时间：2023-03-15 14:57:50
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇数字图像处理实验报告，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：数字图像处理 教学改革 教学实践
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-2117（2014）08-0012-02
1 前言
数字图像处理技术的应用非常广泛，已经渗透到计算机、通信、交通、物理、医学、化学、生物学、军事、经济等各个领域，与人们的生活密切相关。《数字图像处理》是信息技术领域中发展较快的一个热门领域，是模式识别、计算机视觉、多媒体技术、数据挖掘等学科的基础，也是一门涉及多领域的交叉学科。
该课程的理论性和实践性都很强，要求学生在掌握图像处理的基本概念、基础理论、典型算法的基础上，掌握一定的编程实践能力，能够利用计算机编程实现数字图像的各种处理，如图像变换、图像增强、图像恢复、图像重建、图像分割、图像编码和图像识别等，在学习图像专业知识的过程中增强学生的创新意识，培养学生独立获取知识和综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，提高学生的实际动手能力，为其今后深入地进行科学研究和独立工作奠定良好的基础。
2 创新教学理念
在《数字图像处理》课程的教学中，努力贯彻素质教育的先进理念，注重教与学的有机结合，坚持以学生为主体，教师为主导，最大限度地发挥学生的主观能动性，将培养学生的主动思维，鼓励学生的创新意识作为教学的重要目标之一。
对于教学内容的设计，以图像处理算法的理论作为授课的重点，以算法的产生、应用、改进为主线，突出知识的内在联系，揭示数字图像处理发展的内在规律（要求学生重点理解）。
掌握数字图像的基本概念和基本算法，关注图像应用的前沿动态，培养学生的创新思维能力，并根据课程需要，适当将数字图像处理领域中最新的技术手段，研究进展以及发展趋势纳入教学，并鼓励学生对新知识、新领域进行积极地探索。
在教学过程中，努力将复杂抽象的理论融入到形象直观的应用实例当中，将算法实现过程中的重难点问题分解细化为可展现的图像处理效果，在理论中渗透实践，在实践中穿插理论，注重理论联系实际，培养学生的工程实践能力，真正使学生乐学、易学并会学。
3 改革教学内容
数字图像处理技术在科学研究、工农业生产、军事技术和医疗卫生等许多领域中发挥着越来越重要的作用。图像技术的快速发展决定了《数字图像处理》课程的教学内容也需要不断更新，教材原则上选用专业内容全面新颖的教材，即图像专业基础知识相对稳定，并能够紧跟数字图像处理技术发展趋势。对于辅教材，可以根据图像课程的系统性和实用性，并考虑到扩充学生的视野，可以选一些国际上经典书籍如外文经典专著。目前我们以2012年清华大学出版社出版的，章毓晋编写的《图像工程（上册）――图像处理（第三版）》教材为主线，以美国Rafael C.Gonzalez 等编著的Digital Image Processing，阮秋琦编著的《数字图像处理学》等教材和中外科技期刊发表的最新图像技术为参考资料，并适当补充本领域中的一些新技术、新方法及新成果。
对图像处理教材内容进行整合，课内图像处理基础知识分为九大模块：图像与视觉基础、图像运算与变换、图像增强、图像恢复、图像重建、图像编码、图像分割、图像目标表达与描述、图像识别等内容。
在授课过程中，一般知识点进行自学，系统讲解重点难点内容，如直方图均衡等，而对于教材中未写进或无系统介绍的前沿性、创新性或跨学科的内容，则渗透到各个章节中。例如，将水果识别系统、车牌图像的自动识别、基于内容的图像检索等新技术渗透到图像增强、图像分割、图像目标表达与描述和图像识别等各个章节中，授课内容完成，那么自动识别系统模型建立，学生就完成了水果、车牌等图像的自动识别。通过这种方法强调基础，跟踪前沿，将基础理论与实践有机地结合起来，使学生不仅能够学到课程的基础知识，了解科学前沿的最新成果，加强学生的实践动手能力，而且与时俱进，增强了学生的好奇心，促进学生创新能力的培养。
4 改进教学方法
在数字图像处理教学中，综合运用课堂讲授法、研究法、讨论法和实验法等教学方法，发挥各种教学方法的优势，引导学生积极参与教学。
对于一般的重点难点内容，例如，图像增强中的直方图增强等模块，同时以课堂讲授和实验法为主，在讲解图像增强理论的同时进行图像直方图增强实验，在图像增强原理讲完之后直接出现直方图增强的前后对比图，可以激发学生的兴趣和动手能力。
对于图像边缘检测等一些难度相对较小的内容，首先以讲授法系统地讲解其中一种边缘检测算法，其他与之原理相似的算法则运用讨论法，以学生讨论、交流为主，教师引导、点评为辅进行。
对于课堂难度较大的内容如图像恢复与重建，则采取研究法为主，其他方法为辅。促使学生主动思维，成为真正的学习主体，教师根据学生反馈的信息及时把握学生思维过程，成为真正的主导。
另外，对于图像某一知识模块的引入，可以适当设置一些悬念或疑问，再引出讲授的主要内容，即将教学过程设计成一个“产生疑问―寻求解决方法―解决疑问―再产生疑问―再寻求解决方法一再解决疑问……”的过程。这样不仅有利于增强授课内容的逻辑性，还有利于启发学生的思维，激发学生的兴趣及创新能力。
5 丰富教学手段
鉴于数字图像理论知识比较丰富，实践性比较强，应用领域比较广的特点，以及现有教学设备、教学网络环境的改善，《数字图像处理》课程采用板书、多媒体课件、辅助教学软件以及教学网络平台等多元化的教学手段。充分活跃课堂气氛，提高教学效果，促进教学改革，提高学生的学习兴趣及实践动手能力，增强学生的信息素养，获得了良好的教学效果。
对于数字图像处理中典型算法的原理与推导等难度较大的内容，以板书为主，通过对公式的推理计算，体现出知识的逻辑性和严谨性。同时适当辅以多媒体课件对图像处理的结果进行演示，以加速学生对授课内容的理解，增强了学习的直观性、生动性和趣味性。
针对本课程的特点，开发了辅助教学软件，利用该软件在课堂教学中将图像处理算法的实际效果进行随堂演示，从而将枯燥的理论推导转化为立竿见影的实际操作。让学生充分感受到数字图像处理技术的巨大魅力，从而降低了理论知识学习的难度，增加了课堂的信息量、激发了学生的学习兴趣，实现了化静态为动态，化抽象为直观，化复杂为简洁，使课堂教学的效率大大提高。此外，又锻炼了学生的研究性学习能力，培养了学生的创造性思维。
根据课程教学标准，进一步改革教学实践，安排了实验教学，并将实验内容划分为验证性实验和设计型实验。验证型实验的设计，要求学生掌握数字图像处理、基本操作处理和简单的典型算法编程，从而实现对课堂上理论知识的学习巩固，增强了学生的编程能力和基本的项目开发能力。设计型实验需要学生对源代码进行分析研究、修改或补充，动手设计一些综合性或创新性的算法，分析实验结果，写出实验报告或论文。既培养了学生发现问题，分析问题和解决问题的能力，又提高了学生的动手能力和创新能力。
利用大学提供的教学网络平台，把图像处理课程的教学标准、授课教案、教学课件、习题、实验指导以及相关参考资料都上传到此教学网络平台。同时引导学生在网络上积极讨论关于图像处理方面的一些最新研究等话题，激发学生讨论及思考。另外，学生对于未消化的难点，也可以在网络平台上提出，教师及时通过教学平台进行回复，实现课后数字图像处理教学的互动，从而作为课堂学习的补充。教学网络平台实现了教学资源的共享，课后教学的互动，丰富了教学手段，为开展多种形式的教学奠定基础。
6 改革考核方法
课程考核对于加强学生对学习内容的掌握、实验技能的提高、创新能力的培养具有很大的促进作用。然而，传统的闭卷考试，主要考核学生对课堂教学内容的理解和掌握，容易使得学生将注意力放在背记考点及研究考试技巧上。《数字图像处理》课程是一门实践性很强的课程，仅采用这种评价方式将难以调动学生实践学习的积极性，达不到良好的效果。
在考核方法的改革上，对《数字图像处理》课程采用了综合性的考核方法。期末考试采用笔试开卷方式，主要强调学生对数字图像处理技术基础理论的宏观掌握。在考试题目设计上，重点强调学生知道如何去寻找解决问题的方案，考核学生发现问题，分析问题和解决问题的能力；同时增强实验成绩的比重，根据学生对实验内容的完成情况，以及创造性解决图像处理问题的能力，对实验成绩进行评分。另外，还将平时的听讲，回答问题，作业的情况列入平时成绩。因此《数字图像处理》课程最终的考核成绩包括三个部分：期末考试成绩（占50%），实验成绩（占30%）和平时成绩（占20%）。
通过课程考核方法的改革，不仅有效地检验了学生对《数字图像处理》课程的综合掌握程度，而且还能激发学生学习的积极主动性，提高了实践创新能力。
7 结语
随着信息技术不断发展和完善，数字图像处理技术也在不断发展，并且越来越多地应用于各个领域，相应地，数字图像处理课程的教学改革和实践也应与时俱进，结合国内外科研和教学成果，不断吸收新知识，丰富教学内容；根据教学内容灵活运用各种教学方法，使学生在掌握数字图像处理基本理论和方法的基础上，培养学生的实践动手能力，创新意识与综合设计能力，使学生的信息综合设计能力和科学研究能力有明显地提高。激发学生主动学习的兴趣，提高学生进行研究性学习的能力，同时进一步提高教学质量和教学水平，真正培养出具有开拓精神和创新意识的现代化新人。
参考文献：
[1]章毓晋.图像工程（上册）――图像处理（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2012.
