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篇1

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[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.

篇2

關鍵詞:MCLA;計算機教學;教學研究;教學改革

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

高校計算機教育的過程中,難點知識的教和學是困擾著教師和學生的重要問題,對于難點知識教學方法的研究,引起了廣大高校計算機教師的重視,其研究成果已經在高校計算機教育中起到了越來越重要的作用。難點知識一般分布在學生的專業基礎課和專業選修課中,這些知識點往往理論性較強,需要較好的數學基礎才能一次性掌握,這些知識點往往是某一門課程或某個研究方向的核心或者基礎,如果不能很好地掌握,又影響到后續知識的學習和研究的開展。類似的知識點如:“數據結構”中的“最短路徑”和“KMP算法”、“計算機視覺”中的“各向異性擴散的偏微分方程(PDEs)”、“編譯原理”中的“有限自動機”、“面向對象程序設計”中的“多態性”、“計算機網絡”中的“七層協議的實現”等。

提升難點知識的教學效果顯得非常重要,但是傳統的教學方法中,由于各種因素的影響,往往采用從理論到實踐的教學過程。首先講解知識的數學背景,然后闡述其理論框架,接下來講解該框架中的相關公理或者定理,推出一系列公式,最后加以應用。在這種背景下,由于學生知識儲備的差異性,以及學生聽課狀態的波動性,這種教學方法往往造成部分學生在學習的過程中,無法理解他們看起來很高深理論,從而失去學習興趣,放棄后續學習,靠做題應付考試,最終即使得到高分,對知識點知其然不知

其所以然,更不要說進行創新。實踐證明,該方法確實導致部分學生無法清楚地掌握知識的實質,造成了教學過程中的無用功和教學資源的浪費。

為了克服以上方法的不足之處,我們借鑒了國外著名教育機構的教學方法,將其引入到我們的教學過程中去。MCLA(Model Centered Learning Architecture)教學法來源于印度國家信息技術學院(印度NIIT),該教學方法的基礎是:以“模型”為中心,通過完成“模型”來講解理論,在該學院的教學中起到了巨大的作用。本文針對計算機難點知識教學過程中遇到的問題,結合相關經驗,將MCLA教學方法應用到教學過程中去,以“圖像處理中的各向異性擴散的偏微分方程”的講解為案例,闡述MCLA方法在教學過程中的應用。實踐證明,該教學方法能夠加強學生對知識的理解,取得了較好的教學效果。文章最后還對該方法適用的

范圍進行了討論。

2傳統教學方法的問題

難點知識在高校計算機教育中,不僅對于學生是學習難點,而且對于教師也是講授難點。它難就難在理論性強,數學基礎要求較高,教師即使能夠熟練精通地掌握,由于學生數學知識儲備的差異,學生就不一定能掌握;即使學生數學知識儲備足夠,由于聽課狀態波動,如果興趣不高也會無法聽懂,造成知識的遺落;教師將自己會的知識教給學生,學生卻沒學會,不能不說是教學資源的巨大浪費。

2.1教學案例描述

本文以“計算機視覺”中的“各向異性擴散的偏微分方程”為例,來闡述這個問題。

“計算機視覺”是高校計算機專業的一門專業選修課,對于即將攻讀研究生并從事模式識別和圖像處理的學生,是一門基礎性課程。“各向異性擴散的偏微分方程”屬于計算機視覺中的前沿技術,一般在書本的后半部分講授。在此之前,學生已經學習了圖像處理的基本知識,如基本的圖像存儲、變換、濾波以及常見的圖像特征提取方法。

在計算即視覺中,“各向異性擴散的偏微分方程”最簡單的情況是用于圖像的平滑。在平滑圖像的過程中,能夠較好地保持邊緣。該框架下,圖像的平滑被假定類似于化學物質的擴散過程,圖像的灰度(化學物質)將隨著時間的變化而變化(擴散)。在某一個時間點,變化后的圖像(擴散的結果)就是試圖得到的平滑后的圖像。描述如下:

設 表示一幅二維灰度圖像, 為像素點 處的灰度值。 表示圖像隨著時間 變化的狀態,具有邊界停止功能的方程中,圖像隨著時間變化的狀態或者圖像的平滑過程被如下的擴散方程描述:式中, 為散度算子, ,是 的空間梯度。在這里, 必須是個減函數,當 較大,擴散必須很小,圖像的邊緣得到保持; 較小,擴散應該很大,圖像將會得到平滑。對于 的設計對系統的正確工作起著決定性的作用,一般可令:

從以上數學模型可以看出, ,為非增函數,當點 位于圖像灰度變化不大的區域,即 的值相對較小的時候, 的值相對較強;反之,在圖像的邊緣點上, 的值相對較大,則擴散速度相對較小。 為梯度門限,是一個正數。 的值小于 時,擴散過程進行,當 接近 時,擴散過程停止。

實際處理過程中,輸入的圖像為二維圖像,必須能夠對圖像的處理過程進行離散化。一般采用如下形式:

其中, 是離散采樣圖像上的像素點 在 時刻的灰度值, 是時間離散步長,常量 ,決定了擴散的速度。 的下標 表示 的計算與像素 和 相關。 表示像素 的空間鄰域, 表示鄰域像素點的個數(如在8鄰域情況下,取 =8),將圖像梯度沿著特定的方向近似為:

最后的實驗中,我們可以采用一些需要平滑的圖像,分別用傳統的低通濾波的方法和PDEs方法進行平滑,來檢測其平滑效果。

2.2傳統講授方法及其效果

傳統方法在講授的過程中,一般采用如下步驟:

(1) 首先講解“各向異性擴散的偏微分方程”的作用:在平滑圖像的過程中,能夠較好地保持邊緣,但也能對其它部分作平滑。

(2) 講解“各向異性擴散的偏微分方程”的數學模型,特別強調擴散方程以及其中參數、算子的選擇。

(3) 對該模型進行離散化。

(4) 最后舉例說明“各向異性擴散的偏微分方程”在實際中的應用,并一定的實例讓學生閱讀,最后布置習題。

該方法在步驟(1)中,確實提到了“各向異性擴散的偏微分方程”的作用,激起學生的興趣。但是可惜的是,這個興趣只是在學生腦海里面逗留了片刻,就被后面大量的數學公式淹沒了。除了少數比較認真的學生能夠保持興趣,將這些數學公式緊扣其作用,其它學生一旦遇到聽不懂的內容,便放棄學習了。結果只能是教師一直在講課,卻只有部分學生能夠理解教師的講解。當然,最后的實例,大部分學生都會閱讀,也能讀懂,對于練習,也能模仿習題進行編程實現,最后應付考試。但對于該習題和前面講解的數學公式之間有什么關系,學生是很難理解的。我們知道,理論的創新都是來源于知識點的抽象表達,如果那些原理沒有理解清楚,即使學生升入研究生進行科學研究,也無法進行創新。

針對這種方法,我們在南京某大學設計了一個實驗,隨機抽取50名計算機應用技術專業的本科學生,選修了“計算機視覺”的課程,并且已經學習了“各向異性擴散的偏微分方程”的前續知識,我們用此方法進行講解,得到的問卷如表1所示。

從上表可以看出,96%的學生對該知識點的作用還是了解的,也就是說從課程開始學生還是有興趣的,但是自從對數學公式無法理解之后,直接影響了后面知識的理解,更不要說創新了。

3MCLA教學法的實踐

MCLA(Model Centered Learning Architecture)是基于模型的學習方法,該方法在教師引導下的獨立解決實際問題。其步驟如下:

(1) 教師根據知識點內容,結合實際應用情況,對學生進行知識點的概況介紹,提出一個典型案例,激起學生興趣。

(2) 教師用所設計的案例,采用任務驅動的示范性教學。將知識點隱含到每一個任務中,使得學生更容易接受相關的知識內容。

(3) 當教師在用系統的方法完成各項任務,成功解決問題時,學生在一旁觀察以通過觀察思考形成一種行之有效的思維方式。

(4) 布置類似的案例,引導學生進行實踐。

(5) 引導學生進行創新探索,并能針對所探索的結果進行演講。

MCLA的獨特之處在于,它不但要教會學生如何在實際問題中應用所學的知識和培養其專業技能,而且也要培養學生信息搜索和分析的能力、團隊合作的能力以及對所學知識達到綜合性理解和應用的能力。這有助于學生提高在技術探索和創新方面的技能,并使其成為一種習慣。

3.1教學過程

(1) 提出模型

在該過程中,教師首先不講解“各向異性擴散的偏微分方程”的作用,而提出一個實際圖像處理中遇到的一個問題:在出版、公安、醫學、控制等應用系統中,往往需要使用計算機來實現字符的正確識別。字符識別的過程一般是針對字符圖像輸入,運用一系列的識別算法得到正確的結果。但是,由于各種因素的影響,輸入圖像的真實性可能會受到一些損害。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斷裂和缺口,如圖1所示。

由此提出一個問題:怎樣將缺口的部分連接起來?引起學生討論,激發學生興趣。

由于學生已經學習了前續知識,不少學生可能會提到可以將圖像進行低通濾波,即:通過將圖像變平滑、模糊,用以造成字符黑色邊緣擴散,擴散之后看能否將缺口部分連起來。

于是,教師采用低通濾波方法,利用已有的程序,將該圖像進行濾波,圖2是截止頻率為80時的高斯低通濾波器得到的結果。

學生可能對該方法的效果沒有一個客觀的認識,可以提醒學生:從上圖可以看出,利用高斯低通濾波器可以較好地解決字符斷裂和缺損的問題,斷裂部分基本連接起來了,為后期的特征提取打下良好的基礎,它實際上是一個圖像平滑的過程。但是,從圖2我們可以看出,輸出的圖像雖然在斷裂處有了明顯的改進,但其邊緣卻產生了過度的模糊,從而在某種程度上可能丟失一些特征信息。此外,一個更為嚴重的后果是,針對某些線條比較密的字符,對圖像的平滑可能會造成線條的互相干涉,如 e字母,上半部分已經進行了過度的模糊,給后期的工作帶來一些障礙。因此,尋找一種既可以對字符的斷裂進行復原,又可以保證不會將字符圖像邊緣進行過度平滑的方法就非常重要。由此引出“各向異性擴散的偏微分方程”,并提出它的作用:在垂直于字符邊緣的方向不進行平滑,在沿著字符邊緣的方向進行平滑。

