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計算機視覺課程設計范文1
關鍵詞：圖像處理技術；深度學習；教學探討
中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0115-02
引言
圖像處理是電子信息、計算機類專業的重要課程[1]，是一門涉及多領域的交叉學科，是模式識別、計算機視覺、數字視頻、視頻通訊、多媒體技術等學科的基礎。在圖像處理技術課程的教學中，不但要讓學生掌握其基本概念和原理，還要讓學生盡可能理解和掌握圖像處理在當前時代應用的最新發展。圖像處理所講授的理論和實驗過程較復雜[2，3]，如何讓學生能靈活應用這些知識，是課程學習的難點。
在高度信息化的知識經濟時代背景下，深度學習已經引起高校教師的普遍重視[4]，深度學習特別是“如何促進深度學習”也成了當前學習研究的重要內容。本文結合電子信息學科的特點和多年的教學經驗，引入深度學習框架，對圖像處理技術課程的教學模式與實踐模式進行了探討。
一、圖像處理課程特點
圖像處理有相關課程、基礎課程較多，實踐性強，發展快、應用領域不斷擴展，新方法內容抽象，要求數學基礎高等特點。隨著安防系統中圖像處理技術的廣泛應用，智能手機中的拍照功能越來越強，以及指紋識別、人臉檢測等功能在智能手機中的引入，圖像處理技術在生活中已經無處不在了。圖像處理技術涉及的相關課程有模式識別、數字視頻、計算機視覺、多媒體技術等。基于隨機場MFS的方法、基于圖論的方法、基于偏微分方程的方法在圖像增強、分割等各個方面的應用，這些方法要求數學基礎高，給教學帶來了難度。
理論和實踐的結合是本課程的關鍵，注重基礎理論和技術的教學，以及加強學生實踐能力和課題研究能力的培養是本課程的主要教學目的。由于涉及課程較多，只有在相關的模式識別、數字視頻等課程學習完后，才能進一步的開展實踐。這些工作需要在課程設計、畢業設計等實踐環節中才能開展。
二、走向深度學習
深度學習是指在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，將其融入原有的認知結構中，并將已有的知識遷移到新的問題中，做出決策并解決問題的學習。它是一種主動的、探究式的、理解性的學習方式，將其引入圖像處理課程的教學實踐中，可以讓學生進行理解性的學習，深層次的加工各門相關課程的信息，進行主動的知識建構和知識轉化，靈活應用知識來解決實際問題。反思是貫穿于整個學習活動過程的一個重要環節，其主要目標是通過對學習過程及結果的調控來促進問題解決，是促進深度學習的重要策略之一。針對課程構造了一個較為復雜、完整的深度學習框架，參考這個框架，本文構造一個簡化的深度學習策略，主要過程為：a.基礎知識學習；b.問題提出；c.反思、知識建構或轉化；d.知識應用、解決問題。
“基礎知識學習”是一般教學過程都具備的前期學習過程，為后面的深度學習提供基礎；“問題提出”是結果應用實踐，給出學生們感興趣的問題，引起對學習的注意；“反思、知識建構或轉化”是深度學習的關鍵環節，通過對知識的建構，促進對各個相關知識的綜合理解、轉化，完善基本技能；“知識應用、解決問題”體現深度學習的高階特性，將知識、技能進行綜合聯接。
深度學習的一個重要特點是靈活的知識應用。圖像處理是門實踐性很強的課程，需要通過解決實際問題，促進學生對知識的深刻理解，把知識靈活運用，促進深度學習的開展。圖像處理要求的知識面較廣，新技術、新方法很多，受到學生基礎知識限制，不能在短短的課堂上講述所有的方法。針對本科生的教學過程，不僅在課堂教學中引入深度學習，在相關的課程、實踐環節中都體現圖像處理技術的具體應用，每個環節中根據實際情況，引入深度學習過程模式。讓學生能真正學會自己動手解決問題，提高學習的興趣和主動性。
三、課堂教學中的深度學習
在課堂教學過程中，可以根據“問題―反思―生成”模式來開展教學活動，即通過創設問題情境、制造認知沖突來引導學生進行反思探究、知識建構及問題解決。部分教學知識點的深度學習教學模式設計如下。
（一）圖像增強教學中的應用
“問題―反思―生成”模式設計對應如下：
“噪聲對圖像的影響―產生原因―低通濾波器設計（平滑模版）”。
教學過程中，首先聯系電路分析、數字信號處理等課程提出問題：
1.“圖像噪聲和電路噪聲的相同點”。
2.“電路中用RC電路去除噪聲，數字信號中如何模擬這一過程”等。
在反思環節中，引導學生明白，噪聲在時域上的體現是快速變換的信號，在圖像中是隨著空間間隔快速變換的光的強度；RC電路的本質是利用電容的充、放電過程，減緩信號的變化，達到去除噪聲的目標。
