计算机视觉基础课程范文

导语：如何才能写好一篇计算机视觉基础课程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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>> Logisim在计算机专业硬件基础课程综合性实验中的应用探索 巧用大学计算机实验教学中的综合性实验 计算机类综合性与设计性实验的设计与思考 综合性大学非计算机专业《计算机基础》课程改革 基于问卷调查法的计算机仿真技术课程综合性实验效果分析评价 计算机网络综合性创新实验项目探析 综合性大学计算机基础课程改革与设计 面向计算机专业的递进式综合实验教学方案 计算机互联网应用的综合性分析 论综合性大学计算机科学与技术师范专业的建设 地方综合性大学计算机中心管理的研究与实践 计算机硬件课程与实验平台建设 浅议高校计算机视觉课程教学的创新 谈计算机视觉课程的教学创新 面向就业的中职计算机课程研究 面向对象的计算机导论课程教学 计算机基础类课程网络实验平台构建的研究 计算机组成原理实验课程网络在线试验平台建设模式的思考 基于VMware的计算机网络课程虚拟实验平台搭建 面向卓越工程师的计算机网络实验课程教学改革 常见问题解答 当前所在位置：l.

[3] Computer vision[EB/OL]. [2016-12-26]. https：//courses.cs.washington.edu/courses/cse576/16sp/.

[4] Zhang puter vision[EB/OL]. [2016-12-26]. http：///linzhang/CV/CV.htm.

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关键词:MCLA;计算机教学;教学研究;教学改革

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

高校计算机教育的过程中,难点知识的教和学是困扰着教师和学生的重要问题,对于难点知识教学方法的研究,引起了广大高校计算机教师的重视,其研究成果已经在高校计算机教育中起到了越来越重要的作用。难点知识一般分布在学生的专业基础课和专业选修课中,这些知识点往往理论性较强,需要较好的数学基础才能一次性掌握,这些知识点往往是某一门课程或某个研究方向的核心或者基础,如果不能很好地掌握,又影响到后续知识的学习和研究的开展。类似的知识点如:“数据结构”中的“最短路径”和“KMP算法”、“计算机视觉”中的“各向异性扩散的偏微分方程(PDEs)”、“编译原理”中的“有限自动机”、“面向对象程序设计”中的“多态性”、“计算机网络”中的“七层协议的实现”等。

提升难点知识的教学效果显得非常重要,但是传统的教学方法中,由于各种因素的影响,往往采用从理论到实践的教学过程。首先讲解知识的数学背景,然后阐述其理论框架,接下来讲解该框架中的相关公理或者定理,推出一系列公式,最后加以应用。在这种背景下,由于学生知识储备的差异性,以及学生听课状态的波动性,这种教学方法往往造成部分学生在学习的过程中,无法理解他们看起来很高深理论,从而失去学习兴趣,放弃后续学习,靠做题应付考试,最终即使得到高分,对知识点知其然不知

其所以然,更不要说进行创新。实践证明,该方法确实导致部分学生无法清楚地掌握知识的实质,造成了教学过程中的无用功和教学资源的浪费。

为了克服以上方法的不足之处,我们借鉴了国外著名教育机构的教学方法,将其引入到我们的教学过程中去。MCLA(Model Centered Learning Architecture)教学法来源于印度国家信息技术学院(印度NIIT),该教学方法的基础是:以“模型”为中心,通过完成“模型”来讲解理论,在该学院的教学中起到了巨大的作用。本文针对计算机难点知识教学过程中遇到的问题,结合相关经验,将MCLA教学方法应用到教学过程中去,以“图像处理中的各向异性扩散的偏微分方程”的讲解为案例,阐述MCLA方法在教学过程中的应用。实践证明,该教学方法能够加强学生对知识的理解,取得了较好的教学效果。文章最后还对该方法适用的

范围进行了讨论。

2传统教学方法的问题

难点知识在高校计算机教育中,不仅对于学生是学习难点,而且对于教师也是讲授难点。它难就难在理论性强,数学基础要求较高,教师即使能够熟练精通地掌握,由于学生数学知识储备的差异,学生就不一定能掌握;即使学生数学知识储备足够,由于听课状态波动,如果兴趣不高也会无法听懂,造成知识的遗落;教师将自己会的知识教给学生,学生却没学会,不能不说是教学资源的巨大浪费。

2.1教学案例描述

本文以“计算机视觉”中的“各向异性扩散的偏微分方程”为例,来阐述这个问题。

“计算机视觉”是高校计算机专业的一门专业选修课,对于即将攻读研究生并从事模式识别和图像处理的学生,是一门基础性课程。“各向异性扩散的偏微分方程”属于计算机视觉中的前沿技术,一般在书本的后半部分讲授。在此之前,学生已经学习了图像处理的基本知识,如基本的图像存储、变换、滤波以及常见的图像特征提取方法。

在计算即视觉中,“各向异性扩散的偏微分方程”最简单的情况是用于图像的平滑。在平滑图像的过程中,能够较好地保持边缘。该框架下,图像的平滑被假定类似于化学物质的扩散过程,图像的灰度(化学物质)将随着时间的变化而变化(扩散)。在某一个时间点,变化后的图像(扩散的结果)就是试图得到的平滑后的图像。描述如下:

设 表示一幅二维灰度图像, 为像素点 处的灰度值。 表示图像随着时间 变化的状态,具有边界停止功能的方程中,图像随着时间变化的状态或者图像的平滑过程被如下的扩散方程描述:式中, 为散度算子, ,是 的空间梯度。在这里, 必须是个减函数,当 较大,扩散必须很小,图像的边缘得到保持; 较小,扩散应该很大,图像将会得到平滑。对于 的设计对系统的正确工作起着决定性的作用,一般可令:

从以上数学模型可以看出, ,为非增函数,当点 位于图像灰度变化不大的区域,即 的值相对较小的时候, 的值相对较强;反之,在图像的边缘点上, 的值相对较大,则扩散速度相对较小。 为梯度门限,是一个正数。 的值小于 时,扩散过程进行,当 接近 时,扩散过程停止。

实际处理过程中,输入的图像为二维图像,必须能够对图像的处理过程进行离散化。一般采用如下形式:

