让学生自己制订了图像增强一章的概念图，大大激发了学生的创造性，同时加深了学生对基础理论知识的学习。另一方面，概念图可以作为学生自我评价的工具，学生在构图时遇到困难则说明自己的知识结构存在不足；构图不完整则说明自己的知识储备不够；概念图层次不清说明自己对这部分概念的理解不透彻等等，这些都将帮助学生认识自己，并对此进行反思，以改善自身的学习，寻找完善的对策。

3培养思维能力，挖掘学生潜力

在《数学图像处理》的教学过程中除了讲清楚基本理论、基本概念外，十分注重新理论、新算法产生的原因、过程，采用启发式教学，也就是将科学的思维过程传给学生，培养学生的科学思维能力。如在讲静态图像压缩的两种算法标准JPEG和JPEG2000时，由于JPEG是基于离散余弦变换的静态图像压缩标准，而JPEG2000是基于小波变换的静态图像压缩标准，因此首先给学生讲授了离散余弦变换的特点，它可以将大多数的信息放到较少的系数上去，因此更能提高编码的效率。缺点在于只要选定了需要保留的系数，则压缩比或者说分辨率就是固定的。而小波变换恰好可以克服这一缺点，它被誉为“数学显微镜”，可以对函数或信号进行多尺度细化分析，为实现图像多级分辨率提供了基础。而小波变换又存在哪些问题，讲清楚上述过程，比单讲算法本身要重要的多。旧的算法也许过时，但其包含的科学思维方法并不过时，新的算法也不能解决所有问题，但其创新意识却是解决所有问题的钥匙。在授课过程中，为了让学生理解各个学科在整个数字图像处理过程中各自的作用及如何有机地结合在一起，从图像的获取、图像的数字化、图像的预处理、图像的压缩编码、图像的显示、图像的描述等具体过程，说明多个学科如何交叉贯穿在一起。综合能力的提高必须掌握多学科的基础知识，这样才能融会贯通。理论授课结束时，让学生分组搜集素材谈谈对该课程或该技术的了解，并制作PPT在课堂上演讲。同学们积极踊跃，很多人讲了数字图像处理技术在日常生活中的应用，课堂效果非常好，在丰富了自己的同时也开阔了大家的视野。

4引进Photoshop，辅助教学手段

数字图像处理技术是一门利用计算机进行图像处理的学科，许多算法最终要在计算机上实现，因此《数字图像处理》课程教学不能脱离计算机，开展计算机辅助教学已势在必行。CAI是以计算机为教学媒体，通过学生与计算机之间的交互活动，充分利用计算机模拟、微观扩大、高速处理、及时反馈、动态显示、图文并茂、知识密集等一系列特点，来开发人及人以外的一切学习资源，达到优化教学效果的目的。Photoshop就是一款典型的优秀数字图像处理软件，在《数学务图像处理》教学中采用Photoshop作为CAI软件，不仅可以了解计算机图像输入、存储、输出的整个过程，而且对各种图像处理算法均有形象直观的印象，对直方图、图像文件格式、调色板等数据结构有了更深的理解。理论与实践的有机结合可使本课程的学习变得非常有趣。

5改革实验内容，上交实验报告

纯理论教学已反映不了“数字图像处理”课程应用性极强的时代特征，注重实践性教学环节对培养理工科学生的创造性是极为重要的。“数字图像处理”是以实验为基础的课程，主要讨论用计算机对图像进行加工和分析的方法。在开课的前一学期，完成了课程中主要实验的编程与调试，主要包括图像及其直方图显示、图像二值化、DCT变换、图像增强、图像编码等五个实验。在该课程理论授课结束时，制定了实验实施计划和指导方案。要求学生用MATLAB或VC语言做实验。实验开始前，简单讲授该课程实验中用到的主要的MATLAB语句，并和学生共享相关的课件，受到学生的欢迎和好评。结合学生的掌握情况，在已确定的实验内容基础上，又增加了图像的边缘检测。课程设计结束时，要求学生上交一份完整的说明书，要求内容充实，语言简练，能够熟练运用相关的工具对实践内容做出总结。通过实验练习和指导，加深了学生对课堂教学内容的理解，提高了学生的学习兴趣，大大增强了学生的实践动手能力。

6结束语

《数字图像处理》课程的教学任务还很艰巨，需要不断的探索与实践，还要在完善教学条件、提高教师自身能力和素质的过程中得到完善。课程改革的目标，是强调基础理论的学习，突出工程意识、创新意识与综合设计能力，使学生的信息综合设计能力和创新能力、科学研究能力有明显的提高，进而扩大学生的就业面。以上是我近一年在《数字图像处理》中进行的改革与实践，随着教学条件的改善和教学水平的提高，还需要进一步完善教学内容，培养出越来越具有开拓精神和创新意识的现代化新人。

参考文献：

[1]李朝晖，张弘，王京文，赵保军.数字图像处理及应用.北京：机械工业出版社，2007.

[2]付丽琴，桂志国，王黎明.数字信号处理原理及实现.北京：国防工业出版社，2004.

[3]阮秋琦.数字图像处理学.北京：电子工业出版社，2008.

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）09-0059-03

遥感是农业高等院校一些专业（如资源环境与城乡规划、土地资源管理、农业资源与环境、环境科学等）的本科生必修的专业核心课程。遥感技术已经广泛应用于社会生产的各个领域，培养遥感应用型的高级技术人才非常重要，但目前农业院校的遥感课程的教学体系、教学内容和教学方式难以适应遥感技术的快速发展，存在不少问题，使培养的人才与社会产生脱节。

一、农业院校遥感教学存在的主要问题

1.遥感课程理论多而杂、抽象化等特点，抑制了学生的学习兴趣。遥感技术具有理论抽象、知识点庞杂的特点，其多学科交叉，基础知识面广而杂，技术性和实践性较强且多应用于大型项目。农业院校的本科生一般是第一次接触，缺乏与课程相关的预备基础知识和背景知识，学习遥感课程太抽象，实际生活中也很难接触到遥感应用方面的项目，这样会导致学生觉得遥感课程“遥不可测”，具有一定的距离感和陌生感。另外，遥感课程在农业类院校中一般属于专业基础性学科，得不到足够的重视，以及学时不多等原因都在一定程度上抑制了学生的学习兴趣。

2.教材内容过于突出前沿科学，忽略了其应用性。现在的农业院校遥感教材已经采用国家农林类普通高等教育“十一五”、21世纪规划教材，虽然教学内容进行了更新，基本上不存在以前的内容过于陈旧的问题，但仍然出现不少问题。主要存在教学内容过于突出其前沿科学以及发展趋势，导致部分教学内容或过于深奥，或与农业类等相关专业的结合性不大，在农业院校等相关领域中几乎应用不到；如“微波遥感原理”深奥难懂，在农业院校相关专业几乎很少用到；又如“高光谱的影像分析”过于深奥，对于遥感课程学时很有限的农业院校本科生关联系不多且过于深奥。现在国民生产的各领域中广泛应用的遥感技术或结合性较强的教学内容，很少有教材提及或提及极少。如近年在灾害监测中广泛应用高分辨率的QUICKBIRD、WORLDVIEW卫星数据WORLDVIEW；又如在农业中应用较多的测定地物光谱仪的设备和我国“北京一号”小卫星在北京近郊农业监测中应用等内容却无体现。脱离生产实践与应用的前沿技术，就像是没有方向的深海之舟，与农业类院校本科生的教学宗旨与教学目标背道而驰。

3.教学手段不够丰富，学生参与不够，缺乏学习热情。农业院校遥感课程虽然普遍使用了多媒体教学技术，但仍是以教师讲授为核心，缺乏形象教学必要的教学手段与辅助教学资料，很少有本科生参与教师的科研项目或大型的工程应用项目。由于时间等种种原因，也很少本科生参加课内外的遥感应用的体验与交流报告，缺乏学习遥感课程的源动力与热情。

4.现有的考试制度抑制了学生的创新。现有的考试制度以考试为主，侧重卷面成绩，试卷考核方式很难考验学生对理论体系的系统性掌握、知识点的内在联系以及实际技能的掌握程度与应用程度。农业院校的遥感实验课程学时设置少，实验个数少，实验成绩占课程成绩的比重不大，一般隶属于遥感课程理论教学的一部分，很少单独开设，实践环节教学得不到足够的重视，且多侧重实验报告成绩，忽视了实践环节学生能力的表现。现有的课程成绩构成缺乏讨论、专题制作、文献检索、学习报告等多手段，在一定程度上抑制了学生参与的积极性和主观能动性，导致学生自主学习的热情不够，缺乏创新的激情。

5.实践学时偏少，缺乏针对农业院校的上机教材。遥感实践课程少，难以培养学生的感性认识，动手能力的提高更是无从谈起。目前，与遥感课程配套上机的教材多是针对高等院校测绘类专业，缺乏与农业院校遥感课程配套的上机实验教材，市场上偶见农业院校专用教程，在内容的设置上与上机实验数据或样例数据方面却与测绘类专业并无多大区别。农业院校类本科生感觉不到遥感实践与专业的相关性或结合性，无法满足农业院校专业学生的实践教学的需求。

二、教学改革的基本内容与途径

1.教学内容的完善与改革。（1）教学内容的设置应重点突出。在农林院校遥感课程学时很有限，而遥感技术体系本身内容非常庞杂，教学内容与学时的设置除了体现理论的系统性，一定要注重各部分内容的内在的逻辑联系，突出主要内容和重要内容，必要时，应进行取舍。使学生对整个教学有一个比较宏观、层次清晰的印象，能够抓住遥感主要的原理和难点内容。农业院校的遥感课程主要内容包括航空像片与遥感相关的基本概念、地物的反射光谱特性、航空摄影测量的基础知识、遥感图像的像点误差、航空摄影测量的内外业、卫星传感器数据、遥感图像的目视判读与调绘、遥感数字图像处理原理与操作技能，以及遥感技术的应用案例，尤其是在农业领域的应用实例。（2）根据应用情况对前沿性内容取舍。现在很多教学改革过于突出课程的前沿性内容，但受到学时的限制，很难与生产实践或专业联系起来，学生感觉很陌生、很抽象，教学效果甚不理想。农林院校的遥感课程学时一般都很有限，在突出课程内容的系统性和重点内容的前提下，对于前沿性的内容，可结合授课专业情况进行灵活调整。若在相应专业领域中很少应用的可略讲或不讲（如微波遥感、高光谱）；若在相应专业领域实践中有应用或应用较多的（如在农业和土壤学科应用较多的便携式地物波谱仪），可侧重于先进的仪器以及在科研或生产实践中的作用与功能。这样学生既不会感到深奥难懂，又会觉得该课程很贴合实际需求，这样就可在有限的学时取得较好的教学效果。（3）实验内容的调整。遥感课程实验内容的设置应与基本理论、基本方法相呼应，突出其主要技能、实践技能，平衡传统方法与现代作业方法，采用的实验器材或软件应与当地生产部门基本保持一致，若有条件应尽量将实验课单独开设。遥感技术在实际作业中，数据源以及产品都是采用遥感数字图像，因此，传统的遥感课程实验内容应根据行业发展情况适当地删除过时的实验，保留主要的遥感实验外，应尽量根据授课对象的就业方向、科研情况以及学时情况选择性地增加设置遥感数字图像处理的实验内容与课时数，如“熟悉ERDAS或ENVI遥感图像处理软件的基本操作”、“遥感数字图像的增强处理”、“遥感数字图像的几何处理”、“遥感数字图像的计算机自动分类”。