在生成環節中，引導學生結合數字信號處理中的FIR數字低通濾波器，采用簡單的鄰域加權平均，減弱信號的變化量，達到平滑噪聲目的。不同加權系數，構成了不同的平滑模版。
（二）車牌識別教學中應用
車牌識別是圖像處理中結合實踐常見的一個應用例子，包含圖像預處理、車牌檢測、二值化、字符分割、字符識別等多個子過程，每個子過程都可以利用“問題―反思―生成”的深度學習模式來開展教學活動。
例如在字符識別子過程中，首先提到的問題是“計算機如何做識別”，這個問題比較有難度，在“反思”階段只能引導學生通過比較兩幅數字圖像的每個像素值，也就是模版匹配的方法，到達識別的目的。這樣在“生成”階段可以利用相關法進行匹配，完成識別過程的任務。
四、將科研思想、深度學習方法運用到實踐科研過程中
課堂學習，以老師講授為主，沒有體現學生的主動性。在相應的實驗課上，以及后續的課程設計、畢業設計環節，引入深度學習，結合老師的一些科研課題，讓學生主動思考，增強學生的主動性。在這階段的實踐中結合深度學習，以問題為中心，讓學生通過查閱資料和及時的交流討論自主的解決問題，這樣培養了學生初步開始科研活動的能力。
（一）課程實驗中，引入深度學習，合理設計實驗方案
圖像處理課程實驗方案設計中，結合生活中的實際問題，實現photoshop、美圖等軟件中的部分相應算法，實驗素材采用學生自己生活中的照片。讓學生自己尋找想解決的問題，通過反思、分析，靈活運用相關知識，解決問題。這樣達到提高學生學習興趣、增強學習主動性的目的。
（二）課程設計過程中設計簡單的應用題目
課程實驗中，由于時間短，只能對課本上的部分算法進行實現，不能進行更多的綜合反思。課程設計是一個持續數周的實踐過程，在這過程中，設計些簡單的應用題目，讓學生有充足的時間反思，為后續的畢業設計做準備。
（三）本科畢業設計階段，提煉綜合題目
教師可以從科研課題和開發項目中，提煉出一些關鍵問題，并結合當前學生感興趣或覺得有前途的工具平臺，作為本科生畢業設計的題目。臨近畢業了，學生們在找工作過程中已經接觸了較多的社會，他們選擇課程設計經常帶著較強的傾向性，選擇通常受到以后工作的需求、媒體上宣傳等因素影響較重。近年來，隨著智能手機的普及，社會上對Android環境下的編程工程師需求較多，學生們對這方面的知識需求也較迫切，而課程的設置卻難以跟上這些需求。畢業設計中如果可以補充學生的知識需求，無疑可以大大提高學生們的興趣。
將教師圖像處理方面的科研與學生需求結合，提出“Android平臺下的人臉檢測”、“Android平臺下的字符識別”、“二維碼的檢測與提取”、“Android平臺下視頻運動目標檢測與跟蹤”等題目，這些題目的成果可以運行在學生手機上，提高了學生的興趣和成就感。
五、總結
針對數字圖像處理課程的特點，結合多年的教學體會，在課堂教學、實踐等環節引入深度學習，對一些教學過程進行了探討。通過深度學習模式，激發學生的學習興趣，培養學生的動手能力，促進學生對知識的深刻理解，靈活掌握知識運用，提高學生的學習興趣，增強創新能力。教學改革是一項長期任務，如何更有效地改善教學效果，還需要在教學實踐中不斷的探索。
參考文獻：
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計算機視覺課程設計范文2
關鍵詞： 計算機圖形學； 實驗教學改革； 體驗式教學體系； 實踐操作能力
中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）11-63-03
0 引言
計算機圖形學是計算機視覺領域中一門重要的學科，同時也是建立在傳統的圖學理論、應用數學及計算機科學基礎上的一門綜合叉學科[1]。它利用計算機處理圖形信息（如圖形信息的表示、輸入輸出與顯示、圖形的幾何變換及人機交互繪圖等）[2]。在過去的幾十年里，圖形學在計算機輔助設計與制造、計算機動畫藝術、虛擬現實等諸多領域得到了廣泛的應用。作為實踐教學的重要組成部分，實驗教學在培養實踐能力和創新型人才過程中起著十分重要的作用?；诮陙碓趫D形學領域內出現的巨大變化及本?！皯眯腿瞬排囵B”模式[3-4]的確立，有必要對當前的計算機圖形學實驗教學過程采取進一步的改革措施，提升這門課程的實驗教學水平。
1 實驗教學現況分析
圖形學是一門實踐應用型學科，雖然它的知識內容相對于其他計算機專業課程而言比較難以理解，但其概念、邏輯關系等基本上源于對現實世界的抽象，在現實世界里都能比較容易地找到與之相對應的原型[5]。熟練掌握圖形學技術能夠使用戶制作出令人賞心悅目的圖形效果。目前的圖形學實驗教學過程還存在一些問題。