其中, 是离散采样图像上的像素点 在 时刻的灰度值, 是时间离散步长,常量 ,决定了扩散的速度。 的下标 表示 的计算与像素 和 相关。 表示像素 的空间邻域, 表示邻域像素点的个数(如在8邻域情况下,取 =8),将图像梯度沿着特定的方向近似为:

最后的实验中,我们可以采用一些需要平滑的图像,分别用传统的低通滤波的方法和PDEs方法进行平滑,来检测其平滑效果。

2.2传统讲授方法及其效果

传统方法在讲授的过程中,一般采用如下步骤:

(1) 首先讲解“各向异性扩散的偏微分方程”的作用:在平滑图像的过程中,能够较好地保持边缘,但也能对其它部分作平滑。

(2) 讲解“各向异性扩散的偏微分方程”的数学模型,特别强调扩散方程以及其中参数、算子的选择。

(3) 对该模型进行离散化。

(4) 最后举例说明“各向异性扩散的偏微分方程”在实际中的应用,并一定的实例让学生阅读,最后布置习题。

该方法在步骤(1)中,确实提到了“各向异性扩散的偏微分方程”的作用,激起学生的兴趣。但是可惜的是,这个兴趣只是在学生脑海里面逗留了片刻,就被后面大量的数学公式淹没了。除了少数比较认真的学生能够保持兴趣,将这些数学公式紧扣其作用,其它学生一旦遇到听不懂的内容,便放弃学习了。结果只能是教师一直在讲课,却只有部分学生能够理解教师的讲解。当然,最后的实例,大部分学生都会阅读,也能读懂,对于练习,也能模仿习题进行编程实现,最后应付考试。但对于该习题和前面讲解的数学公式之间有什么关系,学生是很难理解的。我们知道,理论的创新都是来源于知识点的抽象表达,如果那些原理没有理解清楚,即使学生升入研究生进行科学研究,也无法进行创新。

针对这种方法,我们在南京某大学设计了一个实验,随机抽取50名计算机应用技术专业的本科学生,选修了“计算机视觉”的课程,并且已经学习了“各向异性扩散的偏微分方程”的前续知识,我们用此方法进行讲解,得到的问卷如表1所示。

从上表可以看出,96%的学生对该知识点的作用还是了解的,也就是说从课程开始学生还是有兴趣的,但是自从对数学公式无法理解之后,直接影响了后面知识的理解,更不要说创新了。

3MCLA教学法的实践

MCLA(Model Centered Learning Architecture)是基于模型的学习方法,该方法在教师引导下的独立解决实际问题。其步骤如下:

(1) 教师根据知识点内容,结合实际应用情况,对学生进行知识点的概况介绍,提出一个典型案例,激起学生兴趣。

(2) 教师用所设计的案例,采用任务驱动的示范性教学。将知识点隐含到每一个任务中,使得学生更容易接受相关的知识内容。

(3) 当教师在用系统的方法完成各项任务,成功解决问题时,学生在一旁观察以通过观察思考形成一种行之有效的思维方式。

(4) 布置类似的案例,引导学生进行实践。

(5) 引导学生进行创新探索,并能针对所探索的结果进行演讲。

MCLA的独特之处在于,它不但要教会学生如何在实际问题中应用所学的知识和培养其专业技能,而且也要培养学生信息搜索和分析的能力、团队合作的能力以及对所学知识达到综合性理解和应用的能力。这有助于学生提高在技术探索和创新方面的技能,并使其成为一种习惯。

3.1教学过程

(1) 提出模型

在该过程中,教师首先不讲解“各向异性扩散的偏微分方程”的作用,而提出一个实际图像处理中遇到的一个问题:在出版、公安、医学、控制等应用系统中,往往需要使用计算机来实现字符的正确识别。字符识别的过程一般是针对字符图像输入,运用一系列的识别算法得到正确的结果。但是,由于各种因素的影响,输入图像的真实性可能会受到一些损害。比如,字符可能由于分辨率不足而失真,最典型的就是字符的断裂和缺口,如图1所示。

由此提出一个问题:怎样将缺口的部分连接起来?引起学生讨论,激发学生兴趣。

由于学生已经学习了前续知识,不少学生可能会提到可以将图像进行低通滤波,即:通过将图像变平滑、模糊,用以造成字符黑色边缘扩散,扩散之后看能否将缺口部分连起来。

于是,教师采用低通滤波方法,利用已有的程序,将该图像进行滤波,图2是截止频率为80时的高斯低通滤波器得到的结果。

学生可能对该方法的效果没有一个客观的认识,可以提醒学生:从上图可以看出,利用高斯低通滤波器可以较好地解决字符断裂和缺损的问题,断裂部分基本连接起来了,为后期的特征提取打下良好的基础,它实际上是一个图像平滑的过程。但是,从图2我们可以看出,输出的图像虽然在断裂处有了明显的改进,但其边缘却产生了过度的模糊,从而在某种程度上可能丢失一些特征信息。此外,一个更为严重的后果是,针对某些线条比较密的字符,对图像的平滑可能会造成线条的互相干涉,如 e字母,上半部分已经进行了过度的模糊,给后期的工作带来一些障碍。因此,寻找一种既可以对字符的断裂进行复原,又可以保证不会将字符图像边缘进行过度平滑的方法就非常重要。由此引出“各向异性扩散的偏微分方程”,并提出它的作用:在垂直于字符边缘的方向不进行平滑,在沿着字符边缘的方向进行平滑。

(2) 建立任务

任务:将图1的断裂字符,断裂部分尽量连接起来,但又不要过度模糊。

任务的核心:在将字符进行平滑的时候,在垂直于字符边缘的方向少进行平滑,在沿着字符边缘的方向进行平滑。

任务难点:

① 怎样知道一个像素点是否在字符边缘?

② 怎样确定垂直于字符的边缘的方向和沿着字符边缘的方向?

③ 怎样进行平滑?