(2) 建立任務

任務:將圖1的斷裂字符,斷裂部分盡量連接起來,但又不要過度模糊。

任務的核心:在將字符進行平滑的時候,在垂直于字符邊緣的方向少進行平滑,在沿著字符邊緣的方向進行平滑。

任務難點:

① 怎樣知道一個像素點是否在字符邊緣?

② 怎樣確定垂直于字符的邊緣的方向和沿著字符邊緣的方向?

③ 怎樣進行平滑?

這些問題都可以讓學生在課堂上討論。

(3) 講解知識

針對第一個問題,怎樣知道一個像素點是否在字符邊緣?可以引導學生提出“圖像灰度變化率”的概念。在邊緣處,垂直于邊緣的方向,圖像灰度變化率是最大的,再次引導學生將其用數學模型表示:即梯度;而平行于邊緣的方向,字體內部,圖像的背景,灰度變化率最小。

于是,問題變成:在梯度較大的位置,圖像不要進行平滑,梯度較小的位置,圖像進行平滑。第二個問題得到解決。

通過和學生的互動討論,由此引出如下公式(具體表達式的含義已在上節敘述,此處不再重復):

并可以強調, 應該是一個關于梯度的減函數,因為當 較大,擴散必須很小,圖像的邊緣得到保持; 較小,擴散應該很大,圖像將會得到平滑。并可以說明,這就是偏微分方程里面最簡單的“各向異性擴散的偏微分方程”,也就是本節課要講解的內容。到此為止學生的興趣就完全被調用起來了。更重要的是學會了將實踐問題抽象為數學理論的方法。

接下來講解 的選取,選取各種關于梯度 的減函數讓學生評價,最后引出比較經典的選取方式:

說明理由,并對 的意義稍作說明。

這些內容講解完畢,就可以進行離散化,解決第三個問題,在這里可以讓學生進行討論離散化過程,得出如上節的離散化公式。

最后教師可以用該方法做一個實驗,圖3即為實驗效果,可讓學生和圖2的作比較。

(4) 學生實踐

通過上一步的講解,學生基本了解了“各向異性擴散的偏微分方程”進行圖像處理的方法和性質,并通過案例建立了感性認識,該步驟中可以布置一個類似的案例讓學生回去練習。并讓學生設計不同的函數 進行測試,觀察其效果。

(5) 創新搜索與演講

在布置作業的過程中,可以另外讓學生搜索一下當前偏微分方程在圖像處理方面的其它的一些應用,最好能夠

提出創新觀點,將學生分為每5人1組,各選擇不同的方面,如圖像平滑、圖像分割、圖像去噪等等。在接下來的課程中,進行演講,讓學生加深認識,培養其創新能力。

3.2教學效果

針對這種方法,我們也設計了一個實驗,另外隨機抽取50名計算機應用技術專業的本科學生,選修了“計算機視覺”的課程,并且已經學習了“各向異性擴散的偏微分方程”的前續知識,我們用MCLA方法進行講解,得到的問卷如表所示:

表2MCLA教學方法效果

說明 完全理解(%) 一般理解(%) 無法理解(%)

從上表可以看出,在MCLA方法應用于教學實踐之后,學生對該知識點的掌握程度大大加強,并且具有的創新意念更加活躍。

4結束語

該文介紹了MCLA(Model Centered Learning Architecture)教學法在高校計算機難點知識教學中的應用,針對計算機難點知識教學過程中遇到的問題,結合相關經驗,將MCLA教學方法應用到教學過程中去,以“各向異性擴散的偏微分方程(PDEs)的圖像處理”的講解為案例,闡述MCLA方法在教學過程中的應用。實踐證明,該教學方法能夠加強學生對知識的理解,取得了較好的教學效果。

該方法對教師提出了更高的要求。首先,教師應該對知識點特別熟悉,并能和相關應用案例聯系起來;另外,并不是每一個知識點都能夠尋找到相應的案例,不過可以指出的是,在計算機專業的課程中,大多數知識點都是有案例可循的。

參考文獻:

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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

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：

[1]張永梅，馬禮，何麗.圖像處理技術課程教學探討與實踐[J].計算機時代，2014，（10）：76-77.

[2]李金萍，陸玲，劉自強，徐瑋.數字圖像處理課程實驗教學改革探索[J].科技視界，2012，（7）：23-24.