2.教学手段与教学方法的改革。（1）从兴趣点或生产应用入手展开教学。由于遥感课程理论知识点多而杂，在教学内容的组织上可从学生感兴趣的知识点入手，适当引用遥感在测绘、国土、农业等重要部门的一些视频资料。阐述基本原理与基本方法时注重加强学生思维的引导，主要内容与重点内容可采用精讲、细讲，生产中不常用的原理与方法采取学生课外自主学习为主，遥感在实践中应用可采取具体案例分析，这样既可保证激发学生学习的兴趣，在面上对遥感有全面的把握，又可在重点内容上有所深入。除了现代常用的多媒体教授的教学方法，可布置与课程内容相关且很有趣的课外小作业，如可通过让学生在Google Earth上查找校舍或旅游目的地的方式对卫星遥感数据的认识。（2）制作遥感教学辅助材料。遥感教学辅助材料包括航空图像与卫星遥感图像样片的制作、各类教学视频的制作、试题库与习题库的制作、遥感精品课程在线网址的收集，完善各种网络教学资源库的建设等。将生涩难懂且方便用于直观教学的遥感图像的分类与遥感图像的解译标志等内容制作教学样片，如可将全色图像、红外、彩红外、多光谱等航空像片与各种常用的卫星遥感数据制作样片，形象而直观，易于理解与记忆。对于比较抽象、生活中接触较少的知识点用于制作1～5分钟的辅助视频，如航空拍摄的过程、卫星遥感以及传感器的工作原理等。将近年来遥感技术应用于现实生活中有影响力的重大事件的新闻视频片段制作教学视频资料，如“国土部：用卫星遥感图片严查违法用地”、“我国‘北京一号’、‘小卫星’监测北京近郊农作物长势”、“汶川地震前后遥感图像前后对比”等新闻视频片段。教学辅助材料在有些教学内容方面可发挥很大的教学作用与效果。（3）重视遥感技术应用案例分析。一般农业院校的遥感技术的应用所占学时极少，与专业结合性不够。一般只是泛泛地提到或者一带而过，没有具体的案例或应用视频，学生缺乏对遥感技术实际应用情况的了解。可根据授课对象与专业方向选择教学辅助材料，根据授课对象及专业方向播放其相关内容，重点分析应用案例。如面向土管专业授课时可侧重土地资源调查与土地执法的案例分析；面向农资专业时，可侧重农作物长势监测与估产、光谱反射率的野外测定与分析等案例分析，面向环境类专业，可侧重环境监测与灾害监测的案例分析。（4）实现教学手段的多元化，激发学生学习热情。除了常用的多媒体教学与板书等教授方式外，还可适当采取学生教学的方式，加强与学生互动交流，提高学生自主学习的能力。利用课前与课间的时间或借助网络平台，与学生进行充分交流，及时掌握他们的兴趣、学习难点以及就业意向等，因材施教。利用国家、省和校级精品课程建设的成果，建立网络实践教学平台，实现网络互动式教学，设置“课件下载”、“实验报告上载”、“答疑”、“FTP”等功能。可借助与测量学等课程的重叠交叉知识，进行触类旁通式的教学。通过小型专题报告的形式，促使学生课外收集文献资料学习实践应用性强、与专业结合紧密的内容，择优以多媒体的形式课堂交流并点评，并作为学生课程考核的一部分，有意识地将教学内容与科研、就业与生产项目管理等结合起来，引导学生自主学习，激发学习的创造性。

3.建立考试制度的改革，提高其学习的积极性。进行课程考试制度的改革，改进考核方法，建立考察学生全面素质的考核体系、建立科学的考察学生综合知识、综合素质、综合能力的实践考核体系，采取灵活多样的考试方式。在课程考试构成增加小型专题报告制作、文献检索与总结等，理论环节可增加课堂互动环节（如提问、讨论等）考核的比重；实践环节可强化动手实践与仪器操作的考核，淡化实验报告等书面成绩。通过建立考试制度的改革，促进学生积极学习。

三、教改效果分析

近年来遥感课程改革探索初步取得较为明显的成效，具体表现在以下几个方面。

1.学习态度的改变。学生对教学内容的兴趣和注意力明显提高，课堂互动变得更为积极，课外自主学习的激情提高，教学氛围良好，“教与学”变成了一件较为愉快的教学活动，学生对遥感方向的学术报告与毕业论文选题感兴趣的人数明显增加。

2.学生对遥感教学的评价。每学期都对全部遥感课程进行教学评估，学生无记名网上评教，结果表明总体优良。说明学生对于教学内容与教学形式是认可与肯定的。

3.学生的收获。国土资源管理、农业资源与环境等专业分别成立了兴趣小组，在老师的指导下能够独立完成校级创新型实验项目。学生的动手实践能力明显得到锻炼与提高，有机会参与到多项遥感技术应用的工程项目，特别优秀的学生能在测绘遥感相关的事业单位就业。也有本科生在国内的学术期刊上公开发表遥感领域内的科研论文。

虽然笔者针对农业类院校的遥感课程实践教学改革进行了探索与实践，然而，许多问题有待进一步探讨，诸如教学平台的完善、教学形式的改进、产学研实习基地建立、专业实践素材库的建立等。面向未来，我们需要更好地根据社会需求，积极进行遥感教学课程改革，为社会培养出更多的遥感应用型的高级人才。

参考文献：

[1]尹占娥.现代遥感导论[M].北京：科学出版社，2008.

[2]邓良基.遥感基础与应用[M].北京：中国农业出版社，2009.

[3]常庆瑞，蒋平安，周勇.遥感技术导论[M].北京：科学出版社，2004.

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【中图分类号】G40-057【文献标识码】A【论文编号】1009-8097（2015）05-0091-06【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.05.014

引言

应用型本科教育以培养具有较扎实的理论基础、较强的分析问题和解决实际问题能力的应用型人才为目标。实践教学环节有助于培养学生的动手能力和应用能力，在应用型本科高校中占有突出的地位。实验教学是实践教学环节的必要组成部分，提高其教学质量对实现人才培养目标具有重要意义。

长期以来，应用型本科高校的实验教学普遍采用“教师演示，学生重现”的模式，教师常常忙于指导学生的实验操作，较少引导学生探究。学生则过多关注实验结果的正误，较少反思实验方法和结果。由此，学生分析问题和解决问题的能力还有待提高，实验教学对理论教学的促进作用也较为有限。因此，迫切需要研究新的实验教学方法，全面改善教学效果。

从2011年开始，翻转课堂教学模式逐渐在美国流行，并传播到世界各地。它倡导学生在课外通过观看教学微视频自学课程内容，师生在课间参加教学活动和交流互动，学生消化吸收知识。翻转课堂将教师从传统教学方式的讲授任务中解放出来，使他们能集中精力开展教学研究，提高教学效果。同时，学生成为教学过程的主体，教学获得良性发展。翻转课堂为应用型本科实验教学改革提供了新思路。

华中师范大学杨九民等将以微视频资源学习为核心的翻转课堂运用到“现代教育技术”实验课程中，取得了良好效果，但还需具体设计课内实验阶段的交流互动活动，以进一步提高实验教学质量。

一 翻转课堂及实验教学方法

1 翻转课堂的发展和内涵

早在2000年，美国迈安密大学的三位教授Lage，Platt和Treglia在经济学导论课程的教学中，提出了翻转课堂教学方式，即将传统教学模式中课内传授知识的工作转移到课外完成，而将原来课外练习的工作转移到课内完成。教学实践表明这种方式有利于学生成为学习的主体，从而获得个性化的教育。教学微视频的出现则使翻转课堂应用于教学实践成为可能。2004年，SalmanKhan为侄女录制了视频帮助其补习功课，侄女反映视频便于她略过已经掌握的内容，也利于她

翻转课堂的基本思想是采用“课外传授知识，课间内化知识”的策略开展教学。在课外，学生通过微视频自学基本知识，有效实现新知识的原始积累。在课间，教师安排学生开展协作探究式活动，并当面解决学生疑问，促使他们加深对知识的理解。翻转课堂教学模式具有以下优点：

第一，采用微视频引导学生课外自学，效果优于传统教学中教师讲授的方法。首先，教学微视频其实是教师讲课场景的复制品，一旦录制长期保存，可被多人反复使用。用微视频替代讲课，避免教师重复讲解，减少工作量。其次，学生易于根据各自的学习状况和特点，自由控制微视频播放的时间、进度和次数，满足学生个性化需要，从而提升学习效果。

第二，最佳发挥教师辅导学生的作用。在传统教学中，当教师在课内为学生讲解知识点时，由于学生刚接触新知识，还来不及深入思考，此时很少需要教师解答疑问。在课后，学生做练习时，却不能及时得到老师的帮助。翻转课堂调整了教师在学习过程中出现的次序，当学生完成课外自学，取得新知识基础后，教师与学生开展课内教学活动，交流互动，教师协助学生完成知识内化。

第三，翻转课堂的核心在于课堂上的教学活动。建构主义认为，知识是学习者以自身为主体通过意义建构而获得的。意义建构是指深刻认识新知识所反映的事物性质、规律和相互关系，理解知识点的内涵和外延，也即是知识内化。学生只有实现知识内化，才能理解新知识，掌握新知识，并灵活运用它们。翻转课堂采用微视频引导学生自学的根本目的在于，为学生实现知识内化奠定必要的知识基础。同时，微视频免除了教师讲授的任务，使教师能集中精力设计和组织课堂教学活动，促进学生吸收和内化知识，提升学习效果。

2 传统实验教学方法的分析

在传统实验教学模式下，学生通常被要求课前预习实验内容。在实验课期间，教师先用15分钟左右的时间集中讲解实验原理和内容，并演示操作过程。随后，学生独立完成实验，并在课后完成实验报告。这种传统的实验教学方法有以下缺陷：

首先，实验进展缓慢，效率低。学生基于实验指导书完成预习，较难把握实验过程的每个环节，有些学生甚至不熟悉实验仪器。他们操作不够熟练，实验进展缓慢。

其次，开展相同实验的次数多，教师重复讲解工作量大。不同班级可能开设相同实验，每个班级往往需分批进行同一实验，因此实验重复次数多。有些基础课程实验重复量相当大，重复多次讲解相同实验内容的巨大工作量使教师无暇改进教学方法。

再次，教师的集中讲解效果差。学生的接受能力有差别，每次的实验人数又很多，实验老师的集中讲解通常不能保证每个学生都能清楚把握实验方法和要求。

最后，实验过程忽视学生内化知识。实验成绩通常以结果的正误来评定，学生大都只追求完成实验项目，取得正确的数据结果，很少深入思考相关问题。教师经常忙于解答学生的操作问题，较少有技术性指导。因此，师生之间缺少专业知识层面的交流和互动，不利于教学相长。