这些问题都可以让学生在课堂上讨论。

(3) 讲解知识

针对第一个问题,怎样知道一个像素点是否在字符边缘?可以引导学生提出“图像灰度变化率”的概念。在边缘处,垂直于边缘的方向,图像灰度变化率是最大的,再次引导学生将其用数学模型表示:即梯度;而平行于边缘的方向,字体内部,图像的背景,灰度变化率最小。

于是,问题变成:在梯度较大的位置,图像不要进行平滑,梯度较小的位置,图像进行平滑。第二个问题得到解决。

通过和学生的互动讨论,由此引出如下公式(具体表达式的含义已在上节叙述,此处不再重复):

并可以强调, 应该是一个关于梯度的减函数,因为当 较大,扩散必须很小,图像的边缘得到保持; 较小,扩散应该很大,图像将会得到平滑。并可以说明,这就是偏微分方程里面最简单的“各向异性扩散的偏微分方程”,也就是本节课要讲解的内容。到此为止学生的兴趣就完全被调用起来了。更重要的是学会了将实践问题抽象为数学理论的方法。

接下来讲解 的选取,选取各种关于梯度 的减函数让学生评价,最后引出比较经典的选取方式:

说明理由,并对 的意义稍作说明。

这些内容讲解完毕,就可以进行离散化,解决第三个问题,在这里可以让学生进行讨论离散化过程,得出如上节的离散化公式。

最后教师可以用该方法做一个实验,图3即为实验效果,可让学生和图2的作比较。

(4) 学生实践

通过上一步的讲解,学生基本了解了“各向异性扩散的偏微分方程”进行图像处理的方法和性质,并通过案例建立了感性认识,该步骤中可以布置一个类似的案例让学生回去练习。并让学生设计不同的函数 进行测试,观察其效果。

(5) 创新搜索与演讲

在布置作业的过程中,可以另外让学生搜索一下当前偏微分方程在图像处理方面的其它的一些应用,最好能够

提出创新观点,将学生分为每5人1组,各选择不同的方面,如图像平滑、图像分割、图像去噪等等。在接下来的课程中,进行演讲,让学生加深认识,培养其创新能力。

3.2教学效果

针对这种方法,我们也设计了一个实验,另外随机抽取50名计算机应用技术专业的本科学生,选修了“计算机视觉”的课程,并且已经学习了“各向异性扩散的偏微分方程”的前续知识,我们用MCLA方法进行讲解,得到的问卷如表所示:

表2MCLA教学方法效果

说明 完全理解(%) 一般理解(%) 无法理解(%)

从上表可以看出,在MCLA方法应用于教学实践之后,学生对该知识点的掌握程度大大加强,并且具有的创新意念更加活跃。

4结束语

该文介绍了MCLA(Model Centered Learning Architecture)教学法在高校计算机难点知识教学中的应用,针对计算机难点知识教学过程中遇到的问题,结合相关经验,将MCLA教学方法应用到教学过程中去,以“各向异性扩散的偏微分方程(PDEs)的图像处理”的讲解为案例,阐述MCLA方法在教学过程中的应用。实践证明,该教学方法能够加强学生对知识的理解,取得了较好的教学效果。

该方法对教师提出了更高的要求。首先,教师应该对知识点特别熟悉,并能和相关应用案例联系起来;另外,并不是每一个知识点都能够寻找到相应的案例,不过可以指出的是,在计算机专业的课程中,大多数知识点都是有案例可循的。

参考文献:

[1] 覃华,苏一丹. 印度NIIT教学法及其在高校教学中应用的研究[J]. 广西大学学报, 2004(9):73-78.

[2] 俞仲文. 关于发展高等技术教育的若干思考[J]. 高等工程教育研究, 2005(2):18-22.

[3]Perona P,Malik J.Scale space and Edge Detection Using An isotropic Diffusion[J].IEEE Trans on PAMI, 1990;12(7); 1629-1639.

[4] 郭克华,刘传才,杨静宇. 有损字符图像复原的偏微分方程方法[J]. 计算机工程与应用, 2007, 43(8):24-27.

[5]Milan Sonka,Vaclav Hlavac,Roger Boyle. Image Processing,Analysis,and Machine Vision[M]. 2nd ed.Beijing:Posts&Telecom Press,2003:69-72.

The Design and Implement of the Basis of Applications of MCLA in Difficult Computer Knowledge Teaching

GUO Ke-hua ,LI Min

(School of Information Science & Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

篇3

关键词：图像处理技术；深度学习；教学探讨

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）09-0115-02

引言

图像处理是电子信息、计算机类专业的重要课程[1]，是一门涉及多领域的交叉学科，是模式识别、计算机视觉、数字视频、视频通讯、多媒体技术等学科的基础。在图像处理技术课程的教学中，不但要让学生掌握其基本概念和原理，还要让学生尽可能理解和掌握图像处理在当前时代应用的最新发展。图像处理所讲授的理论和实验过程较复杂[2，3]，如何让学生能灵活应用这些知识，是课程学习的难点。

在高度信息化的知识经济时代背景下，深度学习已经引起高校教师的普遍重视[4]，深度学习特别是“如何促进深度学习”也成了当前学习研究的重要内容。本文结合电子信息学科的特点和多年的教学经验，引入深度学习框架，对图像处理技术课程的教学模式与实践模式进行了探讨。

一、图像处理课程特点

图像处理有相关课程、基础课程较多，实践性强，发展快、应用领域不断扩展，新方法内容抽象，要求数学基础高等特点。随着安防系统中图像处理技术的广泛应用，智能手机中的拍照功能越来越强，以及指纹识别、人脸检测等功能在智能手机中的引入，图像处理技术在生活中已经无处不在了。图像处理技术涉及的相关课程有模式识别、数字视频、计算机视觉、多媒体技术等。基于随机场MFS的方法、基于图论的方法、基于偏微分方程的方法在图像增强、分割等各个方面的应用，这些方法要求数学基础高，给教学带来了难度。

理论和实践的结合是本课程的关键，注重基础理论和技术的教学，以及加强学生实践能力和课题研究能力的培养是本课程的主要教学目的。由于涉及课程较多，只有在相关的模式识别、数字视频等课程学习完后，才能进一步的开展实践。这些工作需要在课程设计、毕业设计等实践环节中才能开展。

二、走向深度学习

深度学习是指在理解学习的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实，将其融入原有的认知结构中，并将已有的知识迁移到新的问题中，做出决策并解决问题的学习。它是一种主动的、探究式的、理解性的学习方式，将其引入图像处理课程的教学实践中，可以让学生进行理解性的学习，深层次的加工各门相关课程的信息，进行主动的知识建构和知识转化，灵活应用知识来解决实际问题。反思是贯穿于整个学习活动过程的一个重要环节，其主要目标是通过对学习过程及结果的调控来促进问题解决，是促进深度学习的重要策略之一。针对课程构造了一个较为复杂、完整的深度学习框架，参考这个框架，本文构造一个简化的深度学习策略，主要过程为：a.基础知识学习；b.问题提出；c.反思、知识建构或转化；d.知识应用、解决问题。