[2]冈萨雷斯.数字图像处理（第三版）[M].北京：电子工业出版社，2010.
[3]Rafael C.Gonzalez. Digital Image Processing using Matlab[M].北京：电子工业出版社，2003.
关键词：金相实验；数字图像处理；金相组织分析；金相互动系统
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）15-0268-03
金相实验是高等工科院校机械类专业和近机械类专业学生必须掌握的一门基本实验技能[1，2]。通过实验，加强学生对课堂讲授工程材料的成分―组织―性能理论知识的理解掌握和灵活运用。同时，培养学生的基本实验技能、发现和分析解决实际问题的能力[3，4]。通过金相实验加深对所学有关理论知识的理解，并进一步验证理论知识点的正确性，从感性认识转变为理性认识，更重要的是使学生掌握如何改变材料的组织，进而使其满足机件性能要求的能力。
一、金相实验教学的现状分析
1.实验设备。金相实验室作为公共专业基础课程实验室在各大高校都有，主要是以观察金属材料的金相组织为目的，所以金相显微镜是必配装置，主要经历了三代产品如图1，第一代江南仪器的XPT-7型单目偏光显微镜，第二代上海炳宇4XB型单目倒置金相显微镜，第三代上海蔡康4XCE电脑型三目倒置金相显微镜，既可人工观察金相图像，又可以在计算机显示器上很方便地适时观察金相图像，并可随时捕捉记录金相图片，从而对金相图谱进行分析、评级等，还可以保存或打印出高像素金相照片。这样的设备为学生实验提供了高效、快捷的操作，也可以让学生真正地了解到实际工厂或者实验室用到的最新设备。
2.实验教学内容。一般传统的教学中都包含了金相试样制备技术和金相显微镜的使用，注重学生对材料组织的腐蚀、成像技术及各种仪器设备使用技术的掌握。观察的金属材料，大多数都是纯铁、20钢、45钢、60钢、T8钢、T12钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁[5]，需要去验证一下这些典型材料的金相组织。采用了新金相显微镜后，对于这些试样的观察非常简便，使得原本的2学时内容在1学时多点就可以完成，这种验证性实验对于激发学生的学习热情是远远不够的。另外，先进的观察设备还有很多其他功能没有充分发挥出来，这就需要结合新设备特性开展有目的的变革实验教学内容，激发学生的学习兴趣，全面掌握金相检验的基本知识，满足应用型人才的培养要求。
二、基于数字图像处理技术的金相实验教学改革与实践
正是由于金相组织观察的设备提升，一些比较专业的观测方法得以在实验教学中实施。例如，实时的金相组织图像交流、金相组织的鉴定等，都可以通过新的实验教学模式来实现。结合数字图像处理技术，对金相实验内容和方法进行挖掘，将验证性的实验变革成设计性、综合性，乃至研究性的实验，充分调动学生学习的主动性和积极性。
1.引入数字图像处理技术，提升教学手段。金相图片是分析金属材料微观组织结构的基本依据。随着数字图像处理技术的发展，金相图片的作用越来越大，可用于新型材料的组成成分及产品的质量检测、金相组织特性的定量分析等。当然对于定量分析的精度要求越高，也就意味着利用金相显微镜采集的图片质量要求越高。将数字图像处理技术引入实验中，可为金相图片的观察带来简便，让学生了解到最新的金相分析手段。
（1）金相组织的相对量确定。原始的测定方法需要对金相图片上的不同组织区域进行尺寸测量，再用数学方法将组织的面积求解出来。图像处理技术的引入可以通过图片上的像素进行组织的面积计算。组织的区域面积是由这一区域所包围的像素数量来决定的，只需要将采集到的金相图像的像素数转化为相对应的定量数据，也就是标定出每个像素所代表的实际尺寸，最终就能将组织的面积计算出来，这些都可由计算机来完成，如图2所示。这样比传统的测量方法更加精确，也更加的简便。
（2）金相图像的增强。在实际实验过程中，利用计算机和金相显微镜采集到的金相图像会受到各种干扰，导致图片质量下降，不利于观测。例如，在亚共析钢材料中珠光体和铁素体在经过长期服役以后，由于珠光体自身的不断球化与分解，导致珠光体和铁素体的边界模糊不清，为了能够准确分辨需要对图像进行增强处理，如图2中将原始图像处理后的图像识别更加清晰。基于数字图像处理技术，增强处理的手段有：灰度变换、调整亮度与对比度、锐化处理等。利用这些技术使得金相图像的质量大幅度提升，为后期的定量金相测量和金相分析奠定了基础。
2.扩展知识面，增强学生的实践能力。学生在传统的金相实验中，主要观察的是常规组织，这显然是不够的。为了拓宽学生的视野和紧密联系实际，可以从广度和深度两方面来加强学生的实践能力。广度是增加观察材料的种类，例如增加典型合金、不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等实际生活中学生熟悉的常用材料[2]。深度是指除了基本的金相组织观察与分析任务以外，还可以加入学生制备试样环节，利用金相互动[6，7]系统完成金相组织显微镜观察及图像拍照。通过互动对比，既多方面了解不同材料的组织形貌，加深记忆，又比较各自的操作水平，提高了学生积极向上的学习氛围，同时单一的验证性实也转变成了综合性实验。
3.考核方式多样化，提高学生的综合素质。金相实验是一门基础课程实验，做实验的学生多。利用第三代金相显微镜组成了一套金相互动系统，在互动系统中利用数字图像处理技术增加了实验的考核内容，提高了学生的综合素质。构建科学、合理的实验考核体系，可以全面掌握学生的学习情况和实验技能，还能充分调动学生的积极性。考核主要包括：书面形式的实验报告主要体现在实验预习阶段；在操作中，考核内容比较多，例如操作金相显微镜是否规范、试样组织的调节速度和质量、拍摄金相图像的质量、金相组织的定量分析准确性、互动交流中的提问等。借助于数字图像处理技术，学生可以在图片上标记组织的结构特征、辨识未知材料的金相组织或文字说明分析，在规定时间内提交给教师，教师对每个学生的操作过程评阅打分，如图3所示。通过这些多样化的考核形式激发了学生的学习兴趣，同时锻炼了其动手能力、分析问题和解决问题的能力。
三、结语
在金相互动系统的基础上，发挥数字图像处理技术的优势，大大提升了学生的实验积极性。在对教学方式、教学内容和考核方式等全面改革后，旧的金相实验学时不饱满问题得以解决，提升了课堂的师生互动性，学生的实践技能加强了，知识面得到了拓宽，实验教学效果较以往大为提高。
金相实验技术是机械类学生必须掌握的一门基本实验技能。随着技术的发展，将数字图像处理技术引入到实验教学内容、教学方法、教学手段中，完善了实验课教学，进一步提高了学生的实验技术能力，对于培养高素质的工程技术人才具有重要意义。
参考文献：
[1]马杰，王，黄宝旭，等.金相实验教学改革及实验技术能力提升探索[J].考试周刊，2015，（77）：11.