僅從算法驗證性實驗的角度來組織實驗教學是一個問題。計算機圖形學是一門建立在算法基礎上的學科，掌握必要的算法知識是深入學習圖形學不可或缺的條件。所以，很多教師會選擇僅僅從算法編程驗證的角度來組織實驗教學。這些算法的驗證性實驗在一定程度上鍛煉了學生的編程能力，但對學生創新性思維的培養及解決實際問題的能力培養沒有顯著的成效。同時，對于數字媒體技術專業的學生而言，過分強調算法理論會影響學生學習圖形學的興趣和信心，這樣勢必會影響到最終的教學效果。
實驗教學脫離圖形學的實際應用背景也是一個問題。在設計實驗項目時，很多教師沒有考慮到項目設置的實際應用背景，學生在實驗的過程中，只會根據教師的要求，對一些關鍵算法進行簡單的編程驗證，教師沒有引導學生將所掌握的基本理論知識與相關應用領域建立起聯系，這一做法極大地降低了實驗課程對學生的吸引力，長此以往便會在學生心中形成圖形學“學為何用”的疑問。
2 實驗教學方法改革
計算機圖形學的學習目標是讓學生掌握及應用本課程相關的算法技術來解決實際問題，但在以往的教學過程中我們發現，由于圖形學中的大部分算法技術描述比較抽象，理解難度較大，學生常常會產生畏難情緒。出于對以上因素的考慮，我們曾嘗試以“實踐引導理論”的方法來組織教學。譬如，在講解“紋理貼圖”這一理論知識點之前，首先在實驗課堂上給學生演示在圖形軟件產品3D Max中如何調用紋理貼圖命令實現貼圖效果，同時讓學生觀察不同參數設置下的紋理映射效果，在此過程中，學生會產生如“各項參數具備什么作用”等疑問。接下來，教師繼續讓學生使用微軟圖形庫OpenGL結合Visual C++ 6.0[6]編程實現預定的紋理貼圖效果，再提出相同的疑問。帶著這些疑問，教師在課堂上為學生講解圖形學中“紋理映射”這一理論知識點，引導學生回到理論學習階段。
我們將以上方法總結為“編程實踐”、“圖形軟件應用”和“理論學習”三結合法。三結合法中的“編程實踐”摒棄了傳統的“算法驗證”環節，讓學生通過調用及組織OpenGL中的“圖形命令”實現預定的真實感圖形效果，使得學生直接面向可視化的算法結果，這一舉措讓學生從繁瑣低效的算法編程中徹底擺脫出來。此外，要求學生對三維動畫及其制作軟件3D Max有基本的了解。由于三維動畫的制作流程涉及了圖形學幾乎所有算法技術，而3D Max作為其基本實現工具實際上就是圖形學技術的軟件產品，它所包含的所有函數命令都是根據圖形學算法技術編寫而成的。學生通過調用3D Max中的諸多命令實現各種具備真實感的三維場景，這一過程讓學生直觀地了解到圖形學中抽象復雜的算法在實際生活中的應用。
為了更好地將上述方法落實到教學過程中去，我們將三結合法中的“編程實踐”、“圖形軟件應用”提取出來，并從實驗環境、實驗環節及實驗內容設置等方面對其進行補充和完善，最終形成了一個完整的圖形學“體驗式”教學體系。實踐證明通過該體系，學生可以真正地將理論和實踐融合到一起，極大地提高了學習興趣及學習效率。
3 “體驗式”教學體系設置
3.1 實驗環境設置
一個完善的圖形學“體驗式”教學體系主要包括三個方面：OpenGL編程實踐、圖形軟件3D Max應用及OpenGL結合3D Max實現三維交互技術。為了同時滿足以上三方面教學內容的要求，我們在傳統的Visual C++ 6.0開發環境下引入了OpenGL[7]，所有的實驗項目都是在安裝了GLUT的Visual C++ 6.0的環境下進行。同時，每一臺學生機上也要安裝配置好3D Max應用程序。
此外，為了方便指導學生完成3D Max應用環節及三維交互技術環節的實驗內容，在教學安排上應當把計算機圖形學和三維動畫制作兩門課程放在同一學期內，以便將三維動畫制作課程中的部分授課環節納入到計算機圖形學實驗教學過程中。這一舉措也順應了近年來本校所一貫提倡的應用型“課程整合”[8]大趨勢。
3.2 實驗環節設置
“體驗式”教學體系的實踐過程包含以下三個環節：使用OpenGL基本圖形命令繪制及顯示圖形；使用3D Max基本圖形命令實現形體的三維建模；OpenGL結合3D Max實現三維仿真。
3.2.1 使用OpenGL基本圖形命令繪制及顯示圖形
采用OpenGL結合Visual C++ 6.0實現簡單圖形的繪制、變換及真實感顯示等功能，這一環節的設置讓學生從繁瑣的圖形學算法編程中擺脫出來，更多的接觸實際開發過程所使用的工具與開發環境。
3.2.2 使用3D Max基本圖形命令實現形體的三維建模
通過調用3D Max圖形命令來完成復雜模型（如三維場景中人物模型、動物模型及器物模型）的真實感顯示，使學生直接面向圖形學的實際應用過程。
3.2.3 OpenGL結合3D Max實現三維仿真
以圖形學軟件產品3D Max作為建模工具，結合OpenGL交互技術，完成自選課題。通過本環節的學習，學生可以從更高層次上體驗圖形學的實際應用背景。
3.3 實驗內容設置