3 基于翻转课堂的应用型本科实验教学方法

本文根据翻转课堂的优点，设计新的实验教学方法，实施结构如图1所示。在课前，主要通过教学微视频引导学生自学实验原理和操作方法，减轻教师讲解负担。在课内，学生完成基本实验后，教师以思考题为导向，组织学生开展探究活动，强化其理论基础，提高他们解决问题的能力。在课后，学生整理实验报告。以下详细介绍课前和课内的主要活动。

（1）课前活动

①教师根据实验计划编写指导书。对于各实验项目，除原理、步骤以外，指导书还应详细说明要求取得哪些结果和结论，并给出与本实验相关的1-2个思考题，以便课内开展探究活动。

②教师录制讲解实验原理的视频。该视频可采用幻灯片方式加讲解语音的形式，或者板书加讲解语音的形式。同时录制现场操作过程的视频，以使学生能熟悉实验环境。每个视频控制在10分钟左右，充分利用学生注意力最集中的时段，提高学习效果。

③学生观看实验教学视频。学生自由选择观看视频的时间、地点和方式，在最佳状态下高效率学习。学生反复学习教学视频，掌握基本原理，熟悉实验仪器和操作步骤，并记录遇到的问题。

④在完成上述步骤的基础上，学生参考指导书，开展理论分析和计算，规划实验报告，完成预习。针对预习中遇到的问题以及实验思考题，学生通过网络平台相互交流，查找资料解决。

（2）课内活动

①学生完成基本实验。学生在观看教学视频完成预习的基础上，能在半小时左右的时间内完成教学视频所给出的基本实验内容，教师也能在此期间解答学生预习中的疑问。

②开展协助探究活动。该步骤包含两部分内容。第一，学生得到基本实验的结果后，通过相互交流，纠正错误。第二，学生开展探究，解决新问题。教师针对指导书上的思考题，组织学生以3人为一组开展讨论交流。各个小组分别讨论思考题，探讨结论，并在基本实验的框架上，设计和拟订实验方案，并通过实验予以实现。在整个过程中，教师指导和解答学生疑问。该步骤有助于学生深化对基本知识的认识，提高他们分析问题，解决问题的能力。

③展示和交流探究实验结果。各小组独立完成探究活动之后，教师选择2-3个小组为示范小组。各示范小组依次为全体同学介绍解决思考题的依据、实验方法，展示实验结果。针对展示的情况，其他同学对比本组实验方案与结果，讨论和补充改进方法。

④实验效果评价与反馈。经过探究活动、展示和交流后，每个学生首先自我评价自身掌握实验原理的情况，评价基本实验和探究实验采用的步骤、所得结果的情况，并列举本次实验中的优点和不足。然后，针对示范小组，每个学生对其实验方法和结果打分，指出其优点，提出改进意见。教师整理和总结评价材料，进一步改进教学方法。同时，将对示范小组的评价情况反馈给对应小组，促进他们提高实验技巧。学生自评有助于其端正学习态度，提高学习主动性。学生互评能帮助学生正确认识长处和不足，改进学习方法，最终提高其应用能力。

二 翻转课堂实验教学举例

下面以数字图像处理课程中的“图像的傅立叶变换与频域滤波”实验项目为例，具体说明本文提出的翻转课堂教学方法。数字图像处理课程是应用型本科高校电子信息工程专业的重要课程，要求学生掌握通过程序设计开展图像处理的基本方法。本实验的基本实验内容为验证二维傅里叶变换的平移性和旋转不变性，实现图像低通频域滤波，学生应掌握傅立叶变换原理和特性，熟悉图像正、反二维傅立叶变换的程序设计方法。

根据本文提出的教学方法，教师在编写实验指导书的基础上，采用录屏软件录制了讲解原理的视频，以及基本实验操作步骤和讲解的视频。此外，指导书中增加的思考题为：在图像的傅立叶变换域中，零频、低频和高频数据分别代表图像的什么信息，通过实验予以验证。

课前，学生观看教学视频，掌握了图像正、反二维傅立叶变换的基本过程及其程序设计方法，熟悉了常用的读图、傅立叶变换、显示等函数。针对思考题，学生通过查找资料和交流，对实验验证方法也有了初步的方案。

课内，学生独立编写图像处理的程序代码，完成基本实验内容，相互交流，纠正实验错误。之后，学生以3人为一小组，针对思考题，讨论设计方案，分析其可行性，并拟订技术路线。再通过程序设计实现方案，最终给出图像处理结果。

示范小组给出的设计方案主要有两种。如图2所示为其中一种方案的流程图，图2中FFT和IFFT分别表示正、反傅立叶变换。首先，将原图作傅立叶变换，得到频域数据。然后，分别设计2个低通滤波器、1个高通滤波器，其中一个低通滤波器的截止频率接近零频。接着，分别将三个滤波器与图像频域数据相乘，再将乘积作反傅里叶变换，得到滤波结果，实验结果如图3所示。根据处理结果图，很容易得出，傅立叶变换域中的零频、低频和高频数据分别代表图像的平均亮度、概貌和景物边缘信息。

如图4所示为第二种方案的流程图。它的基本流程与方案l一致，只是逐渐增加低通滤波器的截止频率，获得多个低通滤波结果。当截止频率fe很小时，处理结果与图3（b）一致。当截止频率fe分别取为10、20、30、40个像元时的处理结果如图5所示。可见，随着截止频率增加，滤波结果的图片越来越清晰。由此可以说明，零频代表图像平均亮度，低频代表图像的轮廓，高频代表图像的细节。

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一、引言

“图像处理”是我院计算机科学与技术专业和物联网工程专业的专业选修课，该课程要求学生能够掌握基本的图像处理理论与算法，能够进行简单的程序设计来实现特定的图像处理任务。然而，经过几年的课程教学，我们发现学生在学习这门课的过程中出现了一些问题，具体如下：

首先，图像处理这门课是多学科交叉，学习这门课之前要掌握微积分、线性代数、微分方程、计算方法等数学课程，同时还要掌握一种程序设计语言。然而，学生的学习积累较弱，在进行算法讲解过程中往往需要结合特定的物理学、仿生学理论进行必要的数学理论推导，使学生在听课的过程中感到乏味，这给学生的学习上带来了不小的困难。在课下和学生交流过程中，他们普遍反映对理论推导的理解上存在不小的困难。

其次，作为一门实践性很强的课程，在学习课程的同时还需要进行相应的编程来验证算法的有效性，更多的时候是需要学生在吃透算法的基础上引导学生对已有算法来进行改进。然而，由于许多学生对于这门课的作用、目标不清晰，没有一个正确的学习方法，导致学生自己编程时普遍存在没有思路或者无从下手的感觉。

最后，这门课是三年级下学期开设的课程，学生面临公务员和研究生考试，同时还是选修课，学生重视程度不够，这些不确定因素给教学带来了一定的困扰。这样一来，真正肯下功夫学习的学生并不是很多。

为了破解图像处理这门课教学过程中所存在的一系列问题，提高学生对这门课的兴趣，同时按照学校应用型本科人才培养的要求，我们对这门课的教学总体目标和要求、教学内容、教学方式和考核方式进行了相应的改革。

二、教学总体设计

2014年淮阴师范学院逐步开展了本科教学改革，学院的人才培养目标要逐步向应用型本科人才培养方向进行转型。结合图像处理这门课有着非常强的工程实用背景，根据学校的应用型本科人才培养方案要求，我们对课程的教学目标和要求、教学内容、教学方式和考核方式进行了如下改革。

（一）教学目标和要求

按照应用型本科人才培养要求，结合学生的实际情况，教学目标的制定上统筹考虑基础理论的掌握和实践能力的提升两方面要求，使学生初步确立图像工程的理论思维，具备一定的创新实践意识，在自己的专业领域灵活应用所学知识解决实际工程问题。

（二）教学内容

尽管图像处理是一个年轻的学科，但其所涉及的内容却比较多而且杂。图像处理所涉及的主要内容包括：图像的基础理论、图像滤波、图像分割、图像增强、图像变换（如傅里叶变换、小波变换等）、图像形态学处理、图像复原与重建、图像压缩与编码、图像数字水印等。同时，图像处理也是一门不断发展的学科，文献[1-3]是图像处理的经典教材。以文献[1]为例，已经是第六版了，每一版本都比上一版本在内容上进行了不小的扩充。作为一门只有32课时的选修课，不可能面面俱到讲授所有内容，因此在内容上的选择要慎重。为了突出实践教学以及避免枯燥的理论学习，我们采用了Matlab版本的数字图象处理这本教材[4]。使用Matlab软件可以对图像处理的中间过程和结果有个直观的接触，使学生对课堂教学以及学生自学过程中能够产生足够的兴趣。同时，利用Matlab自带的图像处理工具箱，可以很方便地调用相关函数来实现特定的图像处理算法，这些函数对于理解书本内容有着很大的帮助作用。此外，Matlab还有非常详尽的帮助文档，便于学生自主学习。这里我们并没有采用vc++作为编程软件，主要是试验环境的搭建比较麻烦，调试起来比较困难。但是，在课程简介过程中，我们针对想深入学习图像处理，尤其是涉及硬件（DSP、FPGA）编程进行图像处理算法研究的学生，给他们推荐文献[5]。

在具体内容的讲授上，以工程应用背景为主的知识点进行讲解，包括：图像基础理论、图像滤波、图像分割、图像的傅立叶变换、图像压缩与编码。在基础理论的讲解上，主要是给学生树立图像的数学模型和图像处理的整体架构：用矩阵的形式来表示图像，所有图像处理算法都是围绕如何使用相关方法来对这个矩阵进行处理，再把处理的结果以图像的形式显示。这样使学生清楚在接下来的课程学习中如何去应对形式多样的算法。对于图像滤波、图像分割等其他内容，重点突出工程应用背景来提高学生的关注度与兴趣。

（三）教学方法

除了传统的多媒体课件和板书外，在教学环节中引入大量的现场演示环节，通过Matlab软件对图像处理算法进行仿真与处理，使学生对算法有个直观的认识。教学过程中的算法讲解，主要利用Mat-lab的数字图像处理工具箱中的对应函数，通过函数调用来教学生算法的使用，避免了复杂的数学推理，使课堂教学更有趣味性。另外，所有的课堂教学全部选择在计算机机房，讲解的过程中随时让学生来演练相关的算法，加深对知识点的理解。此外，当学生对图像处理有了一个基本掌握后，给出部分开放题目供学生选择，让学生分组来完成相应的题目，采用小组报告的形式到讲台上来讲解本组算法设计的过程，由下面的同学进行提问，凡是提问的学生都会有加分，如果台上同学回答正确也有加分。这样增加课堂学生的参与程度，使学生都能够融入到课堂中来。此外，我们还积极引导学生合理利用网络资源，选择与课堂教学内容相关、有针对性的视频公开课让学生去学习，同时给学生提出相应的问题，通过这种方式使学生自己解决问题，并把答案以作业的形式递交。