[2]葛利玲.“金相显微技术”课程改革与实践[J].实验技术与管理，2015，32（2）：197-200.
[3]王丽，周玲，尹丽丹，等.创新型实践教学在大学生能力培养中的作用[J].实验室研究与探索，2013，（3）：143-146.
[4]马杰，王，黄宝旭，等.金属材料工程专业金相实验技术能力提升与改革实践[J].新校园：上旬刊，2015，（12）：45.
[5]王志刚，井敏，孙德明，等.“金相检验技术”教学改革与实践探讨[J].实验室科学，2013，16（4）：41-42.
关键词：实验教学；优化实验课程内容；实验指导书
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）14-0260-02
遥感（Remote Sensing）应用技术是在地理学、生态学、环境科学、城市科学以及某些社会科学领域得到了广泛的应用，在经济建设和国防建设上发挥着越来越大的作用。遥感应用技术是一门实践性较强的课程，要求学生在掌握基础理论的基础上勤思考、多动手。本文利用ENVI软件为平台，对生态学专业遥感实验课程的实验教学内容、教学方法等进行了探讨。
一、基于ENVI软件的遥感软件教学
ENVI（The Environment for Visualizing Images）软件是美国ITT Visual Information Solutions公司的旗舰产品。ENVI软件是由遥感领域的科学家采用IDL开发的一套功能强大的、完整的遥感图像处理软件，它是快速、便捷、准确地从地理空间数字图像中提取信息的首屈一指的软件解决方案，它提供先进的、人性化的使用工具来方便用户读取、准备、探测、分析和共享数字图像中的信息。
本课程主要是使学生在掌握数字图像处理原理的基础上，学会相关数字图像处理软件的应用，从而进一步巩固在理论课学习中所掌握的知识。实验教学培养学生综合运用数字图像进行解决实际问题的能力，通过对ENVI软件的操作训练，使学生更好地理解和把握相关知识。本课程实验内容分为四个部分，分别是ENVI软件介绍、几何校正、图像增强、数字图像分类等。实验教学以教师的演示实验和介绍为起点，这一步只能使学生对实验方法有所了解，而使学生要掌握，必须要靠他们自己的实践。所以实验教学过程中，适当介绍实验内容、背景、原理和方法，主要采用1人1组，在规定的时间内，由学生根据实验指导书完成实验任务，教师在学生有疑问时，需要引导学生分析问题来完成实验。同时让学生加强熟悉ENVI软件，可自行阅读帮助文档进行其他工具的学习。实验课程考核方法避免了传统期末考试形式古板的弊端，采用上机操作和编写实验报告，成绩包括平时上机考核和实验报告成绩，综合评定学生成绩，每项实验实际操作占40%，实验报告占60%。
二、基于ENVI软件的实验教学内容体系建立
1.教学内容体系建立原则。根据教学与发展的理论提出首先以高难度进行教学原则，结合当前学生的智力情况，教学内容必须改革更新使学生在高难度水平上进行。本实验课程以前采用加拿大的图像处理PCI软件，主要考虑到2007年开始ESRI公司的全面合作，现采用了国际上流行的ENVI软件，为遥感和地理信息系统的一体化集成提供了一个典型的解决方案。遥感是空间数据采集和分类的有效工具，地理信息系统是管理和分析空间数据的有效工具。两者是空间信息的主要组成部分，有着天然的联系。为了适应这种新的用户需求和未来的技术发展趋势，更好地为用户提供服务，ESRI公司与美国ITT VIS公司建立了全球战略合作伙伴关系，共同开发和建设遥感与地理信息系统一体化平台。其二以高速度进行教学原则，教师不能讲得过多过细，认为不要过分强调“掌握”和技能，有些不需要练得达到纯熟程度，有些也不需要有意识地记忆，通过学生无意识记忆，主张以知识的广度达到知识的深度。特别熟悉遥感软件，学生一定阅读相关说明材料扩充学习知识，逐步、日积月累地达到知识深度。
2.教学内容体系构建。结合生态学专业的培养模式，许多内容如数据读取、数据预处理等须通过具体应用在本学科相关一些问题，才能够真正掌握和理解。本实验课程以呼和浩特为例，设计了教学内容体系。具体步骤有：第一，了解ENVI软件及其软件体系结构，学习ENVI软件文件系统和数字图像的读入与保存；其二，掌握使用ENVI进行几何校正，首先了解选取控制点的原则，然后进行选择控制点，利用ENVI软件提供的几何精校正功能进行图像校正；其三，几种图像增强方法，了解ENVI软件的彩色合成、直方图增强（反差处理）、空间滤波（平滑、锐化）、波段比值（介绍NDVI的运算）、主成分分析（PCA）、K{T变换（穗冒变换）等；最后，进行数字图像分类，主要学习ENVI软件的非监督分类和监督分类方法，掌握数字图像分类技术。这样教学使学生理解学习过程，具体说让学生留心怎样进行学习，怎样按一定的步骤去解决问题，使学生形成适合于自身特点的学习方法。
从多年的教学实践经验中，总结出的实验教学内容体系设计见下表：
三、课程实验教学的改革与探讨
1.优化遥感实验课程内容。实验课程内容是指国家依据基础教育培养目标和课程目标所规定的，学生通过实验课程学习有关的知识经验，它体现了学生实验素养发展的最基本、最重要载体。
传统的实验课程存在的问题主要有：首先，将培养遥感专门人才作为课程内容选择依据，不论实验内容、实验方案设计上学术化倾向都较为明显，因此不能过分侧重学科训练实验，而且未必有利于培养学生的创新意识；其次，过分孤立地强调实验操作技能，传统的教学内容一般在教学大纲中，单独列出教学中需要学生学习的遥感软件实验基本操作，但重视基本操作并不等于过分强调实验技能的熟练化，进行专门的、刻板的技能训练。这些做法既枯燥，效益又不高，是需要改变的。因此实验课程内容的选择应有利于学生实验素养的全面发展，也就是加强遥感实验基础知识和基本技能，同时提倡将知识的传授和技能的训练与具体的实验活动结合起来，尽量贴近生活、贴近社会。
2.根据遥感教学内容采用多种实验教学形式进行教学。在课堂改革的实践中我们将“遥感实验演示启发引导形式”、“学生上机为主，演示为辅，师生结合形式”、“实验操作解答问题形式”等有机地结合起来，使实验成为课堂教学结构的主干，保证教学活动中的学生主体、教师主导相互作用的充分发挥。同时教师要在教学中给学生创造发问机会，依据“精讲活练”的原则，对学生提问，要坚持有问必答，尽可能使答案符合学生理解的水平。这样可以激发学生学习兴趣，而且可以达到教与学在质的方面提高。
3.遥感实验编写单独实验指导书非常有必要。实验指导书内容是实验课程的具体化，是对实验课程理念和对实验课程内容的落实，伴随着独立形态的实验课程的产生，出现相应的遥感实验指导书非常有必要，将实验单独作为一门实验课程，编写单独实验指导书很重要。对实验指导书从内容结构到呈现方式进行分析，以准确把握“遥感实验”的学与教。但当前国内还没有见到普适性较高的遥感上机实验指导书，并且各个高校使用的实验教材多为自己设计、自己编写的。笔者针对遥感实验的内容中的问题，结合课程特点自己编写遥感实验讲义及指导书，设计了几项实验项目，以加深学生对遥感知识的理解及应用。
四、结束语
遥感应用技术是现代地理学的重要研究手段之一。它能迅速有效地提供地表自然过程和现象的宏观信息，有助于揭示其动态变化规律并预测其发展趋势。遥感技术课程是一门理论性和实践性都较强的课程。在学习掌握遥感理论知识的同时，必须强化实践教学，才能达到系统理解遥感理论知识，同时理解遥感实验在遥感中的重要性的目的。本课程采用ENVI软件，其目的是培养学生较强的动手能力，使其掌握不同的专业图像处理系统，有助于学生对专业知识的灵活运用，为今后从事相关工作打下良好的理论与实践基础。同时积极改革新思想，积极优化遥感实验课程内容，根据遥感教学内容采用多种实验教学形式进行教学，编写单独实验指导书等问题非常关键。
参考文献：
[1]梅安新，彭望绿，秦其明，等.遥感导论[M].北京：高等教育出版社，2001.
