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第1篇：計算機視覺課程設(shè)計范文

人才培養(yǎng)是高校的一項核心任務(wù)，國家教育“十二五”規(guī)劃綱要第七章（高等教育）第十九條中明確指出要提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，牢固確立人才培養(yǎng)在高校工作中的中心地位，著力培養(yǎng)信念執(zhí)著、品德優(yōu)良、知識豐富、本領(lǐng)過硬的高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才，強化實踐教學環(huán)節(jié)Ⅲ。然而，社會仍存在“畢業(yè)生難找對口工作，用人單位難找優(yōu)秀人才”的現(xiàn)象。麥可思研究院獨家撰寫、社會科學文獻出版社正式出版的《2012年中國大學生就業(yè)報告》中提出，計算機科學與技術(shù)專業(yè)連續(xù)兩年成為本科就業(yè)紅牌警告專業(yè)。究其原因，并非社會不需要大量的計算機專業(yè)人才，而是一些高校計算機專業(yè)的人才培養(yǎng)模式不夠合理，重基礎(chǔ)理論，輕實踐操作；強調(diào)知識學習，忽視開拓創(chuàng)新，最終導致畢業(yè)生與企業(yè)的需求存在很大差距，造成用人單位與學生無法有效對接的尷尬局面。

1 “DIY”培養(yǎng)理念的含義

計算機專業(yè)實踐性要求非常強，高等學校的計算機教育不僅要讓學生掌握扎實的理論基礎(chǔ)，還要培養(yǎng)他們的開發(fā)能力和創(chuàng)新意識，尤其是較高的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。杭州電子科技大學計算機學院提出“DIY”（Do It Yourself）的培養(yǎng)理念，強調(diào)學生在教學過程中的主體地位，鼓勵學生從做中學，重視學生在教學和實踐過程中動手能力和創(chuàng)造能力的提高，在教學中始終貫穿“興趣驅(qū)動一實踐貫通一強化能力”這條主線，鍛煉學生的自我學習能力；指導教師則根據(jù)知識更新、學術(shù)發(fā)展和社會需要的情況，對教學工作進行改進，以適應(yīng)情況變化。“DIY”培養(yǎng)理念改變了傳統(tǒng)的“教師講、學生聽”模式，一切以學生為中心，充分調(diào)動他們的積極性和主動性，學生也在不斷的實踐中提升了自身能力。

2 “DIY”特色人才培養(yǎng)模式改革方案

2.1 重建課程體系，緊跟專業(yè)前沿

計算機行業(yè)發(fā)展迅速，知識更新節(jié)奏快，學生往往對流行的技術(shù)倍感興趣。如果一直沿用陳舊的課程體系，與專業(yè)前沿技術(shù)脫節(jié)，那么人才培養(yǎng)將成為空話，因此應(yīng)結(jié)合社會經(jīng)濟發(fā)展對人才的需求，對課程體系進行系統(tǒng)規(guī)劃，對現(xiàn)有課程體系中不適應(yīng)時展的部分進行大力改革，聘請國內(nèi)外著名計算機教育專家為顧問，以科研一線教師、教學骨干為核心，成立課程體系建設(shè)專家組，負責課程體系的制訂與改革；選派教師參加國內(nèi)外重要教學研討會，如教育部高等學校計算機科學與技術(shù)教學指導委員會組織的系列教學改革研討會，吸收國內(nèi)外計算機教育一流高校及優(yōu)秀地方高校的成功經(jīng)驗，結(jié)合省情、校情對培養(yǎng)計劃及各課程的教學內(nèi)容進行了修訂，大力建設(shè)課程體系與配套教材；在現(xiàn)有經(jīng)典課程的基礎(chǔ)上，融合專業(yè)發(fā)展趨勢與最新前沿技術(shù)，推出具有時代特征、教學與應(yīng)用協(xié)調(diào)的課程群。