（四）考核方式

传统的考核方式比较单一，由平时成绩和期末闭卷考试成绩构成。这种考核方式的弊端就是学生对于课程学习过程重视不够，在期末时采取突击复习的被动方式来应对考核。若是期末用一张试卷进行考核，知识点量大、面广，学生复习困难，不利于学生对知识的掌握。考核只是一种手段，最终目的是通过考核使学生掌握知识。因此，我们采用过程化考试方法，即取消期末闭卷考试，把期末考试的比重分散到整个学期考核的各个环节。具体方案是：平时成绩占总评成绩的10%，主要考核学生的出勤及课堂表现情况；作业占30%，批改三次作业，每次满分10分，批改后直接公布分数；团队合作项目占60%，期中、期末各进行一次实验汇报，由学生上讲台讲解本组实验过程并提交实验报告，每次汇报满分30分。通过这种考核方式，使学生在整个学期学习的各个阶段对自己所获得的分数有个直观的把握，一方面能够调动学生的积极主动性、能够避免期末复习考试给学生带来的额外负担，使他们能够把注意力集中在课堂上；同时，在教学的各个阶段教师都有机会对学生的学习进行督促和总结。

三、课程设计

这里我们以图像分割这一章的一节课的教学过程为实例，讲解我们的课程设计。每节课教学内容的选择上突出兴趣主导，根据学生需求并兼顾题目的难度。以图像分割中的边缘检测为例，首先给学生展示一款安装在手机上名为“魔漫相机”的小软件，这款软件可以自动识别出照片中的人脸，然后嵌入到特定的场景中，如图1所示。

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国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中提出了我国人工智能“三步走”战略目标并深化实施“中国制造2025”，将人工智能上升到国家战略层面。因此，必须加快推进人才培养模式改革，推进科教协同育人，完善高水平科研支撑拔尖创新人才培养机制。新工科背景下的核心课程机器视觉与应用是邮电类本科学生的基础课程，许多高校主要面向自动化、计算机类等工科专业开设，此课程融合了机器学习理论，数字图像处理，智能决策与最优化等技术[1]，教学内容涉及机器视觉系统的组成与标定、图像滤波与分割、目标检测与识别、成像原理与多视图几何、三维测量等。各个学校对该课程的教学内容侧重点不同，培养目标也不尽相同，但普遍面临的问题是：强调理论知识点的掌握如定理、证明等，理论教学内容不能与最新技术发展同步，实践教学内容简单、肤浅，不能有效联系实际应用或案例。学生对这门课缺乏兴趣，实验设备老旧、编程语言传统，不符合企业实际需求，影响学生就业与升学的竞争力。因此，为解决上述问题，《机器视觉与应用》这门课程的教学改革势在必行。

一、理论教学课程体系改革的与时俱进

机器视觉在我们生活中的应用不断扩大，如手机上的摄像头系统，微信、支付宝的扫码操作等，因此在《机器视觉与应用》这门课中，在深入讲解经典机器视觉知识的同时，要将当前最新的机器视觉与应用的研究成果与行业前沿知识在课堂上对学生进行介绍，如基于稠密深度、轻量化卷积神经网络的目标检测与识别、图卷积神经网络等，让他们了解最新的知识点与行业应用及当前流行的软件、硬件平台，为他们以后的学科研究与就业奠定良好的基础。因此，对课程的培养目标与课程体系进行了修订。

新版的《机器视觉与应用》课程以Python语言为基础，要求学生掌握机器视觉的概念、原理、图像处理方法及经典视觉成像模型，掌握多视图幾何及三维重建的原理及实现方法，学会搭建基础的轻量化卷积神经网络，为进一步学习人工智能相关专业课以及从事本专业的研究和技术工作打下必要的基础。

同时，要充分考虑企业的需求，以协同育人的视角构建教师和企业导师联合育人团队，因材施教，优势互补。比如，通过理论讲解掌握机器视觉的图像滤波与目标检测，借助于生产线现场缺陷目标检测等工业应用案例掌握理论教学知识，并反馈理论教学中未涉及的实际应用要点，如算法的实时性、检测成功率，影响误检测的因素等。

二、创新实践教学平台

为了紧跟当前机器视觉与应用技术发展的潮流，培养人工智能应用行业所急需的专业人才，在通过课堂将机器视觉与应用专业理论知识传授给学生的同时，还需启发学生将来在机器视觉应用方面有创新性的成果[2]。

我们构建了三种型号的基于机器视觉系统的无人车、无人机等创新实践平台，每一种型号分别采用英伟达Nano和树莓派两种开发板，每种开发板32套，总共192套基于机器视觉系统的无人平台。这些平台不仅更好地服务于机器视觉与应用课程的章节实验及综合性实验，而且还作为实验室的创新平台，为智能车比赛，无人机竞赛，机器人大赛提供强有力的支撑。

三、创新实践教学机器视觉软件的组成

本课程的章节实验及综合性实践提供多种编程语言和工具箱平台，学生可以根据自己的兴趣、爱好及未来的学业、职业规划选择一种或多种编程语言及平台[3]。在Matlab图像处理工具箱与OPENCV工具箱的基础上[4]，本课程的实践教学创新性地引入基于Python的机器视觉与应用基础工具箱、进阶版深度学习工具箱，紧跟当前机器视觉与应用课程发展的技术潮流。因为Python是一种面向对象、解释型、动态数据类型的高级程序设计语言。其代码量小，简洁清晰。还具有丰富的机器视觉标准库和扩充库，如Pytesseract、OpenCV等，是当前人工智能行业广泛应用的编程工具。

此外，为进一步支撑机器视觉综合性实验及基于视觉导航的无人车进阶实践项目，建议学生学习ROS开源的元机器人操作系统，包括硬件抽象、底层设备控制、常用函数的实现、进程间消息传递以及包管理。上述的OpenCV，Python等机器视觉工具箱及激光雷达、IMU惯导模块以及相应的多传感器标定、图像处理、目标识别与跟踪、三维重建、SLAM等都可以在此环境下实现。

另外，学生还可以熟悉掌握常用的深度学习框架，如PyTorch、TensorFlow、Keras、MXNet等，为将来的工作和学业深造打下坚实的基础。

四、创新实践教学内容的设计

我结合机器视觉与应用的理论教学内容，并兼顾实验室开放创新项目及竞赛需求，设计了渐进式创新实践教学内容，主要分为三个级别：验证性机器视觉章节实验、综合性视觉及多传感器融合实践项目、创新性实践项目。考虑到学生对知识的掌握程度不同，三个级别的项目由易到难，循序渐进，兼顾学生的兴趣爱好及实际生活中的创意实现。三个级别的实验及实践项目举例如下：

1.验证性实验：摄像头启动及驱动，图像预处理如多彩色空间转化、灰度变化、图像增强、图像滤波、锐化、图像分割与二值化、腐蚀与膨胀、图像特征提取与匹配等。

2.综合性实践：相机标定实验及误差分析，多传感器联合标定（相机、激光雷达、IMU联合标定），图像去雾、去雨、去模糊化等。

3.创新性实践：视觉导航，无人车视觉避障，无人车视觉同时定位与重建，模拟工业机器视觉应用如智能产品缺陷检测、视觉测量，快递包裹视觉实时追踪与定位，人流估计与预测等。

验证性实验是必选的，综合性及创新性实践是以小组完成的，学生可以跟踪兴趣、爱好选择不同的题目，提高主观能动性，并允许学生利用所学知识进行创新创意性扩展。

五、创新实践教学方式改革探索

（一）梳理课程间内容关系，完善相应的平台、硬件、软件及相应的电子资源建设

学生的专业基础不同，所掌握编程知识及实践能力有一定的差异性，教师开课前应摸底学生所学的课程内容，了解学生不同的专业基础，并进行合理的分组、引导，使学生互帮互助；完善实验室的理论教学平台，发展三种类型多套的无人硬件平台，建立相应的课程电子资源网站，包括理论教学内容知识点和实践教学内容及所需的软件、教程、工具包，网站上包含专门的知识内容讨论区，另外还包括国内外《机器视觉与应用》相应的多媒体课件、论文、书籍及经典算法的实现代码，以适应当今人工智能行业内机器视觉知识的内容多、涉及范围广、知识更新快的特点，以便学生下载、查阅。同时，教师要合理利用一些即时通讯平台，如微信群、QQ等工具，及时解答学生的疑问。

（二）优化小班化实验室課堂，注重学生知识的掌握与应用

教师要改变往常以教师讲解为主，学生机械地参与的满堂灌模式，直接在实验室采用小班化教学，一次32人，分为四个小组，每个小组都要完成三个级别的实验，保证每个组员都要参与，都有相应的任务，实验内容尽量避免雷同。每次课2个课时，教师进行0.5课时基础理论知识进行透彻地讲解；拿出1个课时让学生进行验证性实验，对基础知识进行实现、验证，并进行组内讨论；剩下的0.5个课时，学生进行综合性实践或创新型实践的讨论、演示、讲解，任课教师进行点评、讲解、指导。学生人手一台实验设备和电脑（或自带笔记本），实验室设备与学生一一绑定，不随意更换，方便理论知识的掌握、实现以及相应软件环境的安装设置等，并改变以往提交纸质实验报告的考核方式，采用分组答辩的形式，每个人讲解展示自己所负责的工作，相互学习、相互进步。这样可以较好的避免抄袭，避免雷同的实验报告，激发学生学习的积极性和自主性，有利于知识的拓展和创新创意实践。

（三）鼓励学生进行应用性创新实践，并为产学研合作及企业实践提供支持

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中国分类号：H191

一、前言

分色及制版工艺原理是印刷类专业的必修课1，从印刷知识结构的系统性上来说，分色及制版工艺属于印前，是学生理解掌握整个印刷工艺不可或缺的一部分；另外国内外关于制版技术的研究可以说是百花齐放、方兴未艾；更为重要的是该门课程所涉及的内容在印刷行业中有多个明确对应的工作职位：制版公司或者印刷公司的制版车间里晒版机（包括传统PS版晒版机、各种CTP制版机等）、冲版机、激光照排机、打样机等都需要专门的工作人员来负责操作。顺应时代的要求，使学生不仅具备基本的理论知识，同时具备一定的实践动手能力，即工作后能快速的适应岗位，对该门课程进行教学改革已显得迫在眉睫。

二、课程改革的探索与实践

从教之初，该门课程只以课堂理论教学为主，就业的学生严重的理论脱离实际，看到设备的名字都觉得陌生，不知道是做什么用，是属于印刷工艺的哪个阶段用，更不知道设备具体怎样操作和相应的工艺要求，这种状况下毕业生到企业里无法找到自信，而企业也觉得培养一个有着专业背景却没有专业技能的大学生成本上升，收益不佳。

鉴于此，作为一名高职高专院校的印刷专业教师，我对《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》2进行了认真学习和深入思考，该门课程应以改革教学方法和手段，融“教、学、做”为一体，强化学生能力的培养为目标，重视教学过程的实践性、开放性和职业性，除了依然重视传统的课堂理论教学外，也将实验、实训、实习并入常规课程设计中。具体实施如下：