[2]郑常龙.化学实验课程与教学论[M].北京：高等教育出版社，2009.
[3]孔祥生，等.《遥感概论实验》课程教学改革与实践[J].测绘科学，2013，（1）.
[4]邓磊，等.《遥感原理与方法》实验教学改革探索与思考[J].地理空间信息，2013，（2）.
关键词：机器学习；教学方法；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）53-0158-02
“机器学习”是现代信息技术科技领域中一门非常重要的学科，涉及概率论、统计学、脑科学、认知学等多门学科，专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。“机器学习”是人工智能的核心，是使计算机具有智能的根本途径，具有重要的研究价值和广泛的应用价值。因此，要想成为高科技行业的高层次人才，就需要掌握与“机器学习”课程所相关的知识和技术。
一、课程安排和教学内容选择
“机器学习”课程是我院“智能科学与技术”专业的专业课程之一，与“人工智能”、“数学图像处理”、“机器视觉”构成了本科生培养的有机课程体系。按照我院“机器学习”教学大纲的要求，总学时数为32，其中理论教学24学时，实践教学8学时。我院选用的教材是由Tom Mitchell所著，曾华军、张银奎等译的“Machine Learning”，这是一本“机器学习”课程的经典教材，展示了机器学习中核心的算法和理论，并阐明了算法的运行过程。该书总共有十三章，有些内容如第七章的“计算学习理论”对于本科生来说理论性过强，不易理解；有些内容如第四章的“人工神经网络”和第九章的“遗传算法”与我们的另一门专业课“智能计算”在内容上有重叠。因此，要想在最短的时间内让本科生掌握最基本的“机器学习”的原理和方法，就需要对教学课程选择优化，激发起学生的学习兴趣，为进一步的深入学习打下坚实的基础。最终，我们选择了该书的第一、二、三、五、六、八、十三章作为教学的主要内容，同时结合教师自己的科研工作，时刻关注“机器学习”在国内、国际上的最新进展，在教学过程中以专题讲座的形式将“机器学习”的最新研究成果介绍给学生，达到使学生开阔眼界、增长见识的目的。
二、教学中存在的问题
笔者承担“机器学习”课程教学工作已有五年，在日常的教学活动中，发现该课程的教学问题主要体现在以下几个方面。
1.课程理论抽象，学生学习兴趣不高。“机器学习”理论性强，如按照传统的教学方法在课堂上讲解“机器学习”的各种理论和算法，必然涉及到大量的数学公式推导，这就要求学生要有较好的数学基础，从而使数学基础不好的学生学习起来比较困难，兴趣不高，教学效果不佳。
2.教学内容丰富，知识点分散。“机器学习”涉及的理论、算法很多，并且算法之间联系不大，教学内容易面面俱到，这就导致学生只掌握了分散的知识点，没有形成一条完整的知识链，不知道自己所学的算法有什么用、如何使用，从而失去了学习目标，影响了学生的学习热情。
3.实验课比例较小且难度较大。“机器学习”是一门实践性很强的学科，由于实验课时较少，仅提供8学时，使原本很重要的实践活动变成了搭配；同时，部分“机器学习”算法较复杂，编程实现难度较大，加上大部分学生本身的编程能力有限，很难在较短的时间内完成实验课的内容。最终导致学生对实验课的兴趣不高，消极应对，没有将学习到的理论知识应用到实践，学生的动手能力也没有得到充分锻炼。
针对以上问题，笔者在“机器学习”教学实践中注重理论教学与实践教学紧密相连，研究如何恰当组织教学内容，合理分配实验环节，激发学生的学习兴趣，加强学生实践动手能力的培养，达到知识传授和能力培养的有效结合。
三、教学方法改进
（一）理论教学
在一个完整的教学过程中，理论教学是尤为重要的一个环节，是学生获取知识的直接渠道。如何提高学生的学习积极性和激发学习兴趣；如何把枯燥无味的理论和算法讲解深入显出，易于理解，是理论教学问题中需要重要解决的问题。可以从以下几个方面入手。
1.上好绪论课，激发学生的学习兴趣。“兴趣是最好的老师”，兴趣是学生主动学习、积极思维、勇于探索的强大动力。因此在教学活动中，应该注重激发学生的学习兴趣，让学生自始至终主动参与学习，全身心地投入到学习活动中。因此，我们应该重视绪论课，通过查阅大量文献资料，将最新的“机器学习”的研究成果展现给学生，激发学生的学习兴趣。教材中列举了“机器学习”的一些成功应用，如学习识别人类的讲话、学习驾驶车辆、学习分类新的天文结构、学习以世界级的水平对弈西洋双陆棋等。但是，这些应用只有一些文字上的描述，很难给学生留下直观的印象，我们可以上网查找一些相关的视频资料，结合视频资料来讲解这些应用，这样会让学生更加直观的认识到“机器学习”的应用价值和远大的市场前景，从而对这门课程产生浓厚的兴趣。
2.结合实例讲解，注重理论联系实践。“机器学习”的很多算法理论性强、抽象、不易理解，单纯采用文字叙述和公式推导的教学手段，教学效果并不好。因此在理论教学中，可以结合实例讲解，注重理论联系实践。例如在讲解“贝叶斯学习”这章时，有一个朴素贝叶斯分类器的算法，实现该算法的难点在于估计给定目标值时各属性的概率。为了让学生更好的理解和掌握该算法，可以结合“识别手写阿拉伯数字”这一实例进行讲解。首先，将手写阿拉伯数字图像二值化，并分割成“4×4=16”个同等大小的子图像；然后，计算每一个子图像中黑色像素的个数，将该值作为数字图像的一个属性值；最后，从100张训练样本中统计出给定数字时各属性的概率。这样，学生通过实例，知道算法的应用场合和方法，学习兴趣和效率自然就会提高。
3.教师与学生互动，注重问答式教学。教师与学生互动是理论教学最基本的组织形式，是提高课堂效率、达成教学最优化的有效途径之一。因此，课堂教学模式应由传统传授“满堂灌”的方式转向“互动问答”的方式，通过提问引导学生去思考，激发学生的求知欲，充分调动学生的学习积极性和主观能动性。例如，在讲解“基于实例的学习”这一章时，首先给学生介绍了三种学习方法：k近邻算法、局部加权回归和基于案例的推理，这时可以问学生：这些方法有什么共同点？与前面学习的方法有什么不同？根据学生的回答，引导出积极学习和消极学习的概念，并指出这两种方法之间的重要差异。然后进一步问学生：归纳偏置方面积极和消极方法是否有实质性的差异？引导学生去思考引起这些差异的原因是什么，探求问题的本源。接着还可以问学生：这些差异会影响学习器的泛化精度吗？让学生去进一步思考这些差异会导致什么样的结果，从而对所学的算法有更加深入的了解和认识。
（二）实践教学
实践教学是理论教学的深化和补充，学生在实践环节将理论教学学到的理论算法应用于实践，有助于知识的理解和掌握，也有助于提高学生的动手能力。传统的实践教学内容大多为验证型实验，缺乏综合性实验，对学生综合应用能力和解决实际问题能力的培养不够。因此，教学过程中要加强实践教学，增加综合性实验，将理论教学与实践教学密切结合起来。可以从实验设计、实验要求和实验考核这三方面入手。
1.实验设计层次化。根据理论教学内容，结合学生的实际情况，按照由浅入深的原则安排了三个实验：候选消除算法、ID3决策树算法、和识别手写阿拉伯数字。前两个实验为验证型实验，要求学生实现相关算法，验证教材实例的正确性；后一个实验为综合性实验，要求学生综合运用数字图像处理、可视化编程技术、机器学习等课程知识，解决实际问题。实验的难度由易到难，层层深入，有利于学生动手能力的培养。
2.实验要求明确化。对于每一个实验，都有明确的要求，让学生明白实验要做什么，该输出怎样的实验结果。如在候选消除算法实验中，首先要求学生以读文件的方式读训练样例，并将样例显示在屏幕上；然后，实现极大特殊假设算法并将每一步的极大特殊边界输出到屏幕；最后，实现极大一般假设算法并将每一步的极大一般边界输出到屏幕。通过完成这个实验，学生对候选消除算法的过程有了一个清晰的认识，加深了对算法的理解。
3.实验考核常规化。为了保证实验的质量，加强对实验的管理，对每一次实验都要求学生签到，并完成相应的实验报告，交由教师批改。教师根据学生完成实验报告的情况，给出评分和评语，并计入学生的平时成绩中。学生的最终考试成绩为平时成绩与期末卷面成绩的加权和。通过常规化实验考核，学生会意识到实验环节的重要性，积极认真的对待实验。
四、结语
针对“机器学习”课程特点和我校的实际情况，我们积极开展教学改革研究，从理论教学和实践教学两方面进行了一些探索，并初步取得了令人满意的效果。“机器学习”是一门不断发展的交叉学科，要求“机器学习”课程的内容不断更新，教学方法也要不断改进。为了更好的讲授这门课，还需要在日后的教学实践中不断改进和完善。
参考文献：
[1]Tom M.Mitchell.Machine Learning[M].曾华军，等，译.北京：机械工业出版社，2003.
