新工科下《机器视觉》课程教学模式

2022-09-21 16:45:13 来源:写作指导

摘要:为适应当前新产业、新技术、新模式下的新经济形态,要以新工科为引导,培养具有崇高职业道德、扎实专业知识、良好工程实践素养的高素质应用型人才。《机器视觉》课程是交叉融合与工程性极强的一门新兴课程,当前教学中存在内容泛而不精、重理论轻实践、教学方法滞后和考核机制不全等问题。对此,通过更新教学理论、线上线下混合教学、项目制教学和过程考核机制等改革措施,提高了学生的学习效率,激发了学生的实践创新能力。

关键词:机器视觉;新工科;混合教学;项目制教学

新工科建设倡导以应对变化为思路,以继承创新、交叉融合为途径,培养多元化创新型卓越工程人才。新产业、新技术、新模式是目前全球经济的特征,许多产业面临转型升级,国家硬实力和国际竞争力的提升都迫切需要“新工科”理念和新型卓越工程人才的支持[1]。

1课程的性质与教学现状

机器视觉课程等课程是一门近年来出现的新兴课程,以多学科交叉融合,理论性、应用性强为特征。一方面,以抽象的图像工程、复变函数、非线性优化和随机过程等深奥的理论知识为基础。另一方面,强调linux、visualcode、c++、python、嵌入式硬件等软、硬件开发环境的熟练操作。而且,该课程与人工智能、电子信息等多个产业领域相关。比如,道路交通自动监控,表情识别与心理分析,实时定位与导航,特殊环境下高精度测量与自动切割等等一系列与视觉相关的应用研究领域,因此该课程与新经济形态密切相关[2]。然而目前机器视觉课程教学中存诸多问题,主要包括以下几个:

(1)内容泛而不精

《机器视觉》包含的知识点非常广泛。在具体的教学过程中,教师通常是从头到尾的讲解课程的全部内容,由于课时分配等的原因,不会对知识点进行深入的讲解分析,不会为其配备实用案例和设计实践内容,更不会联系前沿动态信息和科研项目内容等进行应用扩展。使学生对知识的理解停在表面,离应用还有相当长的一段距离。

(2)重理论轻实践

《机器视觉》课程教学普通存在重视理论讲解,轻视动手实践的特征。一方面,理论课时数远大于实践课时数,教师大部分时间是在教室里通过手写黑板或PPT讲解的方式向学生灌输知识,学生只是被动的接收,对于一些不理解的知识点甚至只能通过背诵的方式进行简单的记忆。一方面,实践内容呈现出单一、重复和无研究性的特点。目前存在实践环节大部分是采用实验箱的形式,学生通过简单的接线后观察实验现象完成验证性的实验,设计综合性实验的开出率比较低。学生对于底层设计原理不清,只是在老师演示后,机械的重复老师的动作过程完成实验。有的实验箱能开出的验证性实验都很缺乏。

(3)教学方法滞后

目前的课堂教学主要形式为老师通过黑板板书向学生讲授知识,效率不高,过程枯燥,学生的学习兴趣不高,缺乏学习的主动性和积极性。对于数学公式计算复杂,原理深奥的知识点,学生很难理解,自信心受挫,甚至可能选择该放弃部分内容的学习。教学过程中学生与老师交流不充分,学生仍处于被动接收的位置。教学过程中缺乏生动有趣的呈现方式和精细的分析与充分的交流讨论。

(4)考核机制不全

当前的教学考核主要采用“试卷”的形式考核理论知识,学生一个学期下来甚至可以通过临近期末时期的突击练习、记忆背诵得以过关,而在平时的学习过程中对课本知识的理解并不深入。由于知识撑握得不牢固,考试过后又将其淡忘。对于实践能力的考核不够重视,实践部分的考核结果占总成绩比例较低。实践考核内容很难体现学生的实践能力和创新能力,也很少涉及学生合作精神与交流能力的考察。

2教学改革的主要举措

为了紧跟时展的步伐,适应新经济形势的下对卓越工程人才的要求,积极实施教学改革,以新工科为主要教学思路和理念,以实践创新能力的培养为主线,从教学理念,教学内容、教学方法、教学形式和教学考核四个环节进行改革,构建理论与实践相结合、探究与兴趣相结全、知识与能力相结合的教学新模式,全面提升学生的实践动手能力和创造性解决问题的能力。