針對計算機科學與技術(shù)專業(yè)學生好“軟”怕“硬”、選課隨意性大、不能形成完整的知識體系等切實問題，杭州電子科技大學計算機學院在課程體系上進行改革創(chuàng)新：從基礎(chǔ)課抓起，通過“DIY”教學手段，逐步培養(yǎng)和提高學生的學習興趣，將計算機新技術(shù)和新方法納入新課程體系建設(shè)，逐步形成“1個平臺、3個層次、4個方向”的立體化課程體系。

1）1個平臺。

以計算機基礎(chǔ)課程（包括公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課）為平臺，學生通過基礎(chǔ)課程學習掌握專業(yè)必需的基礎(chǔ)知識，對重要的專業(yè)基礎(chǔ)課如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)等均分別設(shè)置至少2周的課程設(shè)計，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題和動手實踐的能力，為后續(xù)課程打下堅實基礎(chǔ)。

2）3個層次。

按照由淺入深、從基礎(chǔ)到應(yīng)用的培養(yǎng)思路，將課程設(shè)置為“3個層次”的課程群，即基礎(chǔ)應(yīng)用性課程、專業(yè)能力性課程、專業(yè)創(chuàng)新性課程。通過這些課程的教學，培養(yǎng)學生的基本技能、新技術(shù)應(yīng)用能力、實際開發(fā)能力與綜合創(chuàng)新能力，同時結(jié)合當前計算機技術(shù)熱點，將前沿技術(shù)相關(guān)課程納入培養(yǎng)計劃，開設(shè)Android操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用開發(fā)、多核編程技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與NesC編程論、物聯(lián)網(wǎng)與Web服務(wù)、腦機接口系統(tǒng)概論等多門新課程，使學生能接觸到更多的前沿和熱點技術(shù)。

3）4個方向。

在專業(yè)課程設(shè)置上分為4個方向，分別是嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用、計算機視覺、認知與計算。學生學完基礎(chǔ)課程之后，可以依據(jù)自己的興趣愛好選擇相應(yīng)的專業(yè)方向進行系統(tǒng)學習，從而避免沒有目標、胡亂選課的現(xiàn)象通過這種“菜單式”模塊化專業(yè)方向的學習，學生對該專業(yè)相關(guān)知識有了全面、系統(tǒng)的了解和掌握，提高了就業(yè)競爭力，同時也為繼續(xù)學習和研究指明了方向。

（1）嵌入式系統(tǒng)，著重培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計能力。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用，學習物聯(lián)網(wǎng)工程與技術(shù)方面的基本理論和基本知識，接受從事開發(fā)與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本訓練，著重培養(yǎng)開發(fā)、應(yīng)用與管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的能力。

（3）計算機視覺，著重培養(yǎng)智能視覺處理能力以及嵌入式視覺開發(fā)和設(shè)計能力。

（4）認知與計算，著重培養(yǎng)人工智能應(yīng)用領(lǐng)域的軟硬結(jié)合的高級復(fù)合型人才。

2.2 提供先進平臺，加強實踐教學

實踐環(huán)節(jié)由校內(nèi)實踐與校外實踐兩個力一面有機組成。校內(nèi)實踐包括課程設(shè)計、工程訓練與畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，校外實踐鼓勵學生到院企共建的實訓基地完成工程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和實訓實習等。

1）依據(jù)“DIY”理念，構(gòu)建先進的實踐教學平臺，實現(xiàn)隨時隨地學習。

首先，程序設(shè)計類基礎(chǔ)課程依托自主研發(fā)的在線學習與測評系統(tǒng)（HD Online Judge），該系統(tǒng)全天候地向全球免費開放，能實時評判和反饋學生提交的作業(yè)，按照一定規(guī)則根據(jù)作業(yè)完成情況自動排名，以營造競爭性的學習氛圍，“DIY”contest功能允許學生創(chuàng)建自己的在線比賽這種“課內(nèi)課外緊密結(jié)合、學習競賽互為促進”的教學模式廣受學生歡迎，2011年注冊用戶提交量逾180萬次，超過國內(nèi)所有高校的同類系統(tǒng)，極大地提高了杭州電子科技大學計算機學院學生的程序設(shè)計能力。