[2]袁鼎荣.浅谈《机器学习》的课程教学方法[J].广西经济管理干部学院学报，2010，（4）：99-101.
[3]胡雪蕾，孙明明，孙廷凯，陆建峰.研究生“机器学习”课程教学改革实践与探讨[J].煤炭高等教育，2012，（1）：118-121.
关键词 医学图像处理；双语教学；教材
中图分类号：G642.4 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2012）33-0099-02
双语教学是指除汉语外，用一门外语作为课堂主要用语进行学科的教学。作为一门国际化的语言，英语的重要性越来越被人了解。在高校中开展专业课的双语教学可以增强学生了解世界科技最新成果的能力，加快高等院校高层次教育与国际接轨的步伐。同时双语教学课堂可以为教师提供一个提高自身英语综合运用能力的训练机会，提高教师进行科学研究和国际学术交流的能力[1]。
医学图像处理是高校生物医学工程专业普遍开设的专业课程之一。近年来，河南科技大学医学技术与工程学院在开展多媒体教学的基础上，大胆尝试双语教学在本课程中的应用，根据教师的实际教学经验，结合大多数学生的反馈，总结在双语教学过程中发现的问题，并提出几项改进措施。
1 双语教学中存在的问题
1.1 从教师角度
学院生物医学工程专业的医学图像处理课程使用教材的是罗述谦等著的《医学图像处理与分析》，在应用双语教学之后，教材更换为Rafael C.Gonzalez教授所著的Digital Image Processing，该教材内容阐述清晰易懂，几乎覆盖了学生所必须掌握的全部基础知识。本书已被全世界500多所大学和研究所使用，是国际知名高校的经典教材。
对于担任本门课程的教师来说，需要反复理解中文和英文原版教材，在吃透教材内容的基础上，结合图像处理的最新技术制作多媒体课件，将原来准备好的中文课件转换为英文课件，并把原来已经讲熟练的课堂内容用英语讲授给学生。其中存在的问题有：1）教师之间对双语教学的认识有偏差，一部分教师认为双语教学应该完全用英语授课，而其他大多数教师认为既然是双语，那么可以用两种语言交叉授课，以学生理解为最终目的；2）教师的英语口语水平不够高，毕竟不是英语专业出身，平时用到口语的机会也不是很多，所以教师都对自己的口语不是百分百自信。
1.2 从学生角度
双语教学对学生的基础英语应用能力，尤其是听说能力要求较高。学生在课堂上本来就需要经过思考才能完全理解教师讲的内容，现在还要在听懂英语的基础上进行思考和继续听课，这对学生尤其是英语基础不是太好的学生来说是比较困难的。虽然大部分学生已经通过大学英语四级考试，甚至有部分学生已经通过大学英语六级考试，但他们的英语实际听说能力相对于应试能力却较为薄弱，仍然有可能听不懂教师的讲解，因此听说能力成为他们用英语进行学习和交流的主要问题。
医学图像处理课程中涉及许多医学图像，因此有关医学的英文词汇也出现不少。医学词汇较为难记，长单词较多，这也给学生的课堂听讲带来一定的困扰，影响了课堂内容的吸收，效果较差。
1.3 从考核角度
既然是双语授课，那么在考核时同样需要考虑到两种语言的问题。如果用全英文出试卷，恐怕会出现学生连题都看不懂的情况；如果用中文试卷，又无法体现双语教学的优势，难以考核教学的效果。
2 相应的改进措施
针对在双语教学中遇到的问题，思考后认为：在医学图像处理课程的双语教学中，应明确课程双语教学的目的仍是传授专业知识，这一点在教学过程中必须始终坚持，英语只是一种工具，否则专业课的双语教学就变成专业英语课。为实现这样的目标，结合师生的实际情况，提出相应的改进措施。
2.1 加强教师培训，提高讲课水平
双语教学成功与否取决于从事双语教学教师的水平，因此，加强授课教师的英语能力是十分必要的。学院与外语学院联系，请专业的英语口语教师为承担双语教学任务的教师开展英语培训，培训的内容包括教学过程中经常使用的教学专用术语以及学科中常用的英语阐述和评论能力。除此之外，学院还派青年教师到国内著名高校或国外学习进修，参加学术研讨会议和培训班等，提高教师的专业水平和英语能力。
除加强教师水平之外，还要更好地发挥多媒体教学手段在教学中的作用。对于较难理解的专业术语、句子等，在课件中用中英文对照帮助理解，这样可以保证即使英语水平较低的学生也能够领会教学中的基本内容。由于本课程是医学图像处理，因此在课件中可以多引入一些新型图像处理技术在医学图片中的应用。这些知识与本专业的其他专业课也有相关联之处，学生对这方面的内容较为感兴趣，课堂气氛活跃，教学效果良好。
2.2 发挥学生主体作用，增强学习兴趣
上课时教师应鼓励学生用英文发言、提问，加强师生之间及学生之间的英文沟通和交流能力，激发学生的学习热情和主动性，引导学生自主思维。授课结束，可由学生用英重点总结，然后教师补充。精选教学内容，对于一些常用的专业术语和句子，课堂上需要经常复习。引导学生逐步学会用英语结合专业知识进行思考分析，提高学生分析解决问题的能力，加深对授课内容的理解。双语教学难度大，只有充分调动学生的学习积极性，发挥他们的主体意识，才能取得良好效果[2]。
2.3 改进考核方法，提高教学质量
双语教学仍然是以学生为主体的，因此采取一个合理有效的考核方法能够激发学生的学习兴趣，取得良好的学习成绩。可以考虑作业、课后练习、实验报告采用全英文模式，在这种情况下，学生有时间在组织好英语答案的情况下进行回答。课堂上的讨论及问题回答以英文为主，必要时辅以中文解释，这样也可以锻炼学生的口语能力，并提高他们参与讨论的热情。最后的期末考试可以采取中英文结合的方式，对于一些相对简单的题目如填空题等可以用英文出题，要求英文回答；而一些较为复杂的问答或计算题，可允许学生用中英文作答。这些考核内容在最终成绩中所占的权重不同，如可定为平时成绩占总评成绩的30%，考试成绩占总评成绩的70%。这样的考核方式也可促进学生在平时的学习兴趣，加强日常的学习积累。
3总结
通过这些改进措施，能够提高学生对双语教学的学习兴趣，调动学习的积极性，使学生通过学习不仅能够学到专业知识，也提高了英语听说读写能力。双语教学作为一种较新的教学手段，仍然在实践中摸索，在教学过程中不断完善，只有不断地发现问题、解决问题、积累经验，才能更好地发挥双语教学的效果。
参考文献
关键词 图像处理；图像分析；教学改革；教学模式；CDIO
中图分类号：G642.0 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）03-0106-02
Teaching Reform of Medical Images Processing and Analysis//Tang Min
Abstract Medical images processing and analysis is one of the major foundational courses for biomedical engineering. According to the teaching model of CDIO， several teaching reform measures of medical images processing and analysis are carried out， including combining multimedia approach with traditional teaching method； guiding students to understand knowledge points unitarily； prompting students’ enthusiasm； training practical abilities of students； and fostering thinking mode merged with science， engineering and medicine. The author’s rich practical experiences demonstrate that these teaching reform measures can foster the students’ abilities， inspire their interests and therefore improve the teaching effect greatly.