《分色及制版工艺原理》该门课的主要教学内容是：图像的数字化过程和数字图像处理的基本方法；印刷品的复制原理及复制要点；电子分色与彩色桌面系统的加网技术；图像分色的基本原理；拼版、激光照排机胶片输出的原理与方法；各种常规印刷方式印版的制作方法及相关技术。

、重视课堂理论教学

理论是基础，课程的专业知识掌握不扎实，后续的实践中学生就会蛮干，因而课堂理论教学学时占总学时的60%，而实验、实习等占40%。

1、教学重难点突出

鉴于高职高专的学生上课注意力不够集中及缺乏自主学习习惯的特点，重难点理论知识需要多次多角度反复的讲解。在一章内容讲解完毕后会留两个学时复习，复习课是这样安排的：首先进行重点知识的小结，然后留给一定时间让学生复习，并且说明要就本章重点进行提问，以此种形式督促学生能够真正的看书，了解掌握本章的重点。之后再布置作业，作为巩固。

2、新知识及时补充

目前，作为制版技术的变革---CTP直接制版技术的研究方兴未艾，国内外各研究机构、院校及生产厂商都积极地投入大量的人力、物力支持研发工作，以致新成果、新产品层出不穷，新技术日新月异，所以不能仅守着教材的旧知识，要在课堂中及时补充新的知识，引导学生自觉的关注各专业网站，变被动学习为主动，并且鼓励养成良好的学习习惯。

3、多媒体辅助教学

为提高课堂的效率，会充分利用多媒体这一教学资源，制作图文并茂的课件，同时配以相应的教学视频。如，平版制版、凸版制版、凹版制版采用的是北京印刷学院录制的专项教学视频；丝网制版是浙江理工大学与杭州升达丝印机械厂等制作的教学交流视频；而扫描仪的使用是惠普公司制作的《扫描仪功能和使用方法》视频。通过生动的教学视频，让学生真实的了解相应的制版工艺原理及过程、所用材料特质等，对专业知识的理解和记忆也会更加容易。

4、课堂形式多样

一般一个学时讲课时间为30分钟左右，剩下的15分钟则用于对本节课或者实验实训课的讨论，回答同学们的疑问；同时了解学生掌握的状况，依据反馈的信息来改进以后讲课的侧重点和授课方式等

、 积极开展实践教学

在教学过程中，提高学生的职业技能，强化动手能力，单纯的理论课堂是不足够的，在校内开展实验实训课、与企业合作进行顶岗实践是有效的手段。

1、实验实训课

1.1 学院计算机中心

对图像进行阶调的调整、色彩的校正及清晰度强调这样的内容需要结合计算机软件，如Photoshop，课堂上借助多媒体给学生演示相关的知识点、在软件的什么菜单下、如何设置等，之后安排学生到学院计算机中心上机，让学生自己动手操作一遍，上机课时可以实现一对一的辅导。

1.2校建印前实验室

在介绍完相应的课程内容后，组织学生到实训楼印前实验室学习激光照排机、PS版制版机的操作步骤及注意事项，学生课下要求写出实验报告，以此增强学生理论联系实际的能力。

2、顶岗实习

我校与河南省邮电印刷厂（河南省防伪保密印刷公司）签订了校企合作协议，每一届印刷专业的学生在第五学期会到该厂进行为期一个学期的顶岗实习，安排在第五学期是考虑前四个学期学生已经学习了各门专业课程，具备了一定的专业基础。

顶岗实习期间，部分同学会被安排到制版车间，负责激光照排机、CTP制版机及冲版机、打孔机、数码打样机的输出工作。学生在短期的培训后进入既定岗位，由该部门的车间主任和小组长负责管理，我作为专业课教师可以随时去车间为学生做专业知识的指导。实习结束，河南邮电印刷厂会给每一位学生出具一份盖有公章的实习鉴定，来评价学生顶岗实习过程中的表现，这会鞭策学生实习期间服从管理、积极学习，认真严肃地对待自己的生产任务。

、树立职业自豪感

王选，他曾引发了全球中文印刷业的第二次变革，作为国家最高科技奖的获得者我们并不陌生。然而，却鲜有人知他的另一个称号是激光照排之父， 所以当介绍完激光照排机的内容后组织学生观看中央一套的《大家――激光照排之父 王选》，以大家的风范和光辉事迹来鼓励学生们树立职业自豪感和创新意识。

总结

1、在《分色及制版工艺原理》课程改革的探索与实践过程中， 体会到了《若干意见》对学生职业能力培养的积极指导意义，工学结合、突出实践能力培养的教学模式对于培养高素质有竞争力的毕业生效果显著；

2、课程改革的探索与实践过程中开拓了我的教学思路，也给我提出了更高的要求，如自身的实践水平；

3、合作企业是以追求效益为主，无法单纯的顾忌学生的培养，目前还无法实施轮岗制，这是尚需讨论和改进的部分。

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中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）18-0264-02

《信号与系统》是电类专业一门重要的专业基础课，先修课程是高等数学、复变函数、电路分析。《信号与系统》这门课也为后续课程数字信号处理、数字图像处理、通信原理、自动控制原理的学习打下基础。随着信息技术的不断发展，现代社会生活已进入了信息化时代，现在很多非电类专业也开设了《信号与系统》。这门课是学生将来从事信号分析、检测控制等领域的科研与开发工作必不可少的理论与技术基础[1]。

《信号与系统》课的特点是：公式多，概念抽象，数学推导繁琐。这样造成教师难以讲解清楚，学生难以听懂，在理论课堂上许多理论、概念和公式学生都是一知半解。所以《信号与系统》实验课开设的初衷是让学生进一步巩固课堂基本概念和基本原理，掌握基本的实验技能和实际动手能力，最终提高学生独立思考和实践创新能力。结合多年的教学实践经验，笔者提出了一些提高《信号与系统》实验教学质量的方法。

一、强调实验预习的重要性，避免学生盲目做实验

以往的实验课都是学生没有课前预习就直接拿着实验教材进实验室，实验室辅导老师按部就班地讲解实验目的、实验原理、实验内容、实验步骤和实验注意事项。学生就机械地照搬老师的讲解内容做实验。有些时候老师还把实验的过程演示一遍给学生看，这样学生就依照老师的做法比葫芦画瓢地操作。这样学生做实验很顺利，实验结果也很快得出，但学生的独立思考能力和创新能力得不到培养，以后学生就业就是一个大问题。

所以，学生的课前预习尤为重要，学生要适应当今强大的就业压力，就要掌握科学的学习方法，只有具备了较强的自学能力，才能独立地探究新的科学领域，获取新的知识，具备独立思考能力、自学能力和科学探索精神。为了达到这样的目的，我们的做法是：要求每一位学生在上每一个实验之前都要预习这次实验的内容，并撰写本次实验的预习报告，没有预习报告者不得进入实验室做实验。此外，我们还在校园网上传大量的实验室实验仪器设备的使用说明及学习资料，还有很多有关仪器设备的操作的演示视频供学生参考，这样学生在上实验课之前已经对要做的实验心中有数，避免盲目做实验。

二、采用多种教学手段和教学平台

鉴于《信号与系统》这门课的特点，实验课总是滞后于理论课。我们在上实验课时首先是讲解实验的原理，实验原理的讲解要求精炼，通俗易懂，注重物理概念的讲解，一般讲解七八分钟。我们在讲解实验原理的时候最好采用多媒体教学手段，加上一些动画演示，使复杂的公式理论形象化，更有利于复习理论课讲过的内容，有利于实验课的顺利开展。

传统的实验课都是在试验箱上做一些验证性的实验。试验箱的特点是，实验原理电路已经给出，学生只需根据实验要求连线搭电路就可以了，而且连线往往很简单。这样的实验，学生只需用信号源送给电路一个输入，再把输出送入示波器观察实验结果，最后分析实验数据就可以了。这样会造成学生机械地做实验，实际操作能力和综合分析问题的能力没有提高。

我们把Multisim和Matlab引入到实验当中来，Multisim是加拿大简称IIT公司推出的以Windows为基础的从电路仿真设计到版图生产全过程的电子设计工作平台，是一套功能完善、操作界面友好、方便使用的EDA（ElectronicDesign Automation电子设计自动化）工具。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，是电子技术界广为应用的一种计算机仿真设计软件。Multisim提供了方便友好的操作界面、相当广泛的元器件、种类齐全的电子设备、全面的电路分析工具。由于软件操作是在计算机环境下进行的，不是真实实际的元器件和仪器设备的连接，故称虚拟电子实验室。例如对于信号的分解与合成，很多同学感到概念抽象，不容易理解，我们让同学们自己运用Multisim软件设计一个滤波电路来观察信号的分解与合成，这样直观形象，学生能深刻理解这个概念，而且是学生自己设计的电路，也培养了学生独立思考、独立解决问题的能力，同时也提高了学生综合分析问题的能力。

Matlab俗称“矩阵实验室”，是Matrix Laboratory的缩写。1984年由美国MathWorks公司研制开发，以矩阵计算为基础的交互式的功能强大的科学及工程计算软件。Matlab将高性能的数值计算和可视化集成在一块，并提供了大量的内置函数，从而使其广泛应用于数学计算和分析、自动控制、系统仿真、数字信号处理、图形图像分析、数理统计、人工智能、虚拟现实技术、通讯工程、金融系统等领域。时至今日，经过MathWorks公司的不断完善，Matlab已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件，也是当代大学生应该掌握的一项基本技能。我们把Matlab软件应用在《信号与系统》实验当中可以把课程当中抽象的概念和理论形象化，使学生更容易掌握这些难以理解的内容。

三、合理调整实验性质的比重，注重学生能力培养

以往的实验课都是做基础验证性实验，它的特点是实验过程简单，实验结果容易得到，这些实验基本上是在实验箱上完成。学生做过这样的实验印象不深，很快就遗忘，得不到实际的收获，教学质量很差。我们教研室经过多年的努力，大力改革调整实验内容，适当增加综合设计性实验和创新性实验的比重。调整后的比例是基础验证性实验占30%，综合设计性实验占40%，创新性实验占30%。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。综合设计性实验的特点是，给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，实验内容涉及本课程的综合知识或涉及本课程部分知识的实验。创新性实验，以学生为主体，调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，全面提升学生的创新实验能力。

四、采用多重考核方式，注重教学质量的提高

实验总成绩我们分两个部分：平时实验成绩和期末实验考试。平时实验成绩占总成绩的60%，期末实验考试成绩占总成绩的40%。总成绩我们又采用五级制评价，90分以上为A，80～90分为B，70～80分为C，60～70分为D，不及格为E。平时成绩我们又细分成三个部分，实验预习成绩、实验过程成绩和实验报告成绩。实验过程我们又从实验操作和实验数据两个方面来考核，实验得出的数据当场有老师签字，没有老师签字的实验数据不合格，要重新做实验。