篇4

關鍵詞：高校；計算機實驗室；設備利用

中圖分類號：G482 文獻標識碼：B 文章編號：1673-8454(2012)07-0056-03

隨著計算機科學技術的迅猛發展，高校人才培養構的調整，以及社會對人才技能要求的不斷提高，各高校對于教學實踐環節越來越重視。對于計算機學院來說，90%以上的專業課程都是理論和實驗相合，另有一半以上的課程需要有課程設計。在做實驗的過程中，學生才能真正將課堂中所學的技能部分付諸于實踐，并且能很好地掌握這些技能；課程設計是檢驗學生對一門課程的掌握程度，應用所學知識完成一個綜合性的任務，在這個任務中不僅考查學生對知識的掌握情況，更重要的是考查學生的設計能力以及創新能力。因此，實驗教學顯得尤為重要，直接影響到課程教學的整體質量。

作為一名實驗室管理員，如何科學有效地管理實驗室，實現實驗室的存在價值，提高實驗室的利用率和管理效率，是我們當前迫切需要解決的問題。針對我校計算機綜合實驗中心所面臨的現狀和問題，提出幾點建議和措施。

一、我校計算機實驗室管理現狀

我校計算機綜合實驗中心成立于1996年，其前身為復校以來的計算機機房、計算機中心和數字邏輯及計算機組成原理實驗室。計算機綜合實驗中心實行院、系、室三級管理為主的管理體制，實驗中心歸屬于計算機科學與工程學院，主要承擔計算機學院實驗室的建設、管理和維護工作。計算機學院現有12個實驗室，其中有兩個計算機教學機房，主要承擔全校各專業C語言、數據庫、數據構等課程的上機實驗和課程設計，其余10個均為專業實驗室，包括：大學計算機基礎教改實驗室、網絡對抗與信息安全實驗室、探測制導與控制綜合實驗室、軟件工程實驗室、計算機組成原理與數字邏輯實驗室、微機原理與接口實驗室、PLC實驗室、嵌入式綜合實驗室、計算機視覺與圖像處理實驗室、網絡工程訓練中心、計算機拆裝實驗室，共有計算機約458臺，用房面積為1220平方米。

在各級領導和實驗室工作人員的共同努力下，經過學校多次投資建設，實驗室的實驗條件和儀器設備得到很大的補充和改善，實驗室管理模式基本適合當前實驗教學的需要。

1.人員構成

我校計算機綜合實驗中心共有6名工作人員，其中高級工程師1人、工程師2人、講師1人、助理工程師1人、臨時聘用1人；6人中在編人員4人、人事1人、外聘1人。從目前的情況來看，實驗室管理人員數量不足，技術水平整體偏低，不能滿足當前的工作需要。因此需要補充專業技術人才，并且對現有人員通過培訓、進修等方式，提高其技術水平。

2.實驗設備及其使用情況

現有的12個實驗室中，大學計算機基礎教改實驗室、網絡工程訓練中心、探測制導實驗室、網絡對抗與信息安全實驗室和一個教學機房是2009年和2010年實驗室建設時期新建的實驗室。實驗設施全面，實驗設備先進，滿足了新開設專業實踐教學的要求；其余幾個實驗室，是在前期根據教學需求相繼建設而成，實驗設備相對有些落后。在應用方面，由于兩個教學機房承擔全校公共課以及計算機學院專業基礎課程的實驗和課程設計，因此利用率相對較高，而幾個新建的專業實驗室對應的課程比較少，目前利用率不高。

3.管理模式

學院成立初期，實驗室工作人員承擔所有的實驗教學，但是這種實驗和教學分離的情況存在一定的缺陷，既不利于學生的學，也不利于教師的教，因此，目前實驗室工作人員只承擔管理和維護工作，同一門課的理論教學和實驗由同一個任課教師完成。

計算機綜合實驗中心作為計算機學院一個獨立的職能部門，專門從事實驗室的建設、管理和維護工作。但是，由于實驗室人員逐步縮減，實驗任務繁重，2010年學院決定，將所有的專業實驗室劃分到對應的系，實驗中心管理兩個教學機房，并承擔所有實驗室的建設和維護工作。實行管理歸系，建設和維護歸實驗中心的兩級模式。這種兩級管理模式，一方面能夠減輕實驗中心的工作負擔，另一方面各個教研室能夠靈活應用實驗室進行教學和研究。

二、建議措施

計算機實驗室是學生掌握計算機應用能力以及計算機專業技能的重要場所，也是承擔實驗教學的基地，為理論課知識的理解提供一種重要的輔助手段。應用的好壞直接影響了課程的整體教學效果。

1.提高實驗室管理人員的技術水平

（1）鼓勵實驗室管理人員根據需要參與校外組織的技術培訓，學習新技術的同時還可以跟其他院校的同行們進行技術交流和知識共享。

（2）定期開展校本培訓，根據實驗室當前的管理現狀以及技術需求，對管理人員進行有針對性的專題培訓，解決當前實驗室管理與維護中遇到的各種疑難問題。

（3）實驗室管理人員要經常跟代課教師進行溝通，及時了解教師的需求，聽取教師的建議，技術方面的疑難問題還可以跟教師進行探討，互相學習。

2.提高實驗室的利用率和效率

（1）建設開放實驗室

建設開放實驗室，讓學生主動探索式學習，這是培養學生創新能力和動手能力的重要舉措，也是高校實驗室改革和發展的必然趨勢。開放實驗室的根本目的就是在完成正常實驗教學的前提下，最大限度地為廣大師生提供服務，使實驗室成為培養開拓型、創新型人才的重要基地。在開放實驗過程中，學生通過自主設計實驗方案，充分發揮自己的才智，最大限度地激發學生參與實踐的積極性，促進學生創新能力的培養。