Key words image processing； image analysis； teaching reform； teaching model； CDIO
医学图像处理与分析是研究图像处理的基本理论及其在生物医学工程中的应用的一门学科，是生物医学工程专业的专业必修课。该课程的任务是：系统介绍图像处理与分析的基本理论和基本方法，侧重使学生掌握其在生物科学领域的实际应用，目的是使学生系统掌握数字图像处理的基础概念、基本原理和实现方法，学习图像分析的基本理论、典型方法和实用技术，为在生物医学工程领域从事研究与开发打下扎实基础。
医学图像处理与分析课程理论抽象，涉及医学、计算机、数学、物理、信号处理等多个领域的知识，学科之间高度交叉、渗透，学生很难理解其中的相关知识和技术，因此课程起点高，教学难度大[1-2]。笔者在教学方法上也与时俱进，摒弃传统教学方法的弊端，引入新的教学模式和教学方法，实现培养高质量人才的目标。
本文提出笔者基于CDIO教学模式的医学图像处理与分析课程教学改革方面的一些经验。总体说来，该课程教学改革的主要思路是：以全新的教学理念为指导，以先进的教学手段和方法为桥梁，以学科交叉的眼光有机结合课程教学与课外教学、理论教学与实践教学、系统讲授与学生自学等多种方式，实现教学内容的完整性、前沿性、理论性与实践性，使学生掌握本门课程的理论框架与思维方法，掌握生物图像处理与分析的相关技能，能够采取合适的处理方法实现特定的医学图像处理目的。
1 CDIO教学模式
CDIO教学模式是近年来国外工程教育改革的最新成果，其中C代表构思（Conceive），D代表设计（Design），I代表实现（Implement），O代表运作（Operate）。CDIO模式是以产品研发到产品运行的生命周期为载体，强调让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式来学习工程，并以综合培养的方式使学生在多方面达到工程师的预定目标。实践证明，CDIO教学模式比传统教学模式适应面更宽，更有助于提高教学质量，尤为重要的是CDIO模式中的新评测标准，为工程教育的系统化发展奠定了基础[3]。
2 医学图像处理与分析教改措施
2.1 融合多媒体教学和传统教学手段
目前高校授课中普遍存在两种极端：
一种是只板书授课，形式单调，内容枯燥，课堂时间无法有效利用，知识容量小；
另一种则完全采用多媒体授课，课堂教学变成单纯地播放幻灯片，缺乏学生参与互动的空间和可能。
笔者强调打造“多媒体+板书”的高质量精品课堂：
一方面，优秀的教学课件能提升和精炼教材内容，通过利用图像、声音和动画等多媒体技术将教材中相关概念、算法、原理及应用转化成形象逼真的影像展示给学生，介绍和比较不同的图像处理方法应用于医学图像的不同效果，为学生提供生动的感性认识；
另一方面，将板书穿插于多媒体教学中，对图像处理算法的关键步骤进行推导和演算，同时展示教学进度、层次和重点，有利于学生对重要知识点的系统把握，有效避免知识讲授过程中的“碎片化”现象。
2.2 引导学生整体把握知识点
在教学过程中，引导学生从整体上把握学习的总体要求，理清教学知识点、学习难点以及学习技巧，对于落实课程的知识点非常关键。每一章教学伊始，首先提出本章主线，即要解决什么问题，以什么样的方法和步骤来解决问题，所介绍方法对于解决问题的优点何在。当教学内容章节较多，分成多次讲授时，这个主线将会反复强调，从而不断加强学生对有关内容学习目的性的认识，开展针对性的学习。
2.3 调动学生的学习积极性
德国教育学家第斯多惠认为：“教育的艺术不在于教授的本领，而在于激励、唤醒和鼓舞。”[4]心理学研究也表明，学习动机与学习效果之间的关系十分密切，不同性质的学习动机对于学习效果有不同的影响。学生的学习动机直接制约他们的学习积极性，影响学习效果。笔者在课堂教学中经常采用问题学习法（problem based learning，PBL），以提高学生的学习积极性，促进学生参与教学。学生通过图书馆以及网络等资源，查阅资料，系统分析，形成读书报告，再到课堂上讨论和交流，教师则主要起到布置任务和经典总结的作用[2，5]。这种启发式、互动式、讨论式、研究性等教学方法，能够充分调动学生的积极性和学习兴趣，培养学生的创新思维和研究能力。另外，还可以通过课程网站、在线聊天等现代交流手段，将课堂教学和课后辅导有机结合，建立多渠道的教学互动模式，使学生得到及时的指导，增强学生学习兴趣。
2.4 培养学生的实践动手能力
本课程是一门以实践为基础的课程，必须十分注重学生实践能力的培养和开发，使学生熟悉医学图像处理课程基本理论的同时，掌握如何通过计算机实现这些算法，能够将所学知识和设计的算法应用于医学图像处理和分析，能够根据具体临床需要对算法进行设计、改进和优化，使处理后的图像符合临床要求。为此，本课程设置了相关的课程设计环节，两周时间内要求学生完成5～6个实验，检验算法效果，最终形成实验报告。
2.5 形成理工医结合的思维方式
现代生物科学已经呈现高度综合和高度分化的发展趋势，作为生物医学工程领域的本科生，需要具备丰富扎实的理工科知识和一定基础的医学专业知识，才能在今后的工作中有所发展和创新。南通大学的生物医学工程本科专业设置于电子信息学院，隶属工科范畴，而学生的医学知识背景相对较弱。因此，本课程讲授时要注重与医学成像技术、医学电子学等课程的衔接和交叉，不仅在讲授某一种图像处理方法时突出重点、分化难点，更要将医学实例的处理融合于各章节，体现出理、工、医三者结合，对从方法论和认识论的较高层次上形成新的研究思维起到指导作用[2]。
3 结论
本文结合笔者多年来的教学经验，在简要介绍CDIO教学模式的基础上，针对医学图像处理与分析理论教学方面提出一些改革措施。实践表明，医学图像处理与分析课程教学应紧密结合医学实践，注重图像处理方法与具体医学应用的有机结合和交叉，激发学生的学习热情和创新思维能力。笔者今后还将围绕实践教学环节的改革开展一些有益的探索。
参考文献
[1]韩贵来.医学图像处理课程教学方法探讨[J].时代教育：教育教学版，2011（4）：14.