其次，在專業(yè)培養(yǎng)中突出硬件特色，對于計算機組成原理、系統(tǒng)可編程單片機等課程實驗，研制多種靈活的、高性價比的學習板（如 Startkit），鼓勵學生將實驗帶回宿舍，以彌補實驗室教學的不足，實現(xiàn)隨時 隨地學習。

最后對于軟件實訓類課程，搭建一個基于云計算技術(shù)的實訓平臺，主要用于軟件工程和項目的實踐環(huán)節(jié)，學生可以利用各種終端設(shè)備（包括手機等）在異地運行大型軟件，進行大型軟件項目的分析、設(shè)計與實現(xiàn)。

這些先進的實踐平臺打破了時間和空間的限制，使得學生可以利用課余時間做實驗，隨時隨地進行協(xié)同開發(fā)，大大提高了實踐能力和創(chuàng)新能力。

2）利用地區(qū)優(yōu)勢，加強校企合作，打造校外實訓基地。

在計算機行業(yè)發(fā)展的新形勢下，學生直接參與企業(yè)實訓能夠快速提升自身能力，為此杭州電子科技大學計算機學院與Sun公司、阿里巴巴、天堂軟件、浙大網(wǎng)新等15家高新企業(yè)共建實訓基地，與美國WinRiver公司聯(lián)合建立Vxworks聯(lián)合實驗室與培訓中心、與美國Google公司聯(lián)合建立谷歌Android實驗室，重點培養(yǎng)學生的工程實踐能力與團隊協(xié)作能力。此外，還開設(shè)若干校企合作課程，如與英特爾公司合作，將其先進的嵌入式技術(shù)融入原有的嵌入式課程體系中，利用公司提供的軟硬件條件幫助學生掌握基于英特爾凌動TM嵌入式平臺的研發(fā)技能，為培養(yǎng)出具有競爭實力、掌握先進技術(shù)、滿足時展需求的人才打下良好基礎(chǔ)。

2.3 實施創(chuàng)新工程，鼓勵參與競賽

1）推行創(chuàng)新性實驗項目，實行創(chuàng)新能力學分制度。

鼓勵學生進實驗室，盡早參與教師的科研項目，設(shè)立本科生創(chuàng)新計劃項目，以立項并給予經(jīng)費支持的形式鼓勵學生參加科技創(chuàng)新活動，這些措施可以為各類學科競賽奠定廣泛的基礎(chǔ)。教師應(yīng)鼓勵有一定實踐和項目經(jīng)驗的學生自發(fā)組團，參與各類省級、國家級創(chuàng)新項目，在學生之間形成“你追我趕”的良好氛圍，在項目的帶動下促進學生提升整體能力。

杭州電子科技大學計算機學院2010年起將創(chuàng)新能力學分納入人才培養(yǎng)體系，推出《創(chuàng)新能力學分實施細則》。本科生參加院系及校級以上的一系列具有創(chuàng)新性的活動，包括科學研究、技術(shù)開發(fā)、發(fā)明創(chuàng)造、學科競賽、撰寫學術(shù)論文等，若取得標志性的科技成果、獲得各類資格等級證書或競賽獎勵，均可得到一定的創(chuàng)新能力學分。

2）構(gòu)建各類競賽體系，引導激勵多管齊下。

作為創(chuàng)新教育的重要內(nèi)容，大學生科技競賽對于激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作精神，提高分析和解決問題的能力有著極為重要的作用，因此科技競賽是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的有效手段。杭州電子科技大學計算機學院以科技競賽為抓手，建立各種競賽組織、集訓、選拔的長效機制，開設(shè)與競賽配套的全校性任選課，組建ACM協(xié)會、電腦硬件協(xié)會，擴大競賽的影響面，激發(fā)學生學以致用的興趣，提高學生的綜合素質(zhì)，帶動整個專業(yè)人才培養(yǎng)良性發(fā)展。

