工科计算机类专业的课程思政探索——以《数字图像处理》课程为例.pdf

第 卷第期 年月兰州文理学院学报(自然科学版)J o u r n a l o fL a n z h o uU n i v e r s i t yo fA r t sa n dS c i e n c e(N a t u r a lS c i e n c e s)V o l N o J u l 收稿日期:基金项目:年甘肃省高校课程思政建设研究项目(G S k c s z )作者简介:黄珍(),女,湖北黄冈人,教授,硕士,研究方向为数字媒体、图像处理 E m a i l:g s u h u a n g z h e n c o m文章编号:()工科计算机类专业的课程思政探索 以 数字图像处理 课程为例黄珍,王万军(兰州文理学院 数字媒体学院,甘肃 兰州 )摘要:工科课程思政要强化学生工程伦理教育,培养学生精益求精的大国工匠精神,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当本文以 数字图像处理 课程中的思政建设为例,将知识传授和立德树人相统一,根据工科课程的特点挖掘思想政治元素和价值意涵,设计章节思政典型案例,教学中将专业内容与思政元素、典型案例相结合,将价值引领融入专业课程教学中,为探索和实践适合工科计算机类专业其他课程的思政建设提供思路和实践经验关键词:工科;课程思政;数字图像处理;典型案例中图分类号:G 文献标志码:AE x p l o r a t i o no fC u r r i c u l u mI d e o l o g i c a la n dP o l i t i c a lE d u c a t i o nf o rE n g i n e e r i n gC o m p u t e rM a j o r s T a k eD i g i t a l I m a g eP r o c e s s i n ga sa nE x a m p l eHU ANGZ h e n,WANG W a n j u n(S c h o o l o fD i g i t a lM e d i a,L a n z h o uU n i v e r s i t yo fA r t sa n dS c i e n c e,L a n z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ei d e o l o g i c a la n dp o l i t i c a le d u c a t i o no fe n g i n e e r i n gc o u r s e ss h o u l ds t r e n g t h e ns t u d e n t se n g i n e e r i n ge t h i c se d u c a t i o n,c u l t i v a t es t u d e n t ss p i r i to f e x c e l l e n c e,a n ds t i m u l a t es t u d e n t sf e e l i n g s a n dm i s s i o no f s e r v i n g t h e c o u n t r yb ys c i e n c e a n d t e c h n o l o g y T a k i n g t h e i d e o l o g i c a l a n dp o l i t i c a l c o n s t r u c t i o n i nt h ec o u r s eo fD i g i t a l I m a g eP r o c e s s i n ga sa ne x a m p l e,t h i sp a p e rc o m b i n e sk n o w l e d g ei m p a r t sw i t h m o r a le d u c a t i o na n dc u l t i v a t i n gp e o p l e,e x c a v a t e s i d e o l o g i c a l a n dp o l i t i c a l e l e m e n t sa n dv a l u e i m p l i c a t i o n sa c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f e n g i n e e r i n gc o u r s e s,d e s i g n st y p i c a l i d e o l o g i c a la n dp o l i t i c a lc a s e si nc h a p t e r s,c o m b i n e sp r o f e s s i