[2]汤乐民，丁斐.医学研究生“生物图像处理与分析”课堂教学方法初探[J].南通大学学报：教育科学版，2008，4（4）：
79-81.
[3]中国CDIO网站[EB/OL].http：//.
关键词:操作系统;实验教学;教学质量;应用型本科
1操作系统实验教学的重要性
“操作系统”课程是计算机科学与技术专业必修的一门专业基础课,本课程的学习目的是让学生掌握操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术[1-2],为今后在相关领域的工作打下坚实基础。
实验教学是“操作系统”课程必不可少的环节,我们不仅要设置实验,而且还要重视实验,使其很好地辅助课堂教学。实验教学的质量直接影响学生的就业机会和工程实践能力[3]。德国教育家第斯多惠曾经说过:“教学的艺术不在于传授的本领,而在于激励、唤醒和鼓舞。”而实验教学的重点就是培养学生的好奇心和求知欲,帮助学生自主学习、独立思考,鼓励学生发现问题、提出问题,并通过实验过程找到解决问题的方法和途径。
2现状与存在的问题
操作系统实验教学的重要性使我们有足够的理由要教好这门课,但是在实际的实验教学活动中,学生要真正完成好操作系统的实验内容却并不是十分容易的事情。下面从专业培养方案的定位、前导课程
影响、选用操作系统以及实验教学质量监控等方面进行分析。
2.1应用型本科计算机专业培养方案的定位
长期以来,我国计算机专业教育带有浓厚的计算机系统研究型人才培养色彩,与应用型本科人才培养目标的“理论够用,注重实践”的特点不太相符。国家教育部强调对不同院校不同层次的学生要采取分类指导的原则,应用型本科计算机类学生的培养目标是培养既懂得计算机专业的理论知识,又掌握计算机应用技能的高级应用人才。对此问题的研究,我们课程组在文献[4-5]中已进行过论述,特别需要说明的是我们课程组负责人范辉教授参加了由教育部教学指导委员会组织的全国高校操作系统课程研究与资源建设项目,并在其中承担了应用型本科操作系统课程的部分研究与建设工作,使我校的应用型本科操作系统的课程建设起到了很好的示范作用。
2.2前导课程的影响
“操作系统”的前导课程有“程序设计语言”、“数据结构”、“计算机组成原理”和“汇编语言”等,它的后续课程包括“计算机网络”、“数据库原理”和“编译原理”等计算机学科的重要课程,如图1
作者简介:孙述和(1966-),男,山东烟台人,副教授,硕士,研究方向为计算机应用、图像处理;谢青松(1965-),男,副教授,硕士,研究方向为算法分析与设计、信息安全技术;董付国(1977-),男,山东聊城人,讲师,硕士,研究方向为数字图像处理、信息安全;杜萍(1981-),女,山东青岛人,讲师,硕士,研究方向为基于角色的访问控制。
所示。大部分学生在学任何一门课之初都比较认真,主观上有较强烈的学好这门课的愿望,但是随着课程的日益深入,课程特征不断显露,特别是“操作系统”这门课本身的理论性较强且实验内容对前导课的依赖性很大,从而打击了一部分学生的学习热情,甚至有一部分学生因前导课程学习较差而放弃了操作系统实验作业的完成,从而影响了课堂学习甚至包括后续课程的学习。
图1 “操作系统”的前导与后续课程
2.3选用的实验操作系统
由于操作系统课程本身的原因,使得操作系统实验环境较难选择。大部分教材以Unix系统为实例,而Unix的安装成本又较贵,不太适宜用于学生实验。而传统的Windows操作系统的大部分源代码未公开,具有一定的局限性和不透明性。所以,我们选用Linux作为主要的实验操作系统。但是,由于大部分学生之前都没有接触过Linux,并且还都非常熟悉Windows系统,思维定势难免会给Linux的认识与学习带来一定的难度。
2.4实验教学质量监控
从目前的实验教学情况来看,各个学校对评价工作都较为重视,但存在着只重结果而忽视过程以及考核方式不科学等问题。由于当前互联网技术的高速发展,网络资源不断丰富,在实验过程中,学生的实验报告或设计代码部分存在抄袭现象,这部分学生虽然提交了实验报告,成绩也不错,但实际上,却没有掌握相关的知识。如何在实验过程中进行教学质量监控,合理利用网络资源,避免抄袭,使学生能够既掌握知识又锻炼能力,这为我们的实验教学提出了新的难题。
3提高实验教学质量的对策与方法
笔者结合自己近几年的教学实践,就“操作系统”课程实验教学中遇到的上述问题,从以下3个方面谈谈自己的体会。
3.1化难为易,从主观和客观两方面进行引导
(1) 在学习的主动性方面,潜移默化地消除学生的畏难情绪。
① 在第一节实验课上多下功夫。通过实例告诉学生操作系统实验学习在现在的学习和今后工作中的重要性,使学生从纯粹学好课程的想法变为有目的性的学习。例如,从考研和就业的角度,强调编程能力和动手能力的重要性,并结合前导课程如“高级程序设计”中的线程等相关内容加以说明。
② 结合教师和前面学生的经验,介绍操作系统实验学习的方法和特征,以及可能遇到的困难,让学生针对自身的学习情况,提前准备和查阅前导课程的相关内容,做到心中有数。同时,把一些好的学习技巧传授给学生,让学生知道怎么学、怎么做。
③ 在后面的实验课上,单纯地强调操作系统实验内容重要性的意义已经不大,教师应在每一次布置实验作业的时候,有意识的从应用及工程实践角度,用案例的方式对实验内容加以多角度描述,从而使学生明确实验目的并激发学习兴趣。
(2) 在客观上,化难为易,有针对性地解决学生的学习难题。
① 分层次设计实验要求,如表1所示将学生粗略分为高中低3个层次。
表1学生层次分类
层次前导课程
掌握情况学习兴趣与
学习目的人数
第一层次基础知识
非常扎实学习兴趣非常强烈一小部分
(
第二层次基础知识稳固学习目的明确绝大部分
(>80%)
第三层次基础知识较差学习兴趣不高一小部分
(
对不同层次学生,有针对性地分析并提出解决方案,以帮助他们提高,如表2所示。
表2按层次设计实验要求
层次针对性分析及解决方案
第一层次多加鼓励及肯定,并结合其兴趣点推荐学习资料,引导自学,可在后面的团队实验任务中委以重任。
第二层次按照既定的实验要求和目的进行实验安排。
第三层次放弃部分选做实验,适量延长必做实验的学时,以弥补前导课程的不足并强化必做实验。
② 提供参考程序,帮助学生快速入门。这个方法主要是针对第三层次和第二层次的一小部分前导课程学习效果不好的学生而言的。我们以实验“进程调度模拟程序设计”为例进行说明。
例1:进程调度模拟程序设计
实验目的:加深对进程概念和进程调度算法的理解。
实验内容:(a)给出进程调度的动态优先级和时间片轮转调度算法描述;
(b) 用C语言设计一个对n个并发进程进行调度的程序,每个进程由一个进程控制块结构表示;
(c) 调度程序应当包含两种不同的调度算法,运行时可以任选一种,以利于分析和比较;
(d) 程序应能显示或打印各种进程状态和参数变化情况,便于观察。
实验参考方案:对于这个实验,首先要明确实验目的是通过编程加深对进程概念和算法的理解,对算法的理解是重点,而非编程本身。我们给编程确实有困难的学生,提供一个实验参考框架,并在此基础上基本实现动态优先算法,只留下一些涉及到该算法核心思想的代码让学生自己填空,最后重点考察学生在此框架基础上自己编写的时间片轮转调度算法的实现。当然,对于绝大部分基础较好的学生,我们还是建议程序框架也要自己搭建。
③ 我们还可以多鼓励学生充分合理利用网络资源,如果有某些疑问或未解决的问题可以自己到网络上寻找答案或到一些论坛上参与讨论,增加自己学习和丰富操作系统知识的途径。
3.2由浅入深,多角度多层次学习掌握Linux系统
我们选择Linux做为实验操作系统,由于大部分学生之前都没有接触过它,所以做实验时应该从易到难,一步步的来操作,如图2所示。