五、总结

我们教研室一直在努力探索《信号与系统》实验课教学方法。本文通过强调实验预习的重要性，采用多种教学手段和多种教学平台，合理调整实验的比重，改革考核方式，初步摸索出一套良好的教学方法。经过一年多的实践表明这些方法都受到学生的好评，学生的学习兴趣、实际动手能力、独立解决问题的能力和创新能力都得到明显的提高。学生素质提高了，表明我们的教学质量提高了。

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中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）03-0219-02

自动化技术在社会生产和生活中具有广泛的应用，自动化专业教育具有巨大的市场需求。《自动控制原理》课程是自动化专业的主干课程之一，并且此课程是后续自动化专业课程的基础。该课程传授反馈控制系统的最基本概念以及反馈控制系统分析设计最基础的思路方法，是自控专业学生能力培养的基石。随着经济全球化和中国经济的快速发展，外企在中国投资和中国企业走向国际已经成为现实。这种现状使得高科技人力资源在不同国家流动的趋势越来越强。中国大学留学生数目以及中国高校毕业生使用英语在外企和国外工作的数目呈不断上升趋势，中国大学与英语国家的校级交流也越来越多，这些变化都使得中国大学教育对全英文专业课程教学的需求越来越大[1-3]。全英文《自动控制原理》课程就是为了适应这种教育国际化的形式而设置的。目前中国大学教育处于走向国际化的初步阶段，探索并交流适应现阶段形式的全英文课程教学方法提高全英文教学质量是非常必要的。

一、课程特点与教学对象分析

《自动控制原理》课程是一门理论性非常强的专业基础课程，面向电类专业中国本土学生和留学生开设。该课程对学生的数学基础知识要求比较高，课程用全英文开设，还需要学生具有较强的英文听力和阅读理解力，作业和实验报告等需要学生有较强的英语书面表达能力。该课程设有实验环节，在有留学生参与的实验小组进行系统分析与设计的团队工作，不仅需要学生有较强的实验操作能力还需要学生具有良好的专业英语口头沟通能力。《自动控制原理》课程是自控专业的基础课程，在大学三年级上半年开设，是其他自控专业课的基础，只有很好地理解和掌握控制原理的基础知识，才能继续学习好后续的其他专业课。目前我校留学生人数虽然呈上升趋势但绝对数量还不是很多，全英文教学班一般由本土学生和来自非洲、欧洲、美国、亚洲等不同地区的留学生组成。由于学生们的背景不同，学生的数学基础、英语程度、接受能力、思维习惯和特点都具有一定的差异。一般来讲，本土学生的数学基础较好一些，英语阅读能力较强，但因生活环境为中文，英语听力理解能力相对阅读能力弱一些；对于母语不是英语的留学生，因其有限的英语程度，在课程学习和交流中具有一定困难。从已开设的英文课来看，一般留学生的数学基础相对中国学生弱一些。对来自不同背景学生进行自控原理的教学，如何因材施教，具有一定的挑战性。

二、教学组织与方法

面向不同背景的学生来源开展《自动控制原理》的全英文教学，要保证提高教学质量，必须从师资配备、教学对象认识、教学组织、教材选择、教辅资料与软件工具选择、实验安排等方面全方位地合理安排。全英文教学应该从教学对象背景的需求出发，在注重知识传授、能力培养的同时，要特别注意教学交流质量的提高，以达到知识传授、能力培养的目的。

1.教学团队的素质。自控原理的全英文教学，涉及数学及专业知识的传授、使用英语的沟通，在教学对象来源差异较大的情况下，对教学团队的素质要求比较高。（1）教师英语能力基础及保持：全英文授课的教师，一般应具较强的责任心，具有较好的英语口语表达能力。尽管有些老师有海外学习经历，全英文任课老师由于一般工作在中文语境中，也要注意英语听说能力的保持。（2）专业知识及其应用能力：《自动控制原理》课程是一门比较传统和基础的课程，任课老师一般都学习过此门课程。因此老师对相应的知识点都比较熟悉，但对于课程知识的应用还需予以加强。教师应该有课程相关的比较全面系统的知识背景，不仅可以讲述课程的知识点，也能够讲述知识点之间的相互联系以及知识点的应用环境、应用方法及应用工具，使学生不仅获得课程的知识点，还获得关于知识应用方面的技巧。（3）面向教学对象的教学方法：课程教学的效果取决于课程教学的方法。一般教学方法由理论学习和课堂经验积累两种途径获得。教学方法没有绝对的好与不好，关键的是教学方法要适用于教学对象。因此除了一般教学方法的掌握，教师还要在教学实践中注意收集学生对教学的反馈意见，不断积累总结教学方法及其适用对象。（4）教师的组织与沟通能力：主讲教师是课程的负责人，全面负责助教、实验指导老师和学生之间的工作安排和沟通。教师应该在第一节课收集所有学生的联系信息，包括留学生的国籍，并向学生公布课程助教、实验指导老师的联系方式，保证课程参与者的双向沟通。

2.课程教材与辅助材料：（1）课程教材的选择要考虑到教学对象，选择难易适中的教材。在本课程的实践中，为了满足不同层次学生的需要，为学生推荐了一组具有不同特点的教学参考书。在参考书中有相对比较深的教材满足专业和英语基础比较好、好奇心上进心比较强的学生；也有参考书比较深入浅出，易于理解，满足基础相对弱的同学。考虑到中国本土学生将来也有可能在中国企业工作，本课程推荐了具有中文翻译版的英文原版经典教材，便于学生能在课后了解专业词汇的中文表达，也帮助英文程度差但具有一定中文语言能力的学生对课程的理解。另外本课程为学生提供控制原理主要贡献者的生平介绍，帮助学生理解一些控制原理产生的背景，让学生们学习该领域大师的创新精神。（2）教学辅助资料与工具的提供可以帮助学生理解复习课堂教学的内容。本课程为学生提供中英文对照专业词汇，帮助学生对课程的理解和掌握，并能使用英文专业词汇进行作业和实验报告的表达。自控原理是一门对数学要求比较高的课程，可以把一些课程常用的数学公式表，如拉普拉斯变换表等，作为辅助材料提供给学生。本课程还在课程网页上提供全部课程的英文录像，如果学生在上课时没有完全消化，可以在课后自己观看相关课程录像，理解和消化上课的内容。

3.课堂教学方法。课堂教学是课程知识传授的主要环节，直接影响到最后的教学效果。教师在英文课堂教学中，要注重以下环节：（1）任课老师的课堂表达：教师上课应注意循序渐进，深入浅出，板书要整洁明了。语言采用简单明了、易于理解的句型。考虑到班级里有英语听力不太好的学生，上课语速要适中，并配有相应的关键字板书或多媒体演示稿，以补充学生由于听力原因造成的信息损失。发放多媒体演示稿关键部分的纸质打印件，方便学生做课堂笔记。教师上课应该基础部分简单清晰、教学内容应有扩展性，同时注重介绍知识的应用环境，既要照顾到基础较差的学生，也应满足综合能力强的学生的需求。（2）课堂教学的互动与反馈：由于该课程理论性强，对数学基础要求高，大部分学生使用第二语言第一次接触新的概念，如果没有进行足够时间的预习很难在课堂上使用英语主动提出问题。而电类专业的学生学习任务比较繁重，一般没有时间做足够的预习。教师可以围绕课程内容，设计课堂讨论题目，采用分组课堂练习的形式，一般为二到三人一组，学生可以互相讨论，加强对所学概念方法的理解，教师在学生练习时，巡回检查，期间学生可以向老师询问不懂之处。这种形式的全英文互动，既减少了学生的表达压力，又能达到互动反馈教学效果的作用，非常受学生欢迎，教师也能及时发现学生难于理解的知识点。

4.课程实验。课程实验是课程教学的重要环节，学生通过实验可以加深对课堂知识的理解，并掌握理论知识的应用方法。为保证实验质量，首先要向学生提供清晰的实验指导书，在实验分组时应避免将留学生分在一组，而是将中国本土学生与外国学生搭配开来，加强留学生与中国学生相互交流学习，帮助留学生融入本土学习环境，克服由于外国学生对环境的不熟悉造成的工作障碍，顺利完成课程实验任务。实验报告也是课程实验的重要组成部分，要求学生对实验数据进行有效处理，对实验现象运用课程理论知识进行详细分析、解释。

5.课程学习质量的监控与评估。学生课程学习质量的监控分课堂学习评估、课程阶段学习评估和课程学体评估。课堂学习评估主要通过课堂练习来进行。教师通过学生课堂练习的情况，评估学生课堂学习的质量，改善课堂教学效果。课程阶段学习评估主要通过阶段小测验来进行，通过阶段小测验可以测试学生对一个阶段所学知识的综合运用能力。课程学体评估包括学生的课堂表现、作业情况、小测验情况以及实验情况和期末考试，是学生整个课程学习过程的综合评估。期末考试内容应该含概课程基础知识、课程知识灵活应用和课程知识综合运用等层次，以测试不同层次学生掌握课程知识的情况。

现阶段全英文专业课程教学在中国大学尚属于初步发展阶段，本文主要讨论全英文自控原理课程的教学特点与方法。论文分析了全英文课程班的学生组成和特点，阐述了自控原理全英文课程的教学质量保证的关键措施及经验，为中国大学全英文专业课程的发展提供参考。

参考文献：

[1]曾圆圆，项慨.C++全英文课程理论与实践的新方法[J].教育教学论坛，2012，（38）.

[2]徐巍华.工学研究生课程的全英文教学实践[J].电气电子教学学报，2013，（2）.

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我院自1998年招收电子信息工程专业学生以来，就开设了“信号与系统”课程，通过十余年的课程建设和教学改革，该课程的教学实践取得了长足的进步。2007年，成立了信号与系统课程组，进一步加强了“信号与系统”课程的规范建设工作；2010年，“信号与系统”课程被评为校级精品课程。2012年完成了“信号与系统”双语课程网站建设。

目前，我院加大了对“信号与系统”进行双语教学改革的力度，从原版教材的选择和资金的提供上都给予了大力支持和保证。“信号与系统”双语教学作为四川省教育厅质量工程教改项目，得到了经费方面的支持。本文将根据笔者及我院“信号与系统”教学团队的教学实践，从原版教材的选择、教学内容和实践环节改革及教学效果等方面进行阐述。

2.双语教学过程的准备

2.1 学生情况分析

本次双语教学在我院2010级某专业学生中实施，该班52人，适合双语教学。为了取得良好的教学效果，在上课之前，对学生的基本情况进行了了解，主要包括：前续课程“高等数学”、“复变函数”的学习情况及大学英语四级（CET-4）的过级率。考虑到学生CET-4的过级率在90%以上，在授课时只对首次出现的专业词汇给予解释，鼓励学生用英文完成作业。

2.2 原版教材和参考书的选择

鉴于外文原版教材对开展双语教学至关重要，经过反复调研、论证以及十余年课程建设积累的经验，课程组最终选用了Alan V. Oppenheim编著的“Signals and Systems”（Second Edition）。该教材语言浅显易懂，有利于学生克服对英文的恐惧，更重要的是摆脱了中文教材的干瘪理论，由生动的实例引出深奥的理论。该教材包含了信号与系统的基本概念以及信号通过线性时不变系统的基本理论及基本分析方法，通过大量的例子，重点介绍了信号与系统的时域、变换域（频域和复频域）分析方法，建立了信号与系统的频域分析的概念以及系统函数的概念。这些内容是信号与系统的基础和核心，需要学生能熟练掌握，最重要的是会灵活应用。该教材还包括有部分通信系统、线性反馈系统的内容，适合部分学有余力的学生自学，为学生学习后续的“通信原理”、“自动控制原理”打下初步基础。