根據如上實驗環節設計相應的實驗內容，在“體驗式”教學模式下，我們將實驗內容分為驗證應用型、提高應用型及綜合設計型三個層次，下面結合實驗環節分別詳細介紹以上三種類型下的實驗內容分布。
3.3.1 驗證應用型實驗
計算機圖形學課程包含了多種算法原理的講解，針對復雜繁瑣的算法原理，我們摒棄了傳統的算法編程驗證環節，直接讓學生使用OpenGL基本圖形命令實現基本圖元及組合圖元的繪制、圖元的幾何變換、圖形的真實感效果顯示等功能。
計算機圖形學中的算法技術主要涵蓋造型技術、變換技術、真實感圖形技術三個方面。結合圖形學算法技術內容分布情況，我們將驗證應用型實驗內容作如下設置。
⑴ 使用OpenGL圖形命令實現基本圖形的繪制。
⑵ 使用OpenGL圖形變換命令實現基本圖形的幾何變換及組合圖形的繪制。
⑶ 使用OpenGL顏色命令為圖形著色。
⑷ 使用OpenGL光照命令為圖形添加光照效果。
⑸ 使用OpenGL紋理映射命令為圖形添加紋理貼圖效果。
⑹ 使用OpenGL曲線、曲面函數實現復雜曲面的繪制。
⑺ 使用OpenGL實現形體隱藏面的消除。
⑻ 使用OpenGL實現圖形的融合、反走樣、霧化效果。
通過以上實驗內容，學生可以直接面向可視化的算法技術成果，加深了他們對于圖形學實際應用過程的認識與體驗。需要注意的是，在進行以上實驗內容之前，教師應當用2課時時間介紹OpenGL應用概述，并指導學生完成Windows程序框架下OpenGL實驗框架的搭建。
3.3.2 提高應用型實驗
三維動畫作為計算機圖形學重要應用領域之一，它的制作過程幾乎沿用了圖形學中所有的算法技術。作為目前比較前沿的計算機視覺應用領域，三維動畫成功的推出了許多優秀的制作軟件（如3D Max、Alias、SOFTIMAGE等）。其中AUTODESK公司的3D Max以其著色速度快、色彩豐富等優點得到廣大用戶的青睞。作為一種軟件產品，3D Max將動畫制作過程中所要用到的功能進行了分門別類的整理，其應用程序中的每一條命令基本上都對應了圖形學中的某一特定的算法技術。所以，可以通過調用3D Max圖形命令來完成復雜模型（如三維場景中人物模型、動物模型及器物模型）的真實感顯示，使學生直接面向圖形學的實際應用背景。出于以上因素的考慮，在“體驗式”教學體系中，我們為提高應用型實驗設置了如下內容。
⑴ 使用3D Max繪制角色模型（包括人物模型、動物模型）、器物模型及場景。
⑵ 在三維場景中實現角色及器物的顏色設置或幾何變換（平移、變比、旋轉、錯切等）。
⑶ 為角色或器物表面定義材質（如透明度、反光度及粗糙程度等），并為其添加紋理貼圖效果，形成具備真實感的表面細節和結構。
⑷ 依照攝影原理，在計算機內部設置虛擬攝影機，調整鏡頭、“打上”光照，最終形成生動逼真的場景畫面。
由于應用型實驗內容主要涉及到三維動畫制作及3D Max軟件的使用，結合當前本校正在進行的“課程整合”的需要，我們將圖形學實驗構成中的“提高應用型”實驗環節納入到三維動畫制作的部分實踐課程中去。這樣的融合一方面讓學生體驗到圖形學算法技術的實際應用性，另一方面可以讓學生領會數字媒體技術專業課程之間存在的緊密聯系，為后續的專業課程學習增添信心。
3.3.3 綜合設計型實驗
雖然在OpenGL中容易實現各種圖形的變換、著色、光照、紋理等效果，但OpenGL只能繪制基本的圖形元素。盡管我們可以通過對這些基本圖形元素進行組合變換得到較為復雜的圖形，但這樣的圖形繪制過程比較繁瑣，效果也差強人意。而3D Max作為一種比較前沿的圖形建模及動畫制作軟件，方便建立各種復雜模型。在交互技術方面，雖然3D Max具備高質量的建模效果，但是它沒有交互性，無法實現實時控制。而OpenGL作為一個三維工具軟件包，在三維交互編程等方面提供了比較完善的機制。用戶可以通過OpenGL較容易地利用鼠標、鍵盤進行交互。
綜上所述，綜合設計型實驗可以選擇3D Max作為建模工具，結合OpenGL交互技術實現三維仿真[9-10]。在“體驗式”教學體系的實踐過程中，為了讓學生更快更好地完成自選課題，我們首先為學生設計了一項仿真示例“飛機模型的實時控制”。以下介紹具體過程。
⑴ 用3D Max建立飛機模型，本步驟要求實現飛機模型的基本造型及真實感效果。
⑵ 利用View 3ds將3D Max格式的三維模型轉換成OpenGL格式。
⑶ 在Visual C++ 6.0開發環境中，建立一個基于MFC的單文檔應用程序，通過添加OpenGL相關庫、修改View類頭文件、添加View類消息函數等操作將飛機模型加載到OpenGL三維環境中。
⑷ 在三維環境中通過調用OpenGL相關命令調整飛機模型的尺寸、顯示角度等。