實驗中心跟各個教研室協商，制定一份詳細的開放實驗計劃，確定所開設的開放實驗內容、指導教師以及具體的開放時間和地點。每學期初，由學生根據個人興趣提出申請，經實驗中心審核之后，學生方可進行實驗，實驗束時學生需要提交由實驗中心制定的實驗報告，指導教師對學生的報告要給予評價。

（2）開展校企聯合辦學

一方面，實驗中心通過承接校外各種計算機相關的培訓，在促進校企合作交流的同時，方便我校學生參與培訓，更重要的是還能提高實驗室的利用率和效率。

另一方面，通過與企業合作，借助其先進的技術和理念，大大提升了我院的實驗室建設水平；使教師和學生能充分接觸到最先進的技術和設備，將理論與實踐有效合。企業員工為學生做報告或者培訓，使學生能夠盡早地了解企業對人才的需求，為以后進入工作崗位打下堅實的基礎。

（3）有效利用淘汰設備

由于計算機技術的迅猛發展，設備的淘汰率不斷提高。為了有效利用舊設備，避免電子垃圾的產生，我們應用過時的、淘汰的設備，組建了新的實驗室和新的實驗平臺，例如：計算機拆裝實驗室和組網認知實驗室。這樣做既節約了經費、提高了設備利用率，又滿足了教學需要，同時還提高了青年教師的實踐動手能力。

3.強化實驗室管理制度

建立完善的規章制度是管理好計算機實驗室的基礎和前提，對保證正常的實驗教學秩序具有極其重要的意義。由于我們實驗室承擔了全校學生的計算機基礎課程、專業課等實驗教學，任務繁重，管理難度比較大。為了充分有效地利用實驗室，需要進行規范化的管理，這種規范化的管理必須建立在一系列規章制度基礎之上，針對學生、實驗室管理人員、計算機教師、實驗室負責人員制定相應的規章制度，如實驗室教師職責、學生實驗守則、儀器設備管理制度、實驗儀器借用制度、實驗室安全制度等。有了這些規章制度，才能夠規范不同人員的行為，從而保證實驗教學的順利進行。

4.改進實驗條件

科技是第一生產力。隨著技術的更新換代，人才培養模式的改變，現有的設備不能滿足當前教學的需要，有些設備過于陳舊，需要更新換代；對于計算機學院近幾年陸續開設的新專業，如：探測與制導，信息安全等，需要組建新的專業實驗室，從硬件建設上滿足實驗教學的要求，將我校的計算機實驗室建成既能夠滿足基本實驗教學的實驗室，又要能夠體現一定的先進性，特別是在重點實驗室的建設上要上水平，能夠跟蹤計算機實驗的最新技術。要從實驗室數量上滿足學校發展需要，從內容上滿足計算機技術迅速發展的需要。

（1）建立面向計算機學院不同方向的專業實訓基地，以提升學生專業素養為契機，通過設立開放實驗室，讓學生在正常實驗以外的時間能夠接觸到專業設備，以便更深層次地理解和掌握專業知識和技能。例如，網絡工程實訓中心，突出網絡技術的多層次技能和工程實踐訓練基地，著重營造與生產實踐相一致的工程環境，培養學生動手能力、專業技能和解決工程實際問題的能力。與此同時，學生還可以在現有專業知識基礎上進行綜合設計與創新，對多門課程內容進行整合，從不同的視角去發現和研究，發散學生的思維。

（2）建立面向全校的多層次、開放性、綜合性的計算機基礎實踐教學基地。該實踐教學基地主要以全國計算機等級考試為出發點，滿足全校學生的上機操作需要，通過安裝真實的考試環境，讓學生在考試環境下操作；提供大量的模擬試題，讓學生能夠多加練習，不斷提高技能水平。除此之外，還可以解決一部分學生對于計算機操作不熟練的問題。

（3）面向全校，以電子設計、挑戰杯、機器人、創業杯等競賽為龍頭，以科研成果轉化及產品研發為基礎，提供專業的實驗平臺，讓學生充分發揮自己的聰明才智，建立研發基地，培養學生的創新能力以及敢于挑戰的精神，促進科研成果的產品轉化，使之成為學校科技產品研發的孵化器。

三、束語

計算機實驗室管理是一門繁重而重要的工作，需要借助專業的知識技能才能將實驗室管理工作做得更好。計算機技術日新月異，硬件與軟件的更新速度也越來越快，新的問題不斷出現，作為實驗室管理員，只有在管理過程中發現問題、解決問題，并且不斷地總經驗，才能實現科學、高效、規范化管理。

參考文獻:

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關鍵詞：卓越工程師；數字媒體技術；人才培養方案；模塊化課程