o n a l c o n t e n tw i t h i d e o l o g i c a l a n dp o l i t i c a l e l e m e n t sa n dt y p i c a l c a s e s i nt e a c h i n g,a n di n t e g r a t e sv a l u eg u i d a n c e i n t o t h e t e a c h i n go f p r o f e s s i o n a l c o u r s e s I tp r o v i d e s i d e a s a n dp r a c t i c a l e x p e r i e n c e f o re x p l o r i n ga n dp r a c t i c i n gi d e o l o g i c a l a n dp o l i t i c a l c o n s t r u c t i o ns u i t a b l ef o ro t h e rc o u r s e so f e n g i n e e r i n gc o m p u t e rm a j o r s K e yw o r d s:e n g i n e e r i n g;c u r r i c u l u mi d e o l o g i c a l a n dp o l i t i c a l;d i g i t a l i m a g ep r o c e s s i n g;t y p i c a lc a s e 年月,教育部印发了 高等学校课程思政建设指导纲要,指出高校要深化教育教学改革,充分挖掘各类课程的思想政治资源,发挥好每门课程的育人作用,全面提高人才培养质量在文件中明确了不同课程思政建设目标要求和内容重点,要结合专业特点分类推进课程思政建设,理学、工学类专业课程要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来,提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力工学类专业课程,要注重强化学生工程伦理教育,培养学生精益求精的大国工匠精神,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当 本文以兰州文理学院校级一流课程 数字图像处理 课程为例,遵循工科课程特点,通过系统梳理课程的具体教学内容,深度挖掘思想政治元素和价值意涵,将课程思政融入专业人才培养全过程,探索和实践适合计算机类专业的课程思政实现路径,以期达到润物无声的育人效果1工科计算机类专业的课程思政建设现状及路径1 1.1 1建设现状及存在的问题课程思政建设是实现高校立德树人根本任务的关键环节,目前很多高校已经将其作为一项长期性、系统性的工程,以“全员、全程、全方位”育人为引领,推进各类专业课程与思想政治理论课同向同行,发挥协同育人作用 此项工作在文科类专业中推行和实施较好,在工科计算机类专业课程普遍具有专业性、实践性、科学性等特点,在教育教学过程中仍存在重专业、轻思政的现象在针对教师考核的过程中,也存在对教师专业素养要求较高,而忽视教师思想状况等情况,主要表现在以下方面()目前高校课程思政的落实情况依然存在较为明显的知识、技能教育与价值、思想教育分离的局面,重视以科学技术知识为主导的知识教育而忽略了对学生的价值引导,不能充分发挥高校课程体系的合理育人作用;()理工科专业教师的思想政治理论知识相对较薄弱无论是在专业课中思政元素的挖掘,还是在课程教学实施中思政元素的渗透,亦或是在渗透思政教育的时机选择等方面,理工科专业背景教师思想政治理论知识均显得较为薄弱,这也成为影响课程思政效果的关键因素;()课程思政与工科专业课程融入不够广泛和深入工科计算机类专业具有专业素养要求高、实践性强的特点,并不是所有知识点都可以轻易挖掘出课程思政融合点,还存在简单举例、强行植入等问题1 1.2 2 数字图像处理 课程思政建设路径()作好顶层设计根据工科计算类专业特点,构建以专业为依托的特色课程思政体系,以建设课程思政示范课为抓手,将专业内容与思想政治教育有机融合以培养学生数字图像处理的基础知识和基本分析方法为基础,在教学中注重培养学生对数字图像处理基本原理的深入理解,理清思政元素与专业内容之间的关系,培养学生应用数字图像处理工程问题的分析和设计能力()发挥图片思政和数据思政的巨大力量 数字图像处理 课程主要学习图像处理的各种技术,而图像本身蕴含着巨大的思政教育价值,教学中选取如文化古迹、祖国大好河山、革命历史和优秀人物等图片,将中国优秀传统文化、人物优秀品质、唯物辩证法贯穿到课程教学中,充分发挥图像思政和数据思政的力量使用 