“基础知识学习”是一般教学过程都具备的前期学习过程，为后面的深度学习提供基础；“问题提出”是结果应用实践，给出学生们感兴趣的问题，引起对学习的注意；“反思、知识建构或转化”是深度学习的关键环节，通过对知识的建构，促进对各个相关知识的综合理解、转化，完善基本技能；“知识应用、解决问题”体现深度学习的高阶特性，将知识、技能进行综合联接。

深度学习的一个重要特点是灵活的知识应用。图像处理是门实践性很强的课程，需要通过解决实际问题，促进学生对知识的深刻理解，把知识灵活运用，促进深度学习的开展。图像处理要求的知识面较广，新技术、新方法很多，受到学生基础知识限制，不能在短短的课堂上讲述所有的方法。针对本科生的教学过程，不仅在课堂教学中引入深度学习，在相关的课程、实践环节中都体现图像处理技术的具体应用，每个环节中根据实际情况，引入深度学习过程模式。让学生能真正学会自己动手解决问题，提高学习的兴趣和主动性。

三、课堂教学中的深度学习

在课堂教学过程中，可以根据“问题―反思―生成”模式来开展教学活动，即通过创设问题情境、制造认知冲突来引导学生进行反思探究、知识建构及问题解决。部分教学知识点的深度学习教学模式设计如下。

（一）图像增强教学中的应用

“问题―反思―生成”模式设计对应如下：

“噪声对图像的影响―产生原因―低通滤波器设计（平滑模版）”。

教学过程中，首先联系电路分析、数字信号处理等课程提出问题：

1.“图像噪声和电路噪声的相同点”。

2.“电路中用RC电路去除噪声，数字信号中如何模拟这一过程”等。

在反思环节中，引导学生明白，噪声在时域上的体现是快速变换的信号，在图像中是随着空间间隔快速变换的光的强度；RC电路的本质是利用电容的充、放电过程，减缓信号的变化，达到去除噪声的目标。

在生成环节中，引导学生结合数字信号处理中的FIR数字低通滤波器，采用简单的邻域加权平均，减弱信号的变化量，达到平滑噪声目的。不同加权系数，构成了不同的平滑模版。

（二）车牌识别教学中应用

车牌识别是图像处理中结合实践常见的一个应用例子，包含图像预处理、车牌检测、二值化、字符分割、字符识别等多个子过程，每个子过程都可以利用“问题―反思―生成”的深度学习模式来开展教学活动。

例如在字符识别子过程中，首先提到的问题是“计算机如何做识别”，这个问题比较有难度，在“反思”阶段只能引导学生通过比较两幅数字图像的每个像素值，也就是模版匹配的方法，到达识别的目的。这样在“生成”阶段可以利用相关法进行匹配，完成识别过程的任务。

四、将科研思想、深度学习方法运用到实践科研过程中

课堂学习，以老师讲授为主，没有体现学生的主动性。在相应的实验课上，以及后续的课程设计、毕业设计环节，引入深度学习，结合老师的一些科研课题，让学生主动思考，增强学生的主动性。在这阶段的实践中结合深度学习，以问题为中心，让学生通过查阅资料和及时的交流讨论自主的解决问题，这样培养了学生初步开始科研活动的能力。

（一）课程实验中，引入深度学习，合理设计实验方案

图像处理课程实验方案设计中，结合生活中的实际问题，实现photoshop、美图等软件中的部分相应算法，实验素材采用学生自己生活中的照片。让学生自己寻找想解决的问题，通过反思、分析，灵活运用相关知识，解决问题。这样达到提高学生学习兴趣、增强学习主动性的目的。

（二）课程设计过程中设计简单的应用题目

课程实验中，由于时间短，只能对课本上的部分算法进行实现，不能进行更多的综合反思。课程设计是一个持续数周的实践过程，在这过程中，设计些简单的应用题目，让学生有充足的时间反思，为后续的毕业设计做准备。

（三）本科毕业设计阶段，提炼综合题目

教师可以从科研课题和开发项目中，提炼出一些关键问题，并结合当前学生感兴趣或觉得有前途的工具平台，作为本科生毕业设计的题目。临近毕业了，学生们在找工作过程中已经接触了较多的社会，他们选择课程设计经常带着较强的倾向性，选择通常受到以后工作的需求、媒体上宣传等因素影响较重。近年来，随着智能手机的普及，社会上对Android环境下的编程工程师需求较多，学生们对这方面的知识需求也较迫切，而课程的设置却难以跟上这些需求。毕业设计中如果可以补充学生的知识需求，无疑可以大大提高学生们的兴趣。

将教师图像处理方面的科研与学生需求结合，提出“Android平台下的人脸检测”、“Android平台下的字符识别”、“二维码的检测与提取”、“Android平台下视频运动目标检测与跟踪”等题目，这些题目的成果可以运行在学生手机上，提高了学生的兴趣和成就感。

五、总结

针对数字图像处理课程的特点，结合多年的教学体会，在课堂教学、实践等环节引入深度学习，对一些教学过程进行了探讨。通过深度学习模式，激发学生的学习兴趣，培养学生的动手能力，促进学生对知识的深刻理解，灵活掌握知识运用，提高学生的学习兴趣，增强创新能力。教学改革是一项长期任务，如何更有效地改善教学效果，还需要在教学实践中不断的探索。

参考文献：

[1]张永梅，马礼，何丽.图像处理技术课程教学探讨与实践[J].计算机时代，2014，（10）：76-77.

[2]李金萍，陆玲，刘自强，徐玮.数字图像处理课程实验教学改革探索[J].科技视界，2012，（7）：23-24.