1 改革思路

專業人才培養方案是對人才培養的目標與規格、內容與方法、條件與保障等培養過程和方式的描述和設計，是確定課程體系和課程標準、安排教學內容、組織教學活動的總體設計和計劃，是實施人才培養工作的綱領性文件[1]。認真制定人才培養方案，對規范人才培養過程、提高人才培養質量、實現人才培養目標起著舉足輕重的作用。面向卓越工程師的培養計劃，其培養的核心是卓越的工程設計能力、工程實踐能力和工程創新能力，不同行業的卓越工程師有不同的教育規律和培養特點。結合我校辦學的條件以及卓越工程師的培養理念和要求，我們明確了本次修訂培養計劃的思路：①明確應用型工程人才培養目標；②以培養工程能力為目的，強化實踐教學；③注重創新教育，培養學生的創新精神；④構建以能力為核心的模塊化課程體系，彰顯辦學特色；⑤堅持統一性和多樣性相結合，促進學生個性發展；⑥體現校企合作的辦學理念 突出“工學結合”的人才培養模式。

2 具體做法

2.1 明確面向卓越工程師的專業培養目標

專業培養目標回答了“把教育對象培養成什么樣的社會角色和具有什么知識、能力和素質結構”這個根本性問題，對整個專業活動起導向和規范作用，是人才培養方案中的靈魂。“卓越計劃”中指出，本科階段建議培養應用型工程師，主要是在現場從事產品的生產、營銷、服務或工程項目的施工、\行、維護。應用型人才又可劃分為工程型、技能型和技術型三種類型[2]，不同類型的人才在具備的知識能力、素質方面有共性但也有特性，不同類型應用型人才在專業發展層面側重點不一樣。

工程型人才要將科學原理及學科知識轉化為設計方案或設計圖紙，主要從事設計、規劃和決策工作，強調工程管理能力。對數字媒體技術專業來說，主要是培養具備統籌、策劃、管理能力的人才，如編導、制片、游戲策劃、設計師、創意總監等。如果不具備市場調研能力、對系統工程的掌控能力、對作品的分析評價能力、出眾的協調能力等，就很難勝任這些角色。對于這一層次類型的人才培養，需要有高質量的教師和研究隊伍、高水平的研究課題與研究成果做保障。技能型人才是在生產一線或工作現場通過實際操作將工程型人才設計出來的方案、計劃、圖紙等轉變成具體產品的人才，他們主要從事實際操作或具體運作，側重于職業崗位的具體操作，強調動作技能和經驗技能，如動畫師、渲染師、模型師、特效制作等技能型人員。技術型人才是介于工程型人才和技能型人才之間的一種人才，具有較強的綜合應用知識和技能解決現場實際問題的能力，側重于生產、管理和服務等方面技術應用開發與現場管理，主要從事組織管理操作活動并處理操作過程中的技術問題，從人力資源結構的層次來看，這類人才居于決策層和操作層之間的執行管理層。如將游戲引擎開發、數字產品開發能力為主的人才定位于技術型，就需要建立產學研相結合的人才培養模式，注重實踐性和行業性。

“卓越計劃”要求高等工程教育克服單純技能型人才的誤區，因此面向卓越工程師的數字媒體技術專業人才的培養目標不能僅僅定位在技能型人才培養上，而要側重于技術型人才培養，并不斷向工程型人才提升。

2.2 完善人才培養規格與要求

“卓越計劃”通用標準中指出，培養規格具體體現在知識、素質和能力3方面的培養要求。卓越工程師所具有的知識、能力和素質結構的特點是知識面廣，專業理論基礎扎實，專業技術能力強，有良好的思維能力和技術運用、推廣和轉換能力，能夠分析、提出方案并解決工程實際問題，能夠參與生產及運作系統的設計，并具有運行和維護能力，具有較強的創新意識以發明新技術、創造新產品。參照這一通用標準，修訂專業培養方案時，遵循“以知識為基礎、以能力為中心、以素質為目標”的原則，完善人才培養規格與要求。

2.3 重構與培養目標相一致的課程體系

專業培養目標和人才培養規格最終是通過完善的課程體系來實現的，課程體系是培養方案最核心的內容，也是專業特色的具體體現。學生所學的知識、能力和素質在很大程度上是由相應的課程體系決定的。由此可見，課程體系的構建是人才培養方案中的一項重要工作。在重構課程體系時，需注意以下4點。

1） 充分發揮自身優勢，突出特色課程體系。

高校各專業人才培養的特色都是要以課程體系的特色來體現的，要辦有特色的專業首先要有有特色的課程體系。通過對部分高校數字媒體技術專業培養方案的分析，我們發現許多高校的課程設置大同小異，并沒有依托學校已有的學科基礎、師資力量、軟硬件條件，發揮自身的優勢，凸顯自己的特色。我校數字媒體技術專業設置在信息科學與工程學院下，教師隊伍在數字圖像處理、游戲程序設計、計算機視覺、虛擬現實與可視化等方面有著豐富的教學經驗和研究成果，在此基礎上整合其他學院的教師資源，引進優質專業師資。因此，在課程的設置上偏重于游戲編程方向，同時依托“山東省智慧礦山信息技術重點實驗室”和“山東省高校數字礦山與軟件技術重點實驗室”，結合校企合作項目，開展虛擬現實與仿真方向的課程，體現出自身的優勢和專業特色。