⑸ 當飛機模型在OpenGL三維環境中按照預定效果正常顯示后，便可以通過鍵盤、鼠標或者定時器實現飛機模型的實時控制。
按照以上步驟實現的飛機仿真系統，其結果分別如圖1（a）、圖1（b）所示。其中，天空是利用OpenGL中的貼圖方法加載到三維環境中去的，其動畫效果通過紋理控制來實現。同時，通過鍵盤上的方向鍵可以實時控制飛機的飛行方向和飛行角度。
綜合設計型實驗采用“大案例”，讓學生獨立完成課題選定、素材搜集、內容設計等工作，其過程涉及到OpenGL和3D Max兩方面技術的綜合運用。目前，本校數字媒體技術專業正著力于“媒體類課程整合”工作，因此我們將圖形學的綜合設計型實驗納入到“綜合課程設計”的環節中，即：將圖形學課程設計與三維動畫課程設計融為一體，讓學生在設計過程中充分體驗圖形學技術在實際應用中的非凡魅力。
以上便是“體驗式”教學體系中實驗內容的詳細介紹。在實際教學過程中，我們還將根據學生的實際情況，適時對內容作出新的調整。
4 結束語
針對計算機圖形學傳統實驗教學方法中普遍存在的問題，立足于“應用型人才培養”模式，著力構建一個圖形學“體驗式”教學體系。為了滿足新的教學體系中“編程實踐”、“圖形軟件應用”和“理論學習”三結合方法的需求，對實驗的環境、環節及實驗內容重新作出設置與安排，最終構建了一個完整的和完善的圖形學“體驗式”教學體系。實踐表明，該體系的實施對加深課程理解、培養學生學習興趣和提高教學質量有著顯著的成效。在接下來的教學過程中，我們將繼續對“體驗式”教學體系作進一步的完善，在原有的圖形學實踐過程中，盡可能多地納入其他相關媒體技術類課程的實驗內容，讓學生在課程整合的過程中體會學為其用。
參考文獻：
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計算機視覺課程設計范文3
【關鍵詞】小波分析；信息與計算科學；現狀分析；課程建設
小波分析是近年來應用廣泛的一種方法，有很強的數學背景，在許多方面找到了有效的應用，被譽為數學顯微鏡，MATLAB軟件提供了很好用的小波工具箱[1]，為我們解決實際問題提供了很大的方便，不少學校已把小波分析列為信息與計算科學專業本科生選修課。通過對小波課程的學習，能夠讓學生掌握小波分析的基本理論、基本思想以及小波工具箱的應用，能夠讓學生用常見的各種小波變換來解決實際應用問題[2-3]。
1 小波分析課程概要
小波變換的概念是1974年由J.Morlet首次提出的[1]，20世紀70年代，A.Calderon表示定理的發現、Hardy空間的原子分解和無條件基的深入研究為小波變換的誕生奠定了良好的基礎。1986年著名數學家Y.Meyer構造出了一個真正的小波基，并與S.Mallat合作建立了構造小波基的有效多分辨分析方法，此時小波分析才逐漸蓬勃發展起來，值得一提的是比利時女數學家I.Daubechies撰寫的《小波十講》對小波的普及和進一步的發展起了非常至關重要的推動作用。小波分析的理論研究與小波分析的應用是緊密地結合在一起的，它的應用主要體現在以下幾方面：
（1）在圖像與信號壓縮的應用方面。它的特點是壓縮比高，壓縮速度快，壓縮后能保持信號與圖像的特征不變，而且在傳遞中可以抗干擾?；谛〔ǚ治龅膲嚎s方法很多，比較成功的有小波變換零樹壓縮、小波包方法、小波變換向量壓縮等。
（2）在工程技術等方面的應用。小波可用于計算機圖形學、信號處理、計算機視覺、生物醫學圖像處理等方面。
（3）在信號分析的應用方面。小波分析可以用于邊界的處理與濾波、信噪的分離、信噪的提取、信號的識別以及多尺度邊緣檢測等。
2 教學內容基本要求
關履泰在1989至1992年間到美國Texas A&M大學崔錦泰教授處訪問，當時正值小波研究的蓬勃發展時期，他在有限區間小波、多重小波分析、小波在圖形學等方面的應用作了一定的工作。由他主編的《小波方法與應用》一書參考了大量的書籍和文獻。由于現在MATLAB的普遍使用，而且它還有專門的小波工具箱。關履泰專門為本科生教學編著的《小波方法與應用》一書，也采用了MATLAB數學軟件進行程序實驗。
通過本課程的學習，要求學生了解小波與傅里葉分析的發展歷史；掌握多分辨分析的思想；掌握小波變換[1]，包括：Fourier變換、連續小波變換、離散小波變換；了解框架；掌握分解與重構算法、尺度函數與小波的構造；了解多元小波分析、小波包分解；掌握快速算法，了解重分算法；會用MATLAB小波工具箱；能夠用各種小波變換解決實際應用問題[4]。本課程是信息與計算科學專業的重要專業方向理論選修課程，在教學方法上，采用課堂講授、課堂討論、課后自學等教學形式。