篇4

关键词：高校；计算机实验室；设备利用

中图分类号：G482 文献标识码：B 文章编号：1673-8454(2012)07-0056-03

随着计算机科学技术的迅猛发展，高校人才培养构的调整，以及社会对人才技能要求的不断提高，各高校对于教学实践环节越来越重视。对于计算机学院来说，90%以上的专业课程都是理论和实验相合，另有一半以上的课程需要有课程设计。在做实验的过程中，学生才能真正将课堂中所学的技能部分付诸于实践，并且能很好地掌握这些技能；课程设计是检验学生对一门课程的掌握程度，应用所学知识完成一个综合性的任务，在这个任务中不仅考查学生对知识的掌握情况，更重要的是考查学生的设计能力以及创新能力。因此，实验教学显得尤为重要，直接影响到课程教学的整体质量。

作为一名实验室管理员，如何科学有效地管理实验室，实现实验室的存在价值，提高实验室的利用率和管理效率，是我们当前迫切需要解决的问题。针对我校计算机综合实验中心所面临的现状和问题，提出几点建议和措施。

一、我校计算机实验室管理现状

我校计算机综合实验中心成立于1996年，其前身为复校以来的计算机机房、计算机中心和数字逻辑及计算机组成原理实验室。计算机综合实验中心实行院、系、室三级管理为主的管理体制，实验中心归属于计算机科学与工程学院，主要承担计算机学院实验室的建设、管理和维护工作。计算机学院现有12个实验室，其中有两个计算机教学机房，主要承担全校各专业C语言、数据库、数据构等课程的上机实验和课程设计，其余10个均为专业实验室，包括：大学计算机基础教改实验室、网络对抗与信息安全实验室、探测制导与控制综合实验室、软件工程实验室、计算机组成原理与数字逻辑实验室、微机原理与接口实验室、PLC实验室、嵌入式综合实验室、计算机视觉与图像处理实验室、网络工程训练中心、计算机拆装实验室，共有计算机约458台，用房面积为1220平方米。

在各级领导和实验室工作人员的共同努力下，经过学校多次投资建设，实验室的实验条件和仪器设备得到很大的补充和改善，实验室管理模式基本适合当前实验教学的需要。

1.人员构成

我校计算机综合实验中心共有6名工作人员，其中高级工程师1人、工程师2人、讲师1人、助理工程师1人、临时聘用1人；6人中在编人员4人、人事1人、外聘1人。从目前的情况来看，实验室管理人员数量不足，技术水平整体偏低，不能满足当前的工作需要。因此需要补充专业技术人才，并且对现有人员通过培训、进修等方式，提高其技术水平。

2.实验设备及其使用情况

现有的12个实验室中，大学计算机基础教改实验室、网络工程训练中心、探测制导实验室、网络对抗与信息安全实验室和一个教学机房是2009年和2010年实验室建设时期新建的实验室。实验设施全面，实验设备先进，满足了新开设专业实践教学的要求；其余几个实验室，是在前期根据教学需求相继建设而成，实验设备相对有些落后。在应用方面，由于两个教学机房承担全校公共课以及计算机学院专业基础课程的实验和课程设计，因此利用率相对较高，而几个新建的专业实验室对应的课程比较少，目前利用率不高。

3.管理模式

学院成立初期，实验室工作人员承担所有的实验教学，但是这种实验和教学分离的情况存在一定的缺陷，既不利于学生的学，也不利于教师的教，因此，目前实验室工作人员只承担管理和维护工作，同一门课的理论教学和实验由同一个任课教师完成。

计算机综合实验中心作为计算机学院一个独立的职能部门，专门从事实验室的建设、管理和维护工作。但是，由于实验室人员逐步缩减，实验任务繁重，2010年学院决定，将所有的专业实验室划分到对应的系，实验中心管理两个教学机房，并承担所有实验室的建设和维护工作。实行管理归系，建设和维护归实验中心的两级模式。这种两级管理模式，一方面能够减轻实验中心的工作负担，另一方面各个教研室能够灵活应用实验室进行教学和研究。

二、建议措施

计算机实验室是学生掌握计算机应用能力以及计算机专业技能的重要场所，也是承担实验教学的基地，为理论课知识的理解提供一种重要的辅助手段。应用的好坏直接影响了课程的整体教学效果。

1.提高实验室管理人员的技术水平

（1）鼓励实验室管理人员根据需要参与校外组织的技术培训，学习新技术的同时还可以跟其他院校的同行们进行技术交流和知识共享。

（2）定期开展校本培训，根据实验室当前的管理现状以及技术需求，对管理人员进行有针对性的专题培训，解决当前实验室管理与维护中遇到的各种疑难问题。

（3）实验室管理人员要经常跟代课教师进行沟通，及时了解教师的需求，听取教师的建议，技术方面的疑难问题还可以跟教师进行探讨，互相学习。

2.提高实验室的利用率和效率

（1）建设开放实验室

建设开放实验室，让学生主动探索式学习，这是培养学生创新能力和动手能力的重要举措，也是高校实验室改革和发展的必然趋势。开放实验室的根本目的就是在完成正常实验教学的前提下，最大限度地为广大师生提供服务，使实验室成为培养开拓型、创新型人才的重要基地。在开放实验过程中，学生通过自主设计实验方案，充分发挥自己的才智，最大限度地激发学生参与实践的积极性，促进学生创新能力的培养。

实验中心跟各个教研室协商，制定一份详细的开放实验计划，确定所开设的开放实验内容、指导教师以及具体的开放时间和地点。每学期初，由学生根据个人兴趣提出申请，经实验中心审核之后，学生方可进行实验，实验束时学生需要提交由实验中心制定的实验报告，指导教师对学生的报告要给予评价。

（2）开展校企联合办学

一方面，实验中心通过承接校外各种计算机相关的培训，在促进校企合作交流的同时，方便我校学生参与培训，更重要的是还能提高实验室的利用率和效率。

另一方面，通过与企业合作，借助其先进的技术和理念，大大提升了我院的实验室建设水平；使教师和学生能充分接触到最先进的技术和设备，将理论与实践有效合。企业员工为学生做报告或者培训，使学生能够尽早地了解企业对人才的需求，为以后进入工作岗位打下坚实的基础。

（3）有效利用淘汰设备

由于计算机技术的迅猛发展，设备的淘汰率不断提高。为了有效利用旧设备，避免电子垃圾的产生，我们应用过时的、淘汰的设备，组建了新的实验室和新的实验平台，例如：计算机拆装实验室和组网认知实验室。这样做既节约了经费、提高了设备利用率，又满足了教学需要，同时还提高了青年教师的实践动手能力。