2） 精心選擇課程，優化整合知識結構。

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[關鍵詞] 林業機械；創新人才；培養模式

[中圖分類號] G642.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）04-0089-03

0 引言

南京林業大學1958年成立“林業機械設計與制造”專業，并招收本科生，1960年成立林業機械系，1998年與其它機械類專業合并調整為機械設計制造及其自動化專業，至今該專業已經招生55屆，畢業學生二萬多人。該專業2004年被批準成為江蘇省特色專業，2009年被批準成為國家級特色專業建設點，2012年成為江蘇省“十二五”重點專業。其特色在于以林業生產機械、木制品生產加工機械為主線，以機、電、信息技術結合為支柱，培養機械設計、現代制造技術、檢測與控制、機電一體化等方面的專業人才，為江蘇和全國的林業機械企業、木制品加工企業和機電制造企業提供既有扎實的設計制造與自動化技術基礎，又有豐富的專業機械知識的特色人才。

林業機械是機械工業中的重要組成部分之一，其研究對象和產品主要服務于林業生產和木竹制品加工生產等行業。國家近幾年實行的退耕還林、天然林保護、林業產業基地建設工程等舉措，對林業生產的機械化提出了更高的要求，林業機械、木制品加工技術及裝備與國外還有相當大的差距。江蘇省地處長三角的要地，其制造業（包括農林木業機械）具有良好的發展基礎。每年對機械行業的人才，特別是林業、木工等特殊機械產業的人才需求量很大，林業機械特色專業人才的就業形勢十分旺盛[1]。但由于人才培養和教育缺乏先進方法和模式，導致林業機械化人才供求矛盾日益突出，與先進農林機械數量的快速增長形成鮮明對比，培養一批具有扎實的基礎理論知識和必要的專業知識，具備科學的思維方法、創新意識和創新實踐能力的新型林業機械化人才已成當務之急，同時也對林業機械技術人才培養提出了更高的要求。

1 創新人才培養模式的構建

林業機械涉及的門類繁多，譬如營林機械、木材生產加工機械、園林機械、人造板機械、采伐機械、廠內運輸裝備等等，僅用4年時間（半年專業課程學習時間）使學生成為勝任工作的技術人才是不容易的。過去那種以追求理論完整性為目的的培養方式是不適應當前創新型人才培養特點的，更不符合林機行業第一線工作的要求[2]，必須在人才培養的全部過程中始終圍繞林業機械特色，拓寬學生的知識領域，增強專業適應性。

1）拓寬基礎：要求學生牢固掌握必要的力學、圖學、機械原理、機械設計、機械制造基礎、液壓傳動及電工電子等基礎知識、基本理論、基本技能；

2）注重特色：根據專業結構有針對性地設置專業基礎課，其教學內容要為主干課服務；

3）創新實踐：林業機械專業的實踐性很強，紙上談兵不能培養扎實的技能，加強實踐和應用性知識的比重，提高學生分析解決實際問題的能力，學以致用；

4）能力培養：還要注重人文科學管理知識的滲透，培養學生廣泛的興趣，使他們具有一定的社會交際能力，適應未來工作環境。

本文以南京林業大學的機械設計制造及其自動化專業為主體，以林業機械特色為核心，構建了“專業+特色”、“理論+實踐”、“創新+能力”的多元化人才培養模式。重點培養“理論-創新-實踐-信息”相結合的人才。通過調整原有教學、人才培養思路，把科學和技術結合起來，把理論和實踐結合起來，在人才培養方案、課程教材、教學方式等影響專業特色人才培養的關鍵環節進行了綜合改革與實踐。

2 創新人才培養模式的實踐

2.1 實施以“寬機械基礎+重林業特色”為結構特征的多元化創新人才培養方案

在多元化人才培養模式過程中不僅強調了機械類設計專業的通識課程的掌握，更在專業特色課程和專業實踐環節方面突出了林業機械特色。具體如下：在專業課程學時有限的情況下，將營林機械、采伐機械等合并入林業機械課程當中；將木材加工機械、人造板加工機械和廠內運輸與氣力輸送合并為木工生產加工裝備課程當中；以林業機械、木工生產加工裝備、現代設計方法作為專業的必修課程，既突出專業特色，也強調了現代林業機械設計方法的重要性。將園林機械、泵與風機、林業機器人、機械創新設計納入選修課程體系當中，同時增設了農林信息化技術與裝備和生物機電裝備的新課程，適應行業發展需要；圍繞林業機械特點將專業介紹、金工實習、認識實習、特色專業創新設計、生產實習、專業課程設計、畢業設計等實踐環節貫穿于整個大學四年學習當中，使學生循序漸進熟悉林業機械行業，融入林業機械設計研究領域。