(1)教学理念改革

以新工科为指引,以产出为导向,强化红色思政元素,培养高素质应用型人才。注重市场产业需求导向,理工科交叉融合,全面落实“学生中心、产出导向、持续改进”的人才培养理念,优化教学全过程、各环节,培养学生对产品和系统的创新设计、建造、运行和服务能力。着力提升学生解决复杂工程问题的能力,探索建立工程教育的新理念、新模式、新方法、新技术。

(2)教学内容改革

建立建全完整的知识体系,包括数学、随机过程、信息理论、嵌入式和硬件电路等先修基础知识,专业精髓知识点和具体应用。保证在有限的教学时间内,学生能高效有序的学习一整套相关的知识。大量调研当前相关前沿信息,让学生在课堂内就可以了解到专业知识在生活生产中的应用,提高学生的学习兴趣,增强学生应用知识和实践动手的内在驱动力。

(3)教学模式改革

为促进学生个性发展,采取线上线下混合教学模式提高学生学习效率。在泛雅平台的基础之上建立多功能的模块,包括学习资源、学习讨论、随堂测验、师生交流、兴趣拓展、学习管理等。每个学生可以自由选择时间地点进行预先学习,也可根据自己的兴趣有选择性的进行拓展学习等。教师统计学生的网上学习情况并做出分析,根据学生的疑难点、兴趣点来设计课堂教学方案与内容[3]。

(4)教学方法改革

推广实施项目制教学改革,将以传授知识为主的教学模式转变为以完成任务、解决问题为主的互动式的教学方式,要求学生根据项目任务,提出解决方案,完成项目设计,培养多方面能力。并以项目为依托以“挑战杯”、“创青春”、“互联网+”等校内创新实践竞赛为契机,引领学生大力开展创新创业教育改革,切实培养学生的实践创新能力[4]。

(5)教学考核改革

教学的考核与评价直接关系到学生最终成绩的认定,针对当前存在学生的实践愿望不强,创新动力不足的情况,将实践创新能力纳入到考核当中以激励和鞭策学生主动进行实践创新活动,最终提升其多方面的能力。考核形式可以有试卷、课程论文、综述、调研报告、方案设计、实践技术测试、学科竞赛成绩、企业实习鉴定以及过程考核等,根据课程具体情况选择特定考核形式也可多项交叉考核。

3图像全景拼接教学案例

(1)线上教学

教师课前录制微课,准备好学习测试题目和作业等内容,并完善网络教学各功能模块。学生在课前通过学习通平台自主学习图像拼接所需要用到的关键知识点,如模型参数估计与优化等知识点。如图1所示为学生学习的线上统计情况,从中可见学生学习时间主要分布8~12点,16~24点。也有极少数同学在休息时间4~8点学习,学生可根据自身的具体情况灵活的选择学习时间和方式。

(2)线下课堂

课堂中针对线上教学反馈的主要问题进行讲解,如大部分同学不明白为什么最快下降方向是梯度负方向,课堂上对该问题从数学逻辑上进行了证明。同学们按5到10人一组讨论设计各全景拼接实现方案,并于课后合作实施设计形成作品。如图2所示为其中一组的方案与作品。同学们以此作品为基础开发了360度泊车系统的创意,形成初步设计和雏形,并参与我校互联网加创新创业大赛获得校级二等奖的好成绩。同学们的学习得到鼓励和认可,学习兴趣高涨,学习更加认真刻苦。

4结束语

对于每一个《机器视觉》课程的关键知识点,将该知识点相关联的多学科理论知识以微课和线上课的形式呈现,学生灵活的利用碎片时间完成该知识点配套知识的学习。课堂上教师对该知识点进行讲解并以项目的形式组织教学,提高了学生方案设计和创新实践的能力。

作者:李亚兰 黄健全 曹江 谢文武 李磊骏 单位:湘南学院物理与电子电气工程学院 湖南理工学院信息科学与工程学院