3.强化实验室管理制度

建立完善的规章制度是管理好计算机实验室的基础和前提，对保证正常的实验教学秩序具有极其重要的意义。由于我们实验室承担了全校学生的计算机基础课程、专业课等实验教学，任务繁重，管理难度比较大。为了充分有效地利用实验室，需要进行规范化的管理，这种规范化的管理必须建立在一系列规章制度基础之上，针对学生、实验室管理人员、计算机教师、实验室负责人员制定相应的规章制度，如实验室教师职责、学生实验守则、仪器设备管理制度、实验仪器借用制度、实验室安全制度等。有了这些规章制度，才能够规范不同人员的行为，从而保证实验教学的顺利进行。

4.改进实验条件

科技是第一生产力。随着技术的更新换代，人才培养模式的改变，现有的设备不能满足当前教学的需要，有些设备过于陈旧，需要更新换代；对于计算机学院近几年陆续开设的新专业，如：探测与制导，信息安全等，需要组建新的专业实验室，从硬件建设上满足实验教学的要求，将我校的计算机实验室建成既能够满足基本实验教学的实验室，又要能够体现一定的先进性，特别是在重点实验室的建设上要上水平，能够跟踪计算机实验的最新技术。要从实验室数量上满足学校发展需要，从内容上满足计算机技术迅速发展的需要。

（1）建立面向计算机学院不同方向的专业实训基地，以提升学生专业素养为契机，通过设立开放实验室，让学生在正常实验以外的时间能够接触到专业设备，以便更深层次地理解和掌握专业知识和技能。例如，网络工程实训中心，突出网络技术的多层次技能和工程实践训练基地，着重营造与生产实践相一致的工程环境，培养学生动手能力、专业技能和解决工程实际问题的能力。与此同时，学生还可以在现有专业知识基础上进行综合设计与创新，对多门课程内容进行整合，从不同的视角去发现和研究，发散学生的思维。

（2）建立面向全校的多层次、开放性、综合性的计算机基础实践教学基地。该实践教学基地主要以全国计算机等级考试为出发点，满足全校学生的上机操作需要，通过安装真实的考试环境，让学生在考试环境下操作；提供大量的模拟试题，让学生能够多加练习，不断提高技能水平。除此之外，还可以解决一部分学生对于计算机操作不熟练的问题。

（3）面向全校，以电子设计、挑战杯、机器人、创业杯等竞赛为龙头，以科研成果转化及产品研发为基础，提供专业的实验平台，让学生充分发挥自己的聪明才智，建立研发基地，培养学生的创新能力以及敢于挑战的精神，促进科研成果的产品转化，使之成为学校科技产品研发的孵化器。

三、束语

计算机实验室管理是一门繁重而重要的工作，需要借助专业的知识技能才能将实验室管理工作做得更好。计算机技术日新月异，硬件与软件的更新速度也越来越快，新的问题不断出现，作为实验室管理员，只有在管理过程中发现问题、解决问题，并且不断地总经验，才能实现科学、高效、规范化管理。

参考文献:

[1]雷涛,王芳.提高计算机实验室管理效能的技术方法浅谈[J].信息与电脑，2010（9）.

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[3]袁晓亚,杨.高校计算机实验室管理策略[J].太原城市职业技术学院学报,2009(2).

[4]铁坤,杨影.关于改革高校计算机实验室管理的思考[J].陕西教育学院学报,2009（3）.

[5]农正,贺忠华.计算机开放实验室建设探析[J].广西民族大学学报,2009（4）.

[6]张娜,刘妍.计算机实验室的系统维护[J].湖北广播电视大学学报,2009（5）.

篇5

关键词：卓越工程师；数字媒体技术；人才培养方案；模块化课程

1 改革思路

专业人才培养方案是对人才培养的目标与规格、内容与方法、条件与保障等培养过程和方式的描述和设计，是确定课程体系和课程标准、安排教学内容、组织教学活动的总体设计和计划，是实施人才培养工作的纲领性文件[1]。认真制定人才培养方案，对规范人才培养过程、提高人才培养质量、实现人才培养目标起着举足轻重的作用。面向卓越工程师的培养计划，其培养的核心是卓越的工程设计能力、工程实践能力和工程创新能力，不同行业的卓越工程师有不同的教育规律和培养特点。结合我校办学的条件以及卓越工程师的培养理念和要求，我们明确了本次修订培养计划的思路：①明确应用型工程人才培养目标；②以培养工程能力为目的，强化实践教学；③注重创新教育，培养学生的创新精神；④构建以能力为核心的模块化课程体系，彰显办学特色；⑤坚持统一性和多样性相结合，促进学生个性发展；⑥体现校企合作的办学理念 突出“工学结合”的人才培养模式。

2 具体做法

2.1 明确面向卓越工程师的专业培养目标

专业培养目标回答了“把教育对象培养成什么样的社会角色和具有什么知识、能力和素质结构”这个根本性问题，对整个专业活动起导向和规范作用，是人才培养方案中的灵魂。“卓越计划”中指出，本科阶段建议培养应用型工程师，主要是在现场从事产品的生产、营销、服务或工程项目的施工、\行、维护。应用型人才又可划分为工程型、技能型和技术型三种类型[2]，不同类型的人才在具备的知识能力、素质方面有共性但也有特性，不同类型应用型人才在专业发展层面侧重点不一样。

工程型人才要将科学原理及学科知识转化为设计方案或设计图纸，主要从事设计、规划和决策工作，强调工程管理能力。对数字媒体技术专业来说，主要是培养具备统筹、策划、管理能力的人才，如编导、制片、游戏策划、设计师、创意总监等。如果不具备市场调研能力、对系统工程的掌控能力、对作品的分析评价能力、出众的协调能力等，就很难胜任这些角色。对于这一层次类型的人才培养，需要有高质量的教师和研究队伍、高水平的研究课题与研究成果做保障。技能型人才是在生产一线或工作现场通过实际操作将工程型人才设计出来的方案、计划、图纸等转变成具体产品的人才，他们主要从事实际操作或具体运作，侧重于职业岗位的具体操作，强调动作技能和经验技能，如动画师、渲染师、模型师、特效制作等技能型人员。技术型人才是介于工程型人才和技能型人才之间的一种人才，具有较强的综合应用知识和技能解决现场实际问题的能力，侧重于生产、管理和服务等方面技术应用开发与现场管理，主要从事组织管理操作活动并处理操作过程中的技术问题，从人力资源结构的层次来看，这类人才居于决策层和操作层之间的执行管理层。如将游戏引擎开发、数字产品开发能力为主的人才定位于技术型，就需要建立产学研相结合的人才培养模式，注重实践性和行业性。