中文参考书选用的是西安交通大学出版社出版、刘树棠翻译的《信号与系统》。备课时还参考了国内外知名教材。

2.3 师资力量

我院《信号与系统》课程组主要成员均具有8年以上教学经历，年龄均在45岁以下，具备相当强的教学研究与科学研究能力。其中副教授4名，讲师5名（均具有硕士以上学位）。教师队伍的知识结构、年龄结构、职称结构合理、优化。但对讲授双语课的教师来说，要求更高，不仅要具备过硬的专业素质，还要有好的英语基础尤其是好的口语表达能力。另外，教师在授课过程别要注重调动学生的学习积极性，让学生克服对英语的畏惧心理，鼓励学生用英语回答问题、表达看法、书写作业，让学生无论是在英语水平上，还是在专业知识上都能看到自己的进步。

3.双语教学过程的实施

3.1 教学内容的组织形式

考虑到此次授课学生的CET-4过级率在90%以上，所以采用了英文教材、中文多媒体课件、双语讲课的方式授课。讲课的形式采用多媒体和板书相结合，对于重要的理论推导采用板书的形式，对于实例、动画的演示则采用多媒体形式。该课程所用外文原版教材涉及的内容较多，不可能在64学时内全部讲完，因此，在上课之前根据生物医学工程专业的实际情况对授课内容作出了适当的取舍，舍去了第七章、第八章的部分内容以及第十一章的全部内容。

在授课过程中，特别注重和学生之间的互动，请学生回答问题、到黑板上书写或者完成一些随堂练习，学生在这些互动的过程中，学习积极性得到了极大提高。

3.2 多媒体课件的制作

“信号与系统”课程由于数学理论强、推导多，许多概念很深奥。因此，结合教材，利用PowerPoint、Flash和Matlab精心制作了完整的多媒体演示课件。这些课件将全部提供给学生供他们提前预习和课后复习。

3.3辅助措施

为了保证教学效果，还采取了增设实验项目这一辅助措施。

信号与系统是一门理论性、实践性都很强的课，其中的部分理论很抽象，理解和掌握起来有一定的难度，为了保证学生真正理解其基本概念和方法，根据教学实践经验，在授课班级中增设了五个实验题目。这些实验题目注重对信号与系统的基本知识、基本原理进行仿真和验证。一方面加深对基本理论的掌握和理解，另一方面增强和锻炼动手、实践能力。实验题目包括：连续时间系统的时域分析，信号的采样与重建，连续时间系统的复频域分析，连续时间系统的复频域分析，离散时间系统的分析。采取三人一组完成实验，实验完成之后要求学生完成相应的实验报告。

学生们在提交的实验报告体会中普遍反映，实验环节非常重要，通过实验他们进一步掌握了相关理论，明确了相关理论的应用。

3.4 课程考核方式

课程考核按照平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。平时成绩包括阶段随堂测试（占20%），作业占10%。期末考试试卷部分题目采用英文，要求学生用英文完成。

4.双语教学效果的分析

课程结束后，全班学生（共52人）对“信号与系统”课程双语教学效果进行了评价，我校采用的课堂教学质量评价表如表1所示。

除了让学生完成评教，还让学生写了建议和意见，从学生的反馈看来，他们在完成实验的过程中收获最大，这是这门课最成功的地方。从评教结果统计可以看出，本课程得到了大部分学生的认可，但在一些方面还做得很不够，比如，注重更新教学内容方面和理论联系实际等方面都还有待加强。

学院督导组专家听课之后，也给予了较高的评价：授课过程中，声音洪亮，板书清楚，和学生之间的互动非常成功，老师能不看名单而随口叫出学生的名字，学生的积极性得到很大提高，出勤率很高。

5.结论

信号与系统是电子信息与电气类专业本科生的一门重要的专业基础课程。为了缩小我国在本学科的研究水平与国际上的差距，国内的部分著名大学已经选用国外的原版或影印教材。为了适应现代化教学、与国内名牌院校和国外大学教学水平接轨的需要，我校信号与系统课程也将逐步实行双语教学。我们在实施双语教学过程中发现，要积极收集来自学生和同行所反映的教学效果的建议和意见、分析评估结果等。关键要进一步加强与学生的互动，激发学生的自主创新能力，进一步提高信号与系统双语课程的教学水平。

参考文献：

[1] 阔永红. 双语教学的深入思考[J].电气电子教学学报，2005，27（2）：108-110.

[2] 任治刚，李巴津，孟克其劳，韩建峰.“数字信号处理”双语教学模式初探[J].电气电子教学学报，2005，27（6）：16-18.

作者简介：

韩雪梅，（1979-），女，西南科技大学信息工程学院，讲师，主要研究方向：信号处理。

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中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：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

随着社会的飞速发展，在高等教育日渐大众化的今天，用人单位对人才的要求也越来越高。各大专院校也因此纷纷即时根据社会的需求调整其人才培养目标，其中的独立学院把其办学思想定位于培养大批社会急需的应用型人才，非常强调学生动手实践能力的培养。

程序设计长期以来一直是大学工科各专业的一门必修课程。尤其对于计算机相关专业而言，程序设计学习情况的好坏，对计算机相关专业后续课程的学习将会产生较大的影响。目前，无论是搞开发还是搞研究，对使用的程序设计语言有同样高的要求：要求能有较好的可靠性，高效率，可以在不同平台上移植，有尽可能多的标准化语言内容，支持数据一致性，支持程序描述的简洁与清晰，风格自然[1]。这些都是C++的外在特点，高校计算机相关专业大多采用C++作为程序设计教学语言，全国计算机等级考试也把C++作为考试的主要语种，因此做好这门课程的教学工作具有较大的现实意义。但目前教学工作中普遍存在教师觉得不好教，学生觉得不好学的问题，本文针对教学中出现的问题进行思考分析，并提出了相应的解决方案。

2 存在的问题

目前在教学过程当中主要存在以下几个方面的问题：

(1)教学目的与学生的需求存在偏差，学生学习兴趣较大，但信心不足。

C++程序设计教学的目的是向学生介绍计算机程序设计的基本知识。让学生掌握C++基本语法及面向对象程序设计的基本方法与编程技巧；让学生了解常用的算法和数据结构知识，能根据给定的算法，选择合适的数据结构并编制出相应的程序。同时也为本专业后续其他课程的学习打下坚实的基础。

对此学生们的需求又是什么呢？博客上的调查结果反映：约75%同学希望通过学习本课程能开发出一款实用小软件。而我们课堂程序设计教学中甚至没有涉及到WINDOWS编程，学生学完了以后还是不能动手写程序。学生的需求与上述教学目的存在一定的偏差。

大部分同学对本课程兴趣大，学习积极性高。但在学习一段时间后，随着内容的深入，难度的增大，便有同学出现了畏难情绪，甚至认为C比C++简单，明显地缺失信心。

(2)教师教学内容和方法单一，师生互动不明显。

教师教学停留在传统的传授课堂知识，对“师者，传道、授业、解惑者也”的理解和认识尚未进一步更新。师生在课下的沟通互动不明显，导致学生在学习过程中遇到的问题不能够及时地得到解决，这在很大程度上，也影响到学生学习的主动性。随着科技创新和知识更新速度的加快，我们的教学内容和教学方法也不能停留在课堂教学45分钟“老师讲学生听”这一旧的模式和旧的层次上。同时，我们面对的每一个学生基础不尽一样，学习理解知识的能力也不同，如果采用单一的教学方法，很显然是违背“因材施教”的原则的。

(3)没有充分发挥实验教学的优势。

现在各高校大部分机房都已连入INTERNET，而互联网络对学生是一柄双刃剑。如果上课合理利用网络检索所需资源，则有利于学习和掌握知识；反之，如果上课时间利用网络看电影、听MP3、玩小游戏，或者甚至相互拷贝作业，则不仅没有任何优势可言，反而是极有害于教学的。同时“互联网”和“程序设计”二者谁对学生们的吸引力更大，这一点是不言而喻的，每次上机人数众多，实验指导教师监控管理措施不易实施。

教师在实验课上把精力放在指导学生调试程序上。作为初学者，学生们在程序调试中的问题层出不穷，只能被动地等待老师帮忙解决。有时教师还不得不重复解决相同的问题，课堂效率低下。传统的“一问一答”的方式，已经不再适合目前的实验教学。

因此，在网络技术越来越发达的今天，如何重新让机房、让实验课发挥其应有的作用是摆在每一位计算机教育者面前殛待解决的问题。

3 解决的对策

3.1 选择一本合适学生阅读的经典教材

要选择一本好的教材，这看起来是一件很简单的事情，似乎也不那么重要，因为现行各作者各出版社的教材上的内容大多相差不大。的确，这是事实。然而，不光授课教师需要认真咀嚼教材，学生们也要认真阅读教材。教师在讲台上讲授，同时还要求学生能够课下自己阅读教材上的相关内容。国内引进的许多多影印版教材，在每一章节的课后都列出若干的参考文献，引导有余力有兴趣的学生去阅读[5]，既加深了学生对教材的理解，也拓展了学生的视野。一本好的教材，不一定是通俗读物，需要有一定的难度。过高的难度可能让学生望而生畏，但适当难度则可能激发学生更大的探索的兴趣。

3.2 加大学生的兴趣，增强学习的信心

兴趣是最好的老师！如何培养学生对程序设计的兴趣？当他们亲自感受到计算机程序设计的对当今社会的巨大影响力，便可能对之产生浓厚的兴趣。此外，还要让他们认识到学习程序设计目的在于培养学生用计算机解决生产生活中的一些问题，当然首要就是本专业后续其他课程学习过程中的实际问题的能力。

不是说兴趣高就意味着会编程了。眼高手低是学习过程中常出现的问题：他们对老师演示的内容都认为很简单，但让自己做却无从下手。有意识地锻炼学生动手编程能力，并引导他们取得成功，从成功中获取更大的成就感和自信心，这将是他们在程序设计道路上继续前进的巨大动力。例如，引导学生利用已学过的知识，编程实现简单的数字图像处理过程。虽然开始时会让大家觉得有困难，比如其中大量陌生的库函数让人望而生畏，有时可能自己还要写一些自定义函数。但只要做好指导工作并给予适当地鼓励，则不仅能激发学生的兴趣，还能巩固所学的知识，而且可以在实践中让他们的思维能力得到提高、编程能力得到锻炼、创新能力得到增强。