年周恩来总理在亚非会议上发言的旧照片作为直方图均衡化的示例图像(如图所示),引入时代背景,激发学生的报国热情图图片思政示例()培养学生“求真”的科学探索精神,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当数字图像处理课程是典型的工科课程,知识点多、理论内容多、实践性强,结合课程特点、我校学生学情和所学专业特点,在专业课教学中摒弃了传统数学推导讲解算法的授课方式,在授课中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,从而培养学生的工程实践能力该课程中思政教育的主线是从科学本源出发,在不同的章节中围绕主线渗透兰州文理学院学报(自然科学版)第 卷不同的思政内容,培养学生“求真”的科学探索精神,同时培养学生实时了解科技领域前沿成果的能力,增强学生的创新意识此外,依托当前计算机视觉、人工智能领域的蓬勃发展,培养学生将所学知识转化为推进社会发展动力的责任感和使命感2 数字图像处理 课程思政实践2 2.1 1课程教学章节与思政融入点设置根据课程教学目标和大纲的有关要求,将重要知识点及其对应的思政元素一一梳理,最终形成融入思政元素的课程教学模块,教学章节和思政融入点之间的对应关系如表所列2 2.2 2课程思政融入点教学范例 绪论章节教学范例在绪论章节主要讲解图像的基本概念和应用领域,介绍数字图像处理技术的国内外发展历史介绍数字图像处理技术的应用现状,以近几年手机支付、人脸识别等应用的普及为例,让学生真实感受图像处理的实际应用同时充分发挥图片思政和数据思政的力量,展现一系列国内外数据应表 数字图像处理 课程教学章节和思政融入点之间对应关系章节知识点思政融入点实现形式绪论数字图像处理的具体应用及前沿技术科技是把双刃剑,技术也会被居心不良的人利用,守牢工程伦理底线举例引申、课堂讨论数字图像处理基础视觉感知特性及人眼错觉眼见不一定为实、真实来源于实践;数字媒体技术专业的虚拟显示、混合现实方向发展前景举例引申、上机实验图像变换图像的算数运算说明工程伦理的要求,实例说明视频、图像的恶搞和造假引起的社会影响实例演示,课堂讨论傅里叶变换介绍傅里叶生平和取得的成绩,引出傅里叶理论首次提出时的遭遇,引导学生在追求真理的道路上不要迷信权威,要坚持不懈视频、动 画 演 示;翻转 课堂教学及课 堂讨论图像增强平滑和锐化对比图像平滑和锐化后噪声和边缘的不同变化,引导学生合理制定目标,懂得取舍实例演示,原理引申均值滤波和中值滤波近朱者赤、近墨者黑原理引申图像恢复图像去雾算法介绍图像去雾算法,引出科学研究不要拘泥于现有框架,要勇于开拓创新,把握时代的机遇,共筑中国梦问题出发,启发式教学退化模型和复原方法目前普遍采用人脸识别、图像复原等技术手段从监控中恢复图片和视频,作为作案现场的证据进行破案举例引申图像分割基于K m e a n s的图像分割算法物以类聚,人以群分,引导学生多向优秀的人学习,拓宽好的交际圈,提升认知层次视频、动画及微课演示;原理引申图像描述图像特征和特征提取多方面特征决定了人的高度,引导学生全面发展原理引申用对比,提升学生的民族自豪感通过展望数字图像处理技术的应用前景,介绍当前我国在数字图像处理相关领域所取得的成就及扶持政策代表性案例选取美国 世纪 年代通过发射遥感卫星来获取和分析图像,获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图,为人类登月创举奠定了基础,也推动了数字图像处理学科的诞生由于当时我国建国不久,科技发展较为落后,数字图像处理领域还处于空白通过给学生讲解我国数字图像领域的专业发展史、学科建设史、知识变迁史的历程,让学生真实地感受到我国科技发展的迅速,同时也意识到与发达国家技术上的差距,从而激发学习和创造的热情,培养学生对该领域发展前景的信心及投身于该领域研究的决心结合实事,融入当前新冠疫情相关内容,介绍远程医疗、A I算法诊断等新技术,向最美逆行者致敬 图像处理基础章节教学范例在图像处理基础章节主要讲授视觉感知基础、图像的采样和量化、数字图像的表示和数字图像的分辨率等内容通过讲解人类视觉模型,让学生学习到人类视觉并不完全是真实景物的直接反映,而是包括大脑加工部分,会出现视觉错觉等,证实眼见也不一定为实代表性案例选用真实图像在不同环境中的对第期黄珍等:工科计算机类专业的课程思政探索比会使人产生错觉效果的实例,用M a t l a b实验验证错觉图像数据的真实性同时列举经典的“两小儿辩日”的故事证明眼见不一定为实的道理,教会学生要在日常生活中学会透过现象看本质,看的同时要多思考、多实践尤其针对工科生,一定要用追求科学的精神去实践、去验证,正所谓“实践出真知”图像变换章节教学范例在图像变换部分,通过介绍傅里叶生平和他取得的伟大成绩以及傅里叶怕冷的小故事调动学生学习积极性,引出傅里叶理论首次被提出时的遭遇,教育学生追求真理的科学精神介绍傅里叶变换的原理和数学推导过程,让学生理解图像频谱的物理意义,通过翻转课堂引导学生从本质上进行理解的能力代表性案例选取傅里叶变换被提出并发表的曲折历程(如图所示)傅里叶在 