“卓越计划”要求高等工程教育克服单纯技能型人才的误区，因此面向卓越工程师的数字媒体技术专业人才的培养目标不能仅仅定位在技能型人才培养上，而要侧重于技术型人才培养，并不断向工程型人才提升。

2.2 完善人才培养规格与要求

“卓越计划”通用标准中指出，培养规格具体体现在知识、素质和能力3方面的培养要求。卓越工程师所具有的知识、能力和素质结构的特点是知识面广，专业理论基础扎实，专业技术能力强，有良好的思维能力和技术运用、推广和转换能力，能够分析、提出方案并解决工程实际问题，能够参与生产及运作系统的设计，并具有运行和维护能力，具有较强的创新意识以发明新技术、创造新产品。参照这一通用标准，修订专业培养方案时，遵循“以知识为基础、以能力为中心、以素质为目标”的原则，完善人才培养规格与要求。

2.3 重构与培养目标相一致的课程体系

专业培养目标和人才培养规格最终是通过完善的课程体系来实现的，课程体系是培养方案最核心的内容，也是专业特色的具体体现。学生所学的知识、能力和素质在很大程度上是由相应的课程体系决定的。由此可见，课程体系的构建是人才培养方案中的一项重要工作。在重构课程体系时，需注意以下4点。

1） 充分发挥自身优势，突出特色课程体系。

高校各专业人才培养的特色都是要以课程体系的特色来体现的，要办有特色的专业首先要有有特色的课程体系。通过对部分高校数字媒体技术专业培养方案的分析，我们发现许多高校的课程设置大同小异，并没有依托学校已有的学科基础、师资力量、软硬件条件，发挥自身的优势，凸显自己的特色。我校数字媒体技术专业设置在信息科学与工程学院下，教师队伍在数字图像处理、游戏程序设计、计算机视觉、虚拟现实与可视化等方面有着丰富的教学经验和研究成果，在此基础上整合其他学院的教师资源，引进优质专业师资。因此，在课程的设置上偏重于游戏编程方向，同时依托“山东省智慧矿山信息技术重点实验室”和“山东省高校数字矿山与软件技术重点实验室”，结合校企合作项目，开展虚拟现实与仿真方向的课程，体现出自身的优势和专业特色。

2） 精心选择课程，优化整合知识结构。

篇6

[关键词] 林业机械；创新人才；培养模式

[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2013）04-0089-03

0 引言

南京林业大学1958年成立“林业机械设计与制造”专业，并招收本科生，1960年成立林业机械系，1998年与其它机械类专业合并调整为机械设计制造及其自动化专业，至今该专业已经招生55届，毕业学生二万多人。该专业2004年被批准成为江苏省特色专业，2009年被批准成为国家级特色专业建设点，2012年成为江苏省“十二五”重点专业。其特色在于以林业生产机械、木制品生产加工机械为主线，以机、电、信息技术结合为支柱，培养机械设计、现代制造技术、检测与控制、机电一体化等方面的专业人才，为江苏和全国的林业机械企业、木制品加工企业和机电制造企业提供既有扎实的设计制造与自动化技术基础，又有丰富的专业机械知识的特色人才。

林业机械是机械工业中的重要组成部分之一，其研究对象和产品主要服务于林业生产和木竹制品加工生产等行业。国家近几年实行的退耕还林、天然林保护、林业产业基地建设工程等举措，对林业生产的机械化提出了更高的要求，林业机械、木制品加工技术及装备与国外还有相当大的差距。江苏省地处长三角的要地，其制造业（包括农林木业机械）具有良好的发展基础。每年对机械行业的人才，特别是林业、木工等特殊机械产业的人才需求量很大，林业机械特色专业人才的就业形势十分旺盛[1]。但由于人才培养和教育缺乏先进方法和模式，导致林业机械化人才供求矛盾日益突出，与先进农林机械数量的快速增长形成鲜明对比，培养一批具有扎实的基础理论知识和必要的专业知识，具备科学的思维方法、创新意识和创新实践能力的新型林业机械化人才已成当务之急，同时也对林业机械技术人才培养提出了更高的要求。

1 创新人才培养模式的构建

林业机械涉及的门类繁多，譬如营林机械、木材生产加工机械、园林机械、人造板机械、采伐机械、厂内运输装备等等，仅用4年时间（半年专业课程学习时间）使学生成为胜任工作的技术人才是不容易的。过去那种以追求理论完整性为目的的培养方式是不适应当前创新型人才培养特点的，更不符合林机行业第一线工作的要求[2]，必须在人才培养的全部过程中始终围绕林业机械特色，拓宽学生的知识领域，增强专业适应性。

1）拓宽基础：要求学生牢固掌握必要的力学、图学、机械原理、机械设计、机械制造基础、液压传动及电工电子等基础知识、基本理论、基本技能；

2）注重特色：根据专业结构有针对性地设置专业基础课，其教学内容要为主干课服务；

3）创新实践：林业机械专业的实践性很强，纸上谈兵不能培养扎实的技能，加强实践和应用性知识的比重，提高学生分析解决实际问题的能力，学以致用；

4）能力培养：还要注重人文科学管理知识的渗透，培养学生广泛的兴趣，使他们具有一定的社会交际能力，适应未来工作环境。

本文以南京林业大学的机械设计制造及其自动化专业为主体，以林业机械特色为核心，构建了“专业+特色”、“理论+实践”、“创新+能力”的多元化人才培养模式。重点培养“理论-创新-实践-信息”相结合的人才。通过调整原有教学、人才培养思路，把科学和技术结合起来，把理论和实践结合起来，在人才培养方案、课程教材、教学方式等影响专业特色人才培养的关键环节进行了综合改革与实践。