教师要付出足够的耐心，想方设法提高学生的兴趣和学习热情，培养和提高他们的创新能力，增强学生们对学好本课程的信心。

3.3 把握教学重点，灵活采用教学方法，加大师生互动

算法设计是程序设计的核心。我们要将教学重点从C++基本语法转移到算法设计上。有针对性地设计能综合运用已学和将学相关知识点的实例，课程上多采用案例教学。即使是同一本教材，同一个算法案例，只要我们善于挖掘，也可以推陈出新，找出更易于学生理解和接受的讲授方法。

针对不同的教学内容，更要灵活采用教学方法。常用的教学方法有：类比教学法、启发教学法、分步教学法、任务驱动法[4]等。而其中任务驱动法在C语言程序设计教学中运用较多、效果较好的一种。

除了传统的师生互动方式外，我们还可以采用其他更灵活有效的方式。考虑到学生们课外在网络上花费的时间较多，我们就可以充分利用学校的精品课程网站的网上答疑论坛子系统，还可以利用各大门户网站提供的免费博客系统，二者都可以较好地解决课堂45分钟以外的师生互动问题。在实际教学中，我们利用TOM BLOG进行师生沟通，也取得了很明显的效果。

3.4 加强上机实验指导，制订上机任务，保证上机效果

(1) 程序设计课程本身实践性较强，必须安排足够的上机学时。同时还要精心设计每一次实验内容，让学生每一次实验都有明确的上机目的。

(2) 学生明确任务以后，应首先仔细思考，形成思路，再将思路描述成为C++代码写到实验报告纸上，待形成完整的程序以后再输入计算机中进行编译。而不是一边想，一边输入代码。这样既提高了效率，同时也提高学生思考问题的能力。

(3) 针对学生在编译，链接过程中出现的错误或警告，教会学生使用调试工具。学生在调试中遇到的疑点和难点，及时给予必要的适当指导，主要是教给学生科学有效的调试方法，例如等价类划分法、边界值分析法、安插测试语句等。

(4) 实验课结束时，每名学生必须上交比较规范的纸质实验报告（其中除包括程序的源代码，输入数据，程序输出结果外，还应重点包含程序调试过程，以及本次实验体会），通过以上举措来保证学生完成实验任务。课程结业考试也必须包括学生上机编程能力考核。

(5) 课程结束以后，分组安排2周的课程设计。题目要具有一定的综合性和较强的实用性，如学生信息管理系统等。要求学生经过需求分析，软件设计，编码，测试等软件开发的各阶段，最后提交一个软件原型及相关文档。通过课程设计实践，提高学生的软件开发水平和合作能力，同时，还可使学生在以后的学习过程中，自觉将计算机技术应用到生产和研究过程中，真正做到学有所用。

在上机实验环节，教师要认真做好指导和督促，减少互联网络等对学生注意力的不良干扰，让学生在规定时间内完成指定任务，从而保证实验教学效果。

4 结束语

本文提出了近几年在独立学院计算机专业《C++程序设计》教学过程中出现的问题，进行了思考和探索。对提出的方案在独立2006，2007级计科、网络专业本科学生中实施，较好地激发了学生的兴趣，调动了学生的学习积极性，增强了学生的自信心，日常教学和计算机等级考试都取得了很好的效果。以上事实证明，只要教师教学目的明确，教材理解深入，教学方法灵活得当，师生加大互动，学生是可以轻松学好C++程序设计的。

参考文献：

[1] 钱能. C++程序设计[M]. 北京：清华大学出版社，2005.

[2] 刘晓锋, 吴亚娟. 计算机专业《C语言程序设计》教学与教学改革[J]. 四川师范学院学报, 2003(24):34-36.

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）23-0120-02

一、虚拟仿真技术

虚拟仿真技术（virtual reality，VR）又称虚拟现实技术、灵境技术或模拟技术，是利用计算机技术、网络通信技术、人工智能技术、自动化控制技术仪器仪表c测量技术等交叉产生的一种现代信息技术，是虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，能够创造一种高端的人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉同等的实时模拟和交互，可以获得多维交互体验的虚拟环境。虚拟仿真技术有三个突出的特征：沉浸感、交互感和构想性。随着空间信息科学、计算机图形、多媒体技术、数字图像处理、人机接口技术、人工智能技术、传感器技术等的快速发展，虚拟仿真技术已经广泛应用于建筑、医疗、教育、军事、航天、服装、生产制造等领域。目前，也有一些文献论述了虚拟仿真技术在食品加工、食品检测、食品机械制造中的应用。

二、食品专业改革发展遇到的问题

1.传统教育方式无法激发学生对食品专业理论课的兴趣。兴趣是学习最好的老师。食品专业的理论课程中含有大量的基本概念、原理、公式推导，这些基础知识点比较抽象。即使教师结合实例讲解也很难激发学生对理论课的兴趣。例如：《食品工程原理》的基础知识比较广，理论公式比较多，主要教学目标是使学生利用数学、物理、化学及物理化学等学科知识去解决食品工业中所遇到的实际问题，该课程具有较强的设计、选型、安装和操作等工程特点。学生对课程中的理论、公式感觉很抽象，学习起来掌握不住要领，往往只能学习到一些简单的片段，在分析和解决具体问题时感到无从下手。

2.现有食品实验课程无法提高学生的食品专业实验技能。食品实验教学主要是教师讲解演示，学生模仿验证。这种“填鸭式”、完成任务式的实验教学，不能对学生针对性地进行创新和能力的培养。例如：食品化学实验课的教学通常是指定几个实验项目，如粉丝的制备与质量感官评价、蛋白质的盐析及透析、果蔬褐变机理等实验内容，老师将所需的试剂配置好，学生按四人一组分成若干小组，教师详细讲解实验原理、操作步骤，学生按部就班地模仿老师的操作步骤完成实验，最后撰写实验报告。这种教学方式使得学生主动学习的积极性不高，而且该教学方法在一定程度上限制了学生主观能动性的发挥和创新能力的培养。

3.食品工厂实习无法达到预期的教学效果。食品专业本科教学体系中有一个重要的环节就是工厂实习。但是，随着市场竞争日益激烈，工厂以不断提高企业效益为主要目标，而接收大学生实习已不再是必须履行的义务；其次，现代食品工厂趋向自动化、连续化，为了保证产品质量与安全，厂房绝对不允许学生动手操作；再次，学生在实习现场基本就是看和听，没有参与和动手的机会，学生也逐渐失去新鲜感，结果导致工厂实习形式化，无法达到预期的教学效果。

4.食品专业知识和实验技术片段化，没有形成一个整体的结构。现在食品学科被分割成多个课程进行学习，学生学习完各个课程后往往没有将食品学科整个知识点和实验技术整合起来。知识点和实验技术的片段化使得学生无法提高自身的综合水平，无法将所学知识和技能灵活应用于生产实践。例如：《食品加工》主要介绍了各个食品的加工方式和原理，《食品营养学》主要介绍了各个营养素的功能，这两个课程的内容似乎没有关联性，学生只能片段化地学习，无法将两者综合起来。

三、基于虚拟仿真技术促进食品专业改革，推动食品专业的发展

1.通过虚拟仿真技术激发学生对食品专业理论课程的兴趣。研究表明：在理论课程上应用虚拟仿真技术，可以将抽象的概念形象化，静态的知识点动态化，可以形象地展示结构功能，提高食品理论课的授课效果。例如：《食品工程原理》这门课结合虚拟仿真技术，让学生可以看到食品工业生产过程中各个单元操作的基本原理及典型设备的结构原理、操作性能，使学生将食品工程原理的知识与虚拟仿真平台上看到的生产设备和工艺过程联系起来，使学生深切体会到食品工程原理课程中所讲述的每个单元操作都与食品专业学习密切相关。生动形象的学习便于学生理解，提高教学质量。

2.将虚拟仿真技术与食品实验教学相结合，提高食品实验教学的效果，激发学生的创新性。随着虚拟仿真技术引入实验教学中，许多研究表明：虚拟实验可完善食品真实实验不具备或难以完成的教学功能，如一些成本较高、需要用高档仪器操作的实验等。食品实验教学中大部分是分组实验、分工合作，学生个人没有机会操作完整的实验。通过虚拟仿真技术平台，学生可完整地操作一遍实验技能，掌握每个实验细节。例如：食品化学实验通过虚拟仿真平台可以让学生自己思考做什么实验，用哪些试剂，设计实验方案。学生通过在虚拟仿真平台上操作，验证自己实验设计的合理性，激发了学生的思维能力和创新能力；同时，通过失败经验获取知识和要点，思考失败的原因，巩固了所学的知识，提高了动手能力。

3.构建实景虚拟仿真门户，增强食品工厂实习类课程的果效。实景虚拟仿真门户，可在食品工厂原地取景，从厂房布置、车间设备摆设等方面按照实习基地实际比例进行排布。结合实习基地的真实情形，提炼实习教学素材，配建厂房设计讲解、工厂设备操作讲解、实习提示等内容，让学生在进入工厂实习前，先通过实景虚拟仿真门户了解实习基地的完整情况，并提出专业问题。教师在后台收集这些问题，在实习基地现场进行讲解。以果蔬饮料生产实习为例，学生先通过虚拟仿真平台了解果蔬饮料生产的基本原理、工业化生产流程及各工序的主要参数，通过虚拟仿真平台向老师提出自己的疑问，在参观果蔬饮料工厂的时候，教师邀请企业技术人员通过现场讲解和专题讲座为学生答疑解惑，让学生了解到工厂的生产、企业的经营和管理。

4.利用虚拟仿真技术，综合食品专业课程，完善食品课程资源的建设。自从虚拟仿真技术在教学中广泛应用之后，大量研究表明利用虚拟仿真技术可优化教学资源的建设和积累，提高教学质量。食品专业课程可基于虚拟仿真技术，优化教学流程。例如：让学生在课前通过虚拟仿真平台自学课程内容，在课堂上与老师探讨自学过程中的疑点和难点，使得学生从被动学习转化为主动学习，教师从“填鸭式”授课转化为探讨式授课。其次，食品专业课程可基于虚拟仿真技术，优化教学内容。例如：食品专业的课程内容有一些是重复的，那么重复的内容可以让学生在虚拟仿真平台上自己巩固，而新的知识点可以作为课堂教学的主要内容。再次，通过虚拟仿真技术平台，片段化的食品专业课程可以被综合起来。例如：在平台上要求学生设计一款具备一定功能的产品，学生需要市场调研获得市场缺乏哪方面的产品，根据产品功能，再依据所学的食品原料学、食品营养学和食品化学等知识提出产品配方，依据食品工艺学、食品工程原理、食品加工学等知识提出产品工艺，依据食品毒理学和食品卫生学控制产品的安全性；最后，基于虚拟仿真技术，教师可跟踪学生的学习情况，收集学生的学习难点，这样可以使课堂教学内容有针对性，提高教学效率和效果。

⒖嘉南祝

[1]王宁.浅谈虚拟仿真技术[J].大观周刊，2011，（38）：18-19.

[2]胡晓辉，万嵩.计算机虚拟仿真技术在高教中的应用研究[J].高教学刊，2015：81-82.

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The Influence of Virtual Reality Technology on the Reform and Development of Food Specialty

LI Jing，CHEN Nuo，DEND Ze-yuan，RUAN Zheng