2.2 實踐了“教材+教學方法+實驗室資源”的特色專業課程教學改革

隨著林業機械創新人才培養目標及培養方案的確立，構建新的課程體系和改革教學內容是勢在必行，也要落實到每門課程和每個教學環節。林業機械專業課內容應力求體現我國當前林業機械的生產實際，兼顧國外林機現狀，不能滯后也不能過于超前，不能局限于認識，以免使學生畢業后有理論不能聯系實際之感。林業機械系在構建的“公共基礎—專業基礎—專業—實踐” 四模塊的課程體系基礎上，通過建立以林業機械為核心的優秀教學團隊，在專業教材建設、教學方法研究、實驗室資源利用等三個方面進行了大膽的實踐。下面就林業機械專業課程的教學改革的探索談些體會。

“營林機械”是機械設計制造及其自動化專業的主干課程之一，在南京林業大學已經開設50多年，該課程既包括基本理論計算、基本構造和工作原理，又包括正確設計、使用和調整。是一門理論與實踐結合較強的專業課程。目前，該課程學時已由原來的120學時逐漸壓縮到48學時。在減少課時、不減少基本內容的情況下，使學生掌握該門課程，營林機械進行了課程改革探索[3-6]。

1）營林機械課程突出了“內容新、信息量大、知識覆蓋面寬、理論和應用并重” 的原則，更名為“林業機械”，刪除了一些過時的或與林業機械化發展需求不太相適應的內容，并以林業作物的完整生長過程和相應的林業操作為主線，各個生長階段對應的林業機械為支線，構建了林業機械課程教學平臺，建設了林業機械教學資源庫，增加了如精確林業技術與裝備、林業信息化技術應用等先進技術的介紹；

2）課程教學采用多媒體課件教學為主、板書為輔的教學方式，運用信息化技術分析典型農業機械的工作原理，解剖典型機構的特點，分析其參數的設計過程，訓練了學生對林業機械產品的性能設計和產品開發的各種創新思維方法；采用了啟發、視頻、第二課堂等靈活多樣的教學方法，將理論講授與實踐環節有機結合，培養了學生的自我獲取知識、獨立分析問題和解決問題及語言表達等能力；

3）加大課程開放力度，充分利用現代林業機械實驗室資源，如：林業機械陳列室、科學研究實驗室、教學實驗室和綜合測試實驗室等，修訂試驗大綱，增加了木材切削機械、病蟲害防治機械、挖坑機等綜合性、設計性課內試驗內容；通過與省內外林業機械生產企業，如常州林機廠和蘇州林機廠等長期開展科研合作和實踐實習，教學聯系實際，促進學生創新能力的培養和基本實踐技能的訓練。

2.3 以學科優勢、科研創新為支撐，構建了專業特色創新型人才培養模式

林業機械系依托林業工程國家一級重點學科、機械工程一級學科、檢測技術與自動化、農業機械化工程兩個二級學科作為強有力支撐，充分利用學科科研優勢帶動專業發展。利用學科及實驗室的優良平臺為本科教學實踐服務，使科研優勢反哺專業建設。通過鼓勵學生參與實踐創新大賽、訓練項目和教師科研項目，提高學生的創新意識和創新思維，促進林業機械技術人才創新能力的培養。

根據林業機械特色，課程設計、畢業設計環節中學生積極參與“挖坑機鉆頭的設計”、“高射程噴霧機設計”、“林木修剪機械設計”、“林果收獲機械設計”等等內容，鍛煉了學生獨立思考和結構設計能力；2012年本專業學生承擔了江蘇省大學生實踐創新訓練項目“便攜式生物農藥噴灑技術的研究”，應用機械設計知識進行相關研究，驗收成績為優秀，提高了學生的專業能力和創新能力；學生實行導師制，積極參與教師科研項目“挖坑機的設計”、“森林病蟲害防治裝備設計”、“森林滅火裝備的設計”、“油鋸的設計”等等，對林業機械裝備的設計及應用的認識更加直觀，積累了設計經驗；本專業學生完成的“基于計算機視覺技術的林木病蟲害防治農藥自動噴霧系統”課題，“小型脈沖式熱煙霧機發動機研究”課題的作品在全國大學生“挑戰杯”科技創新競賽中均榮獲三等獎。學生在參與大賽過程中受益匪淺，不僅了解了多種林業裝備的設計過程，而且增強了創新意識和團隊合作的創新能力。

3 結束語

總之，在國家級特色專業建設點項目的指導下，結合南京林業大學林業機械特色，在專業教學改革和課程體系設置方面都有了很大的突破，開展了林業機械相關課程及實踐環節的教學改革探討與實踐，在林業機械創新人才培養方面取得了較好的效果。但是，也要清楚的認識到，在以林業機械為特色的創新人才的培養過程中，文化知識、技術基礎知識、專業知識的傳授手段和方法還需要進一步探索和實踐，作為專業教師應該繼續在林業機械特色人才培養過程中積極探索，不斷創新，為國家培養出更多有專業特色的合格技術人才。

參考文獻

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