2 创新人才培养模式的实践

2.1 实施以“宽机械基础+重林业特色”为结构特征的多元化创新人才培养方案

在多元化人才培养模式过程中不仅强调了机械类设计专业的通识课程的掌握，更在专业特色课程和专业实践环节方面突出了林业机械特色。具体如下：在专业课程学时有限的情况下，将营林机械、采伐机械等合并入林业机械课程当中；将木材加工机械、人造板加工机械和厂内运输与气力输送合并为木工生产加工装备课程当中；以林业机械、木工生产加工装备、现代设计方法作为专业的必修课程，既突出专业特色，也强调了现代林业机械设计方法的重要性。将园林机械、泵与风机、林业机器人、机械创新设计纳入选修课程体系当中，同时增设了农林信息化技术与装备和生物机电装备的新课程，适应行业发展需要；围绕林业机械特点将专业介绍、金工实习、认识实习、特色专业创新设计、生产实习、专业课程设计、毕业设计等实践环节贯穿于整个大学四年学习当中，使学生循序渐进熟悉林业机械行业，融入林业机械设计研究领域。

2.2 实践了“教材+教学方法+实验室资源”的特色专业课程教学改革

随着林业机械创新人才培养目标及培养方案的确立，构建新的课程体系和改革教学内容是势在必行，也要落实到每门课程和每个教学环节。林业机械专业课内容应力求体现我国当前林业机械的生产实际，兼顾国外林机现状，不能滞后也不能过于超前，不能局限于认识，以免使学生毕业后有理论不能联系实际之感。林业机械系在构建的“公共基础—专业基础—专业—实践” 四模块的课程体系基础上，通过建立以林业机械为核心的优秀教学团队，在专业教材建设、教学方法研究、实验室资源利用等三个方面进行了大胆的实践。下面就林业机械专业课程的教学改革的探索谈些体会。

“营林机械”是机械设计制造及其自动化专业的主干课程之一，在南京林业大学已经开设50多年，该课程既包括基本理论计算、基本构造和工作原理，又包括正确设计、使用和调整。是一门理论与实践结合较强的专业课程。目前，该课程学时已由原来的120学时逐渐压缩到48学时。在减少课时、不减少基本内容的情况下，使学生掌握该门课程，营林机械进行了课程改革探索[3-6]。

1）营林机械课程突出了“内容新、信息量大、知识覆盖面宽、理论和应用并重” 的原则，更名为“林业机械”，删除了一些过时的或与林业机械化发展需求不太相适应的内容，并以林业作物的完整生长过程和相应的林业操作为主线，各个生长阶段对应的林业机械为支线，构建了林业机械课程教学平台，建设了林业机械教学资源库，增加了如精确林业技术与装备、林业信息化技术应用等先进技术的介绍；

2）课程教学采用多媒体课件教学为主、板书为辅的教学方式，运用信息化技术分析典型农业机械的工作原理，解剖典型机构的特点，分析其参数的设计过程，训练了学生对林业机械产品的性能设计和产品开发的各种创新思维方法；采用了启发、视频、第二课堂等灵活多样的教学方法，将理论讲授与实践环节有机结合，培养了学生的自我获取知识、独立分析问题和解决问题及语言表达等能力；

3）加大课程开放力度，充分利用现代林业机械实验室资源，如：林业机械陈列室、科学研究实验室、教学实验室和综合测试实验室等，修订试验大纲，增加了木材切削机械、病虫害防治机械、挖坑机等综合性、设计性课内试验内容；通过与省内外林业机械生产企业，如常州林机厂和苏州林机厂等长期开展科研合作和实践实习，教学联系实际，促进学生创新能力的培养和基本实践技能的训练。

2.3 以学科优势、科研创新为支撑，构建了专业特色创新型人才培养模式

林业机械系依托林业工程国家一级重点学科、机械工程一级学科、检测技术与自动化、农业机械化工程两个二级学科作为强有力支撑，充分利用学科科研优势带动专业发展。利用学科及实验室的优良平台为本科教学实践服务，使科研优势反哺专业建设。通过鼓励学生参与实践创新大赛、训练项目和教师科研项目，提高学生的创新意识和创新思维，促进林业机械技术人才创新能力的培养。

根据林业机械特色，课程设计、毕业设计环节中学生积极参与“挖坑机钻头的设计”、“高射程喷雾机设计”、“林木修剪机械设计”、“林果收获机械设计”等等内容，锻炼了学生独立思考和结构设计能力；2012年本专业学生承担了江苏省大学生实践创新训练项目“便携式生物农药喷洒技术的研究”，应用机械设计知识进行相关研究，验收成绩为优秀，提高了学生的专业能力和创新能力；学生实行导师制，积极参与教师科研项目“挖坑机的设计”、“森林病虫害防治装备设计”、“森林灭火装备的设计”、“油锯的设计”等等，对林业机械装备的设计及应用的认识更加直观，积累了设计经验；本专业学生完成的“基于计算机视觉技术的林木病虫害防治农药自动喷雾系统”课题，“小型脉冲式热烟雾机发动机研究”课题的作品在全国大学生“挑战杯”科技创新竞赛中均荣获三等奖。学生在参与大赛过程中受益匪浅，不仅了解了多种林业装备的设计过程，而且增强了创新意识和团队合作的创新能力。

3 结束语

总之，在国家级特色专业建设点项目的指导下，结合南京林业大学林业机械特色，在专业教学改革和课程体系设置方面都有了很大的突破，开展了林业机械相关课程及实践环节的教学改革探讨与实践，在林业机械创新人才培养方面取得了较好的效果。但是，也要清楚的认识到，在以林业机械为特色的创新人才的培养过程中，文化知识、技术基础知识、专业知识的传授手段和方法还需要进一步探索和实践，作为专业教师应该继续在林业机械特色人才培养过程中积极探索，不断创新，为国家培养出更多有专业特色的合格技术人才。

参考文献

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[2]李文彬，乔启宇.21世纪的林业机械工程发展的趋势特点及对本科人才培养要求[J].中国林业教育，1997，（9）：22-24.

[3]马淑英，李国日方，邓春岩，郑立新，陈立东.“农业机械学”教学改革初探[J].河北职业技术师范学院学报（社会科学版），2003，2（4）：78-81.

[4]黄亦其，周清，黎培辉，李岩舟，杨坚.农业机械学课程及其实践环节教学探讨[J].广西大学学报自然科学版，2008，（6）：331-332.