图2Linux系统学习阶段示意图
我们的方法是首先熟悉Linux简单操作的验证性实验,包括基本的应用级实验和系统管理级实验。在这一阶段,可以引导学生通过对熟悉的Windows操作系统的相关功能,对比学习Linux操作系统的功能,如表3所示。
表3操作系统验证性实验列表
序号实验内容LinuxWindows
1系统安装√√
2系统的用户接口和编程界面√√
3系统的界面认识(窗口系统、文件管理和系统管理工具等)√√
4使用U盘√√
5屏蔽Windows桌面上的“回收站”√
6观察注册表内容√
其次,在熟悉操作系统的基本操作与环境之后,进入设计性实验阶段,编程模拟实现操作系统的某些功能模块,如表4所示。
表4Linux系统设计性实验列表
序号实验内容(对应算法或命令)必做选做
1进程调度模拟程序设计(动态优先级算法、时间片轮转调度算法)√
2页面置换模拟程序设计(OPT、FIFO、LRU)√
3文件系统模拟设计(login、dir、read、open、close等)√
最后,进行实验内容难度较大,但很有意义,也很有意思的源代码阅读级实验,这部分内容建议学生分组协作完成。可选内容有很多,例如进程创建、内存分配、系统安全性、磁盘驱动、文件的读或写、虚拟文件系统、idle进程等,每组学生可自主选题,最后的实验报告,由团队统一提交。表5所示是我们2008～2009年度第二学期学生源代码阅读级实验分组情况汇总。
表5源代码阅读级实验分组情况列表
序号实验内容是否团队人数/组
1进程创建√9
2内存分配√10
3文件的读或写√8
4虚拟文件系统√10
5网络传输√10
6设备管理√10
3.3改进考核方式,加强实验教学质量的监控
要加强实验教学质量监控,保证操作系统课程的教学质量,我们对传统的只提交实验报告的实验考核方法从如下几个方面进行了改革与实践:
(1) 提高实验成绩在最终课程成绩中所占比例(如图3所示),引导学生重视实验教学。
图3 提高实验成绩比例示意图
(2) 对设计性实验和综合性实验的成绩评定,应
在实验报告的基础上,综合多种形式进行考核量化。我们的方法是在实验过程中,不定时抽查部分学生的程序,并有针对性的提问和讨论,保证一学期每个学生至少有一次提问的机会,按回答情况进行打分。团队形式的综合性实验还要求组长提交任务分配情况以及个人完成情况,将协作能力、资料分析能力等纳入考核指标。
4结束语
我校“操作系统”(应用型本科)从2004年被评为“校级精品课程”和2006年被评为“山东省省级精品课程”以来,在更新教学与实验内容、加强教学梯队建设与教材建设、改进教学方法和教学手段、加强素质教育、培养创新人才等方面不断进行探索与实践,已开始显现初步成效。近年来,我校计算机专业学生在山东省软件设计大赛、学生科研立项、考研录取率、毕业生就业率等诸多方面的成绩稳步攀升。总之,要让学生学好“操作系统”、做好操作系统实验、提高人才培养质量,还需要我们不断在教学实践中加以发现和总结。我们将不断努力,逐步完善操作系统实验教学体系,在改革中探索、提高,培养出更多适应社会需要的应用型人才。
参考文献:
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关键词：教学改革;互动式教学模式;助教团队;CDIO
应用技术型人才培养体系是在我国经济转型历史背景下提出的高等教育本科人才培养新体系。所谓应用技术型人才，是指在一定的理论规范指导下，从事非学术研究，能将抽象的理论符号转换成具体操作构思或产品构型，将知识应用于实践中。应用型人才是与仅精于理论研究的学术型人才和仅擅长实际操作的技能型人才相对应的，应用型人才既有足够理论基础和专业素养，又能够理论联系实际，将知识应用于实际。如何实现应用型人才培养目标，是应用型本科高校面临的重大课题，加强实践教学、改革实践教学模式是实现应用型本科人才培养目标的重要保障。
一、现行应用型本科实践教学模式的不足
1.教学方法死板。目前，我国绝大多数应用型本科院校的教学仍然是在套用学术型本科教学模式，对于实践教学往往采用以教师演示教学为主，学生跟从学习，原样照搬，重复动作的教学模式。这种教学方法过于死板，导致绝大多数学生不能主动思考，只会其一，不会其二，更谈不上创新。
2.内容安排缺乏系统性。实践教学内容大多是以课内验证性实验为主，少数应用性项目，并且各个实验之间相互独立，内容安排缺乏系统性。这样会使学生学完实验项目后，不知如何综合应用各个独立的知识点。
3.辅导不够细致。参与实践教学的教师一个人往往需要面向整个实践小组的学生，这无暇顾及并一一解决每个学生的问题。一般来说，教师仅能够解决认真、主动提问的学生的问题，但是大多数应用型本科学生缺乏主动学习和主动提问的精神，哪怕自己出错、不会，也会选择保持沉默，不会主动提问。
4.教学效果检验手段单一。实践教学缺乏完善的检验体系，检验教学效果的手段单一，考查学生实践动手能力的途径单一，很多高校仅将学生完成实验报告和期末上机考试作为合格标准。这种只注重一次性考试结果而缺乏过程考核的验收制度，不利于对应用型人才的培养。
二、助教团队
1.助教团队构成。为了让学生参与日常的实践教学活动，可以在班级中选拔培养一批助教，遵循自愿原则，选出一批学习成绩好、自学能力强、具有服务意识等的学生作为助教团队。一般可以根据班级人数按照一定比例确定助教团队人数。
2.助教团队职责。助教团队作为实践教学教师的助手，可以在教师的指导下，提前完成相应内容任务的学习。教师首先对助教学生进行超前培训，单独辅导，然后让助教学生参与当前的教学辅导。
三、互动式教学模式内涵
所谓互动式教学，是指在助教团队的基础上，充分发挥助教团队学生的主动性，使其参与日常的实践教学课堂管理，让学生与学生之间、学生与教师之间形成良好的互动式教学模式。
1.设置案例教学任务。要想形成良好的互动式教学，首先需要改变现有的实践教学内容，将需要传授的知识点、概念、原理、方法等理论内容融入具有可观性的案例中，使学生带着任务去学习，从而使学生感受到具体理论知识的应用技巧和方法。
2.互动式教学。在日常的实践教学中，传统方法都是由教师完成授课内容的讲解，而互动式教学模式，则可以让助教团队讲解实践课程内容，教师只是起辅助、纠正、补充讲解的作用。这样既可以锻炼学生的表达交流能力，又可以提高学生的学习效果。因为，对于助教学生而言，要想讲清楚相应项目的内容，首先需要自己主动思考，归纳总结。对于其他学生而言，同学的表达方式，可能比老师的方式更容易接受，听课效果也会更理想。另外，助教团队还需要参与实践课题的辅导、答疑，解决同学存在的问题，通过这些，可以带动班级学生学习积极性，提高课程学习效果。
3.互动式监督。在完成基于项目驱动的课堂教学的同时，还应该定期检验学生的学习效果。很少有学生会主动、自觉、独立完成课后作业，导致课后习题或任务往往都是形同虚设。为改变此现状，可以让助教团队负责深入同学中监督作业完成情况，随时随地跟踪同学学习情况，并建立严格的考核机制，以此作为最终评定成绩的考核内容之一。
应用型本科人才培养，是国家经济社会转型升级的需要，也是服务地方经济发展，满足中小微企业需求的需要。对如何改善现有应用型本科人才培养课堂教学模式、提高应用型人才培养效果进行研究和探讨极具现实意义。
参考文献：
[1]吴中江，黄成亮.应用型人才内涵及应用型本科人才培养[J].高等工程教育研究，2014（2）.
[2]潘懋元，石慧霞.应用型人才培养的历史探源[J]，江苏高教，2009（1）.
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