課堂講授：本課程屬于理論課程，在傳授知識原理的前提下，配合實際應用例子，由淺入深，善于誘導，使學生從被動吸收知識的狀態下，轉化到主動索取知識的狀態中來，并采用多媒體輔助教學，加大課堂授課的知識含量。注重培養學生的學習興趣，提高學生的基本素質。
課后自學：為培養學生整理歸納，綜合分析和處理問題的能力，教師在每章都安排少量的內容，課上教師只給出自學的提綱，不作詳細的講解，課后讓學生自學。
課堂討論：此目的是讓學生開拓思路，活躍課堂學習氣氛，教師需認真組織，安排重點發言，充分調動每名同學的學習熱情和積極性，做好總結。
課外作業：為讓學生鞏固所學的知識，每章都布置一定量的課外作業，讓學生課后獨立完成。
課程實驗：用matlab語言或C語言完成一些算法設計題，培養學生的算法設計能力。
3 教學上存在的一些問題
3.1 對小波分析的課程設置定位還不夠明確
信息與計算科學專業的課程開設在多數學校沒有將計算機、應用數學等信息技術課程進行有機的結合，只是將數學課程和計算機的課程進行拼盤迭加，沒有突出“以數學課程為基礎，以解決信息技術領域問題為目標”這一專業特色。對于小波分析的課程設置同樣也沒有經驗，有時甚至無從下手，本課程的設置還需要進一步的探索。
3.2 課程的教材仍比較緊缺
目前適合應用型本科高校教學的小波分析教材，尤其是從數學觀點編寫、適應于為信息與計算科學類專業學生講授的小波分析教材比較緊缺。為適應不同類型院校和不同層次要求的課程需求，教材建設也需要層次化、多樣化。目前，專門為應用型本科高校信息與計算科學專業專門編寫的教材有關履泰編著的《小波方法與應用》，此教材理論基礎知識偏難，理論推導較復雜，要想把本課程很好的應用到本科生的教學實踐中，還需要在今后的教學實踐過程中給予進一步積極的探索和改革。
3.3 從大學生的知識儲備角度看：信息與計算科學專業是新興學科，處于發展期，教師在該領域的研究尚且剛剛起步，更別提教學成果了，這也必然影響著本專業小波分析課程的教學與實踐。目前，中國高等教育已進入大眾化時代，這將導致大學生的就業不存在統包統分的問題，而是要公平地參與社會競爭。所以為了能更好的適應社會，大學生應多學習專業知識，多積累大量的理論基礎知識。
4 理論與實踐教學的探索
小波課程的知識結構體現在扎實的數學基礎之上，豐富了信息與計算科學專業的基礎理論知識。本課程通過基礎理論知識的教育，以及實驗教學的各環節的訓練，有助于培養學生解決軟件開發和設計、信息處理、科學計算等實際問題的能力[5-6]。
4.1 課程體系
信息與計算科學專業的知識結構以及發展離不開計算機技術的輔助。因此小波分析課程的教學內容除了核心的理論知識外，還應該增加實驗模塊，信息與計算科學專業的畢業生進入通訊、電子技術、軟件等行業是一個重要的就業方向，它們可以在這些企業非常高效的從事信息安全與網絡安全、計算機軟件開發等工作，因此，本專業開設該課程是非常必要的。所以開設好小波分析課程是實現應用型人才培養目標的重要環節之一，有利于信息與計算科學專業培養目標的實現，當然也有利于應用型人才培養目標的實現。
4.2 實踐教學環節
學生報考信息與計算科學專業的時候，絕大多數學生看中是“信息”的內涵，他們心中選擇的是非數學類專業而是信息類專業。所以開設小波分析課程，必須強化計算機應用技術，可以選擇以一維、二維小波分解與重構的理論知識為主體，注重課程設計與實踐的教學環節，來提高學生的軟件應用能力和實際動手能力。
實例一，噪聲信息多包含在具有較高頻率細節里，在對信號進行了小波分解后，利用有限閾值等形式對所分解的小波系數進行權重處理，再對信息進行重構即可達到信息去噪的目的。利用小波工具箱可直接將一維白噪聲信號noissin進行一級haar小波分解，如圖1，我們從圖中可以清晰的看到原始信號s的平均信息a1和細節信息d1。
實例二，二維小波分解與重構是利用一系列的一維小波分解與重構來實現的?；贖aar小波的二維小波分解與重構的過程如下：function[LL，HL，LH，HH]=mydwt2（x），利用小波工具箱直接將二維圖像woman進行一級haar小波分解與重構，如圖2，我們從圖中可以清晰的看到原始圖像被分解為LL，HL，LH，HH四個部分。
圖1 一維信號的一級haar小波分解
圖2 二維圖像的一級haar小波分解與重構
4.3 繼續深造
信息與計算科學專業的畢業生具有良好的數學思維能力和扎實的數學基礎，他們掌握了計算科學的基本方法與技能，因此他們繼續深造可選擇的方向很廣泛，他們可繼續攻讀自動控制、計算數學、計算機應用、信息科學、金融信息等專業的碩士學位，也可攻讀具有行業特色且與信息與計算關系緊密的一些專業的碩士學位。此外，小波分析及其應用、小波分析的理論及其在醫學圖像處理中的應用等均是本專業考研的主要研究方向。如果本科階段把小波分析課程學好了，無疑為以后研究生階段的學習和研究奠定了良好的基礎。