年研究热传导问题的时候就提出了傅里叶变换,但论文遭到当时科学界泰斗拉格朗日的反对而未发表;年再对研究进行了不断的补充和完善后仍未发表,但他并为因此放弃研究,年他终于将论文的数学部分扩充成为一本书 热的解析理论 进行出版,成为数学史乃至科学史上公认的一部划时代的经典著作通过案例引导学生不要迷信权威,不断创新,不断追求真理,同时要在追求真理的道路上坚持不懈、精益求精图图像变换章节思政融入范例 图像复原章节教学范例在图像复原章节主要讲授图像复原的基本概念、原理,常见退化模型及辨识方法等通过介绍典型的图像去雾算法,提到何恺明博士 年的C V P R最佳论文,说明该算法思想简洁的特点拓展介绍何凯明博士在计算机视觉领域取得的卓越成就以及深度残差网络R e s N e t,引导学生了解更多的专业领域优秀学者和学科前沿,增强专业素养代表性案例选用牛顿建立的行星运行轨道模型,它仅为一个椭圆的实例引入“大道之行在于简”,告诉学生一个正确的数学模型应该在形式上是简洁而优美的,引导学生体会简洁性的数学之美,同时也明白现实世界是复杂和简单的结合体,简洁就是拨开迷雾、去伪存真的过程,也引导学生树立正确的科学探索精神3 数字图像处理 课程思政实践效果3 3.1 1改革课程评价面向学生和教师对课程思政改革实践进行评价面向学生,强调学生学到了什么,不仅通过传统方式考核专业水平和课程掌握情况,还从思想政治素养、个人品格和科学探索精神等方面进行评价,将思政评价指标点融入原考核要求并计入总评考核,考核方式及指标点如表所列表 数字图像处理 课程考核方式及思政评价指标点考核评价方式考核比例思政评价指标点出勤 责任心,学习态度课堂表现 精神状态,思政素养,创新探索精神课后作业 诚信,求真务实精神,科学探索精神实验项目及报告 团队协作,科学探索精神期末考试 核心价值观、科技报国使命担当精神面向教师,强调专业水平和思政素养、教学水平和思政能力的双提升,进一步明确自己达到了哪些方面的要求,还有哪些不足,激发教师不断自我反思、自我完善、自我发展3 3.2 2课程思政实践效果课程思政建设针对数字媒体技术专业学生进兰州文理学院学报(自然科学版)第 卷行了为期两个学期的教学实践选课学生的思想政治素养明显提升,学习积极性、主动性大大增强期末评教调查显示,两个学期近 名同学中,大多数同学都对本课程教学效果感到满意,其中有同学给出了肯定的评价意见,表示以前主要关注点集中在专业知识本身,现在则会在学习过程中思考别人是怎么做的,我为什么要这么做,学习目标明确了,学习也有了动力在课程学习中学会发现科学原理中蕴含的哲学意义,发现了思考的快乐,找到了学以致用的方向,提高了学习兴趣和积极性,在树立正确的人生观、价值观等方面也有了一定的收获同时课程思政建设也提高了教师的教学和思政能力,通过年的课程思政建设,教师对党的教育方针政策、社会主义核心价值观、唯物辩证法等有了更深刻的理解,对社会热点更加关注,提高了对社会不良思潮的辨别能力,也探索出了适合课程的“图像思政数据思政”的思政建设路径,提高了自身的思想政治觉悟4结语通过对 数字图像处理 课程思政建设的探索与实施,初步达到了激发学生学习兴趣和思政育人的功能,探索了将专业课程教学与思想政治教育更深入结合的方式,教学达到了预期效果,同时也为同类其他课程的课程思政建设提供了一些借鉴,有助于推动工科计算机类专业课程思政建设参考文献:中华人民共和国教育部教育部关于印发 高等学校课程思政建设指导纲要 的通知E B/O L()h t t p:/w w w m o e g o v c n/s r c s i t e/A /s /t _ h t m l 北京市人民政府网站中共北京市委教育工作委员会北京市教育委员会关于印发 全面推进北京高等学校课程思政建设工作方案 的通知E B/O L()h t t p:/ww wb e i j i n g g o v c n/z h e n g c e/z h e n g c e f a g u i/t _ h t m l 张勇,张凌云,宋小辉应用型本科专业课课程思政教学改革研究 以“复合材料飞机设计与制造”为例J装备制造技术,():陈堃“三全育人”视域下高职课程思政建设探究J船舶职业教育,():王强,诸云科学家精神融入高校理工科专业课程思政的思考 J南 京 理 工 大 学 学 报(社 会 科 学 版),():刘红毅,张军,张峥嵘“数字图像处理”课程思政教学实践 以图像变换单元为例J教育教学论坛,():魏晗,陈刚,唐永旺,等 数字图像处理 的教学改革与实践J中国信息技术教育,():邓运生,王艳春,薛大为,等新工科背景下 数字图像处理 课程思政教学探索J 廊坊师范学院学报(自然科学版),():,于力,陈忠道“新工科”背景下课程思政的案例设计与实施 以“数字图像处理”课程为例J工业和信息化教育,():,韩莉面向工业控制的图像处理系统硬件平台的研究D武汉:华中科技大学,责任编辑:李岚第期黄珍等:工科计算机类专业的课程思政探索