4.4 師資隊伍建設
國內很多高校的信息與計算科學專業都開設了小波分析課程，如國防科技大學，中國科技大學，中山大學等，這些學校該課程的發展都較成熟，所以可以通過引進和培養等途徑，培養一批從事小波分析課程教學的青年教師參與小波分析的課程進修和教改調研，通過選派相關教師去諸如以上這些全國前列的高校進行調研、交流，這對小波分析課程的今后發展，帶來很大的幫助。
4.5 第二課堂
教師可以鼓勵刻苦鉆研的學生參與他們的科研工作，學生們可以憑借其出色的扎實的數學基礎知識和數學建模能力來解決實際應用問題。
5 結論
有關該專業小波分析課程的教學計劃、培養模式、課程體系、培養目標、教材編寫等一系列課程建設問題，我們將繼續積極進行進一步的探索與研究。我們希望通過本文能夠對信息與計算科學專業小波分析課程的開設、建設與發展作出一點有益的貢獻。
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計算機視覺課程設計范文4
【關鍵詞】教學方法 教、學、做一體化 課程建設
【課程項目】本文系山東省教育科學規劃課題“工學結合背景下工科類高職院校課堂教學改革研究”的研究成果。（項目編號：2011GG209）。
【中圖分類號】G451.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0211-02
高等職業教育的目標是培養能夠適應生產、建設、管理、服務第一線所需要的高端、技能型人才，“理、實”一體化是職業教育的本質特征。為達到這一目標，需要有效的教學方法與手段。實踐證明“教、學、做一體化”教學方法是實現高職教育目標的有效方法。但是，實踐中在實施“教、學、做一體化”教學時，往往是“教與做”的分段教學，教、學、做相對分離，沒有真正實現“一體化”的思想。根據“教、學、做一體化”教學的探索與實踐，基于“衛星數字電視技術”課程教學，闡述“教、學、做一體化”教學方法的構建與實施。
一、“教、學、做一體化”教學方法的內涵
陶行知先生曾對對“教、學、做一體化”教學方法有這樣的解釋：“教的法根據學的法，學的法根據做的法，事怎么做就怎么學，怎么學就怎么教”。突出以“做”為中心，強調了“行是知之始”的實踐第一性和“知是行之成”的理實相融教學目標。
“教、學、做一體化”教學方法就是把培養學生的職業能力為目標，在“做中學，學中做”，把理論與實踐相結合的教學作為一個整體。依據職業能力構建整體培養目標，開發課程，制定教學計劃，通過落實各個教學環節，保障實現整體目標。教學過程設計要突出“一體化”思想，將課程教學內容、培養目標貫穿在教、學、做過程中，使學生了解要做什么，為什么這樣做，實現知識與技能融合，使學生的能力逐步提高，最終達到培養目標。
二、“教、學、做一體化”的關鍵要素
實踐中得知，實施“教、學、做一體化”教學需要有相應的師資隊伍、課程標準、教材、課程體系、實訓保障等關鍵要素，才能實現最終的教學目標。
（一）建設一體化師資隊伍
“教、學、做一體化”教學需要一支“雙師素質”的師資隊伍，教師要有扎實的理論知識、豐富的實踐經驗以及熟練的動手能力，也就是“雙師素質”教師必須具有綜合職業能力，能解決實際問題。他們不僅僅是教學行家，也是實踐好手，他們了解一線崗位需求，能將崗位需求的知識和技能相互融合和轉化。
可以通過多種途徑建設“雙師素質”的教師隊伍，一方面通過校企合作，老師到一線頂崗，了解一線崗位需求，鍛煉技能，同時也聘請業界專家到校兼職任教， 使學生能從中學習到真正的工作經驗。一方面聘請具有工作經歷的優秀人員到校任教，加強“雙師素質”的教師隊伍建設。
（二）開發一體化課程標準
實施一體化教學的主要依據是一體化的課程標準，主要包括課程基本信息、課程目標、課程設計（教學設計、考核方法、教學環境、教學內容等）。課程標準以學生為主體、老師為主導，突出職業能力的培養。制定一體化課程標準，一是要根據專業人才培養方案的培養目標，按照“教、學、做一體化”教學、任務驅動、項目導向的要求，對接國家、企業和職業資格標準，設計、開發教學項目，制定課程標準。二是要結合崗位需求的知識、能力、素質目標制定相應的考核標準?？己藰藴首⒅剡^程考核，突出能力的培養。
（三）校企合作開發教材
課程標準制定以后，校企合作開發“教、學、做一體化”教材。一體化教材的開發，要對接職業技能鑒定標準和崗位能力，注重教材的有效性和實踐性。實踐性是指以培養學生的職業能力為本位，由一線專家執筆，結合生產實際編寫教材。有效性是指所編教材要做到知識、技能、標準的對接。將一線典型任務案例轉化為教學項目，使開發的教材符合高職教育的特點。
（四）構建一體化課程體系
有效的一體化課程體系是完成高職教育的培養目標的保障，圍繞專業的知識目標、能力目標與素質目標，進行系統設計，優化課程體系。注重培養學生的專業能力、方法能力（包括創新能力）和社會能力。課程體系采用平臺加模塊的模式，專業平臺課程支撐崗位模塊課程，課程體系的構建圍繞著崗位能力的培養，目的就是培養的人才能夠滿足這些崗位/崗位群的需求。
首先通過社會調研，進行市場分析，歸納出職業崗位，通過職業崗位梳理典型的工作任務，提煉出完成這些工作任務所需要的職業崗位能力，依據職業能力確定學習領域（即：課程體系），確定了課程，最后實施“教、學、做一體化”教學。
專業設置的課程以“職業崗位需求為目標，以職業能力和職業素質培養為重點、以與行業合作為突破點”進行課程建設與開發。課程設計基于能力本位，堅持項目導向、教學做一體化，注重培養學生的職業技能和職業素養。
（五）建設一體化實訓保障
良好的一體化教學實訓保障是關鍵要素之一。實施“教、學、做一體化”需要建設一整套由單一到綜合、由簡單到復雜的教學實訓裝備?！敖?、學、做一體化”的教學實訓裝備要兼具實踐性、職業性、開放性、學習性等功能，把一線工作中所遇到的難題、故障，以及一線崗位所需的關鍵能力融入到教學實訓裝備中。
教學實訓環境要以學生為中心，有利于“教、學、做一體化”教學方法的實施，方便學生使用、操作、互動以及進行團隊合作學習。
三、“教、學、做一體化”教學過程的構建與實施
遵循行動導向學習進行“教、學、做一體化”教學過程的構建與實施，本文以“衛星數字電視技術”課程為例，闡述實現“教、學、做一體化”教學過程設計。教學項目為“Ku波段衛星電視信號的接收與調試”。有以下幾個步驟：
資訊： 獨立尋找解決問題的辦法。了解要做什么。學習者通過多種途徑獨立了解任務及問題，以及必需的工作技術、工具等，培養獨立行動能力。學生通過觀看一套設備，了解小組的任務是能夠收看衛星電視信號，完成整個任務需要的設備有哪些。通過老師講解、學生通過學習活頁教材等途徑，了解相關的標準，設備的功能，衛星通信的相關知識等。
計劃： 獨立規劃解決辦法。規劃怎么做，采用什么方案。學習者獨立或與其他學習者共同對任務的解決方案進行規劃，促進相互溝通，培養分析性思維。每個小組制定方案，選取接收機，高頻頭，連接線（電纜，視頻音頻線），監視器等。畫出拓撲結構圖，查找衛星參數。
決策： 確定解決辦法（方案）。學習者向其他學習者和教師介紹工作計劃和信息搜集成果，以保證工作流程沒有缺陷。每個小組選代表把各自的方案作介紹，其他小組成員作補充，與老師一起確定接收方案。
實施： 學習者使用學到的知識解決問題，完成工作任務，促進他們的職業工作能力。老師邊做邊演示F頭的做法，每人練習做F頭，老師講解如何調試設備接收信號。然后每個小組按照確定的接收方案不帶電設備連接，然后通電，設備調試。調試的過程老師仔細觀察每個步驟。
檢查： 學習者自己對應實際值進行檢查比較并考慮結果，有助于工作的控制和修正。本項目比較特殊，只要方法得當，就能夠正確接收信號。如果在規定時間內沒能完成任務，老師參與指導。
評價： 學習者通過自己評價、分析結果和老師互評，兩者的標準是一樣的。使得學生找到錯誤與不足，從錯誤與不足中學習提高。如果老師評價和學生評價出現大的偏差，老師與學生進行商討，最終找到問題所在，達到培養學生三種能力的目的。每個小組進行自評打分，老師也進行評價打分，并進行點評總結，指出不當的操作，以及注意的問題等。強調學生的標準意識、安全意識。
行動導向教學活動的核心是培養學生的社會能力、方法能力、具備的專業理論和實踐能力（專業能力）。通過學生在“做”中“學”，教師在“做”中“教”，使專業理論知識和實踐技能在解決復雜任務的過程中完成。并在做的過程中發現個體的差異，進行因材施教。在這個完整的工作行動過程中，會不斷出現新問題，而解決問題的辦法就是學習新的理論知識和技能，最終實現“理實合一”的教學效果。
四、結束語
高職教育的宗旨在于能力的培養，教師為主導，學生為主體。教師變知識的傳授者為學習過程的引導者，學生變被動的知識接受者為主動的綜合能力培養者。構建與實施“教、學、做一體化”教學，需要充分理解一體化教學與一體化課程的內涵，并在一體化師資隊伍、一體化課程標準、一體化教材、一體化課程體系、一體化實訓保障等“教、學、做一體化”教學方法等關鍵要素做好準備。在教學過程設計中，要明確設計學生“做什么”、“怎樣做”，教師“教什么”、“怎樣教”；本著借鑒原則，根據不同專業、不同課程、不同教學項目等，靈活設計教學過程，才能真正實現“教、學、做”一體化以及“理實”一體化的最終效果。
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作者簡介：