根據(jù)各項競賽激勵政策，對獲得國家和省級各類學科競賽等級的學生給予成績、學分和物質(zhì)3種獎勵，對指導教師給予績效獎勵和課時補貼，調(diào)動廣大師生的參與熱情，在全院范圍內(nèi)形成師生共同備戰(zhàn)、積極參賽的良好氛圍。

2.4 嚴把教學環(huán)節(jié)，保障教學質(zhì)量

教學過程管理是創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的保障。杭州電子科技大學計算機學院引入IS09000質(zhì)量管理體系標準，借鑒其過程化管理、按要素評估的思想，建立了一套完善的計算機專業(yè)教學質(zhì)量控制和保障體系，形成了組織機構(gòu)健全、職責分工明確、教學目標清晰、考核手段健全、過程管理嚴格、檔案記錄詳實、定期總結(jié)講評的專業(yè)管理模式，實現(xiàn)了教學管理從經(jīng)驗型向科學化的轉(zhuǎn)變。

1）教學質(zhì)量環(huán)節(jié)控制。

教學質(zhì)量環(huán)節(jié)控制通過3個方面實現(xiàn)：制訂嚴格的教學質(zhì)量標準，如開課制度、新教師培養(yǎng)制度、教學事故認定制度等，每門課程均按照課程大綱規(guī)定作業(yè)批改量、自學課時數(shù)、答疑次數(shù)，重視實踐教學環(huán)節(jié)的指導和考核；每門課程的考試成績按照平時成績、期中成績和期終成績綜合給出；期末由教師上交學生成績冊、課程小結(jié)表和試卷分析表并由教務(wù)部門做好收集整理工作。

2）教學質(zhì)量過程控制。

除了教務(wù)處的相關(guān)規(guī)定外，作為過程控制的相關(guān)制度必不可少，包括設(shè)立教學督察與指導制度，按課程領(lǐng)域?qū)λ姓n程進行動態(tài)跟蹤，在新教師的崗前培訓、課程組教學研討、專業(yè)班主任配備等方面均有相關(guān)的教學管理文件。在畢業(yè)設(shè)計從開題到答辯結(jié)束的全過程，學院學術(shù)委員會均參與指導、審核、檢查，指導教師負責每個學生的畢業(yè)設(shè)計整體質(zhì)量，各答辯小組負責論文評閱、系統(tǒng)驗收和演講答辯打分，保證畢業(yè)調(diào)設(shè)計質(zhì)量。

3）教學評估檢查控制。

通過社會評價、教師之間互評、督導小組不定期檢查、學評教4個方面綜合展開，多方面完善教學質(zhì)量評價體系，體現(xiàn)全面、公平、公正的原則。

4）質(zhì)量信息反饋控制。

杭州電子科技大學計算機學院為了提升教學質(zhì)量，定期調(diào)查學生、家長以及用人單位對學院教學工作的滿意度，尤其對于用人單位，學院通常會請企業(yè)對畢業(yè)生進行評價并給出建議，然后采用一些企業(yè)提出的培養(yǎng)方案，提高學生的就業(yè)競爭力。

3 改革成效

杭州電子科技大學計算機學院依據(jù)創(chuàng)新教育的理念大膽探索，扎實推進計算機專業(yè)“DIY”特色人才培養(yǎng)模式改革，取得了顯著成果。

（1）改革成果受益面廣、影響力大，已經(jīng)輻射到全省眾多高校，起到了顯著的示范作用。計算機基礎(chǔ)課實驗教學中心是國家級10個計算機實驗教學示范中心之一；計算機基礎(chǔ)課程教學團隊為國家級教學團隊；計算機科學與技術(shù)專業(yè)成為國家特色專業(yè)，現(xiàn)又成為教育部專業(yè)綜合改革試點工程項目；計算機組成原理為國家級精品課程，獲得2項國家級教學成果獎和5項省級教學成果獎。

（2）學生在ACM程序設(shè)計、電子設(shè)計、數(shù)學建模、智能汽車等各類學科競賽中屢獲佳績2011年院代表隊成功進入ACM國際大學生程序設(shè)計大賽全球總決賽，與哈佛、麻省理工、斯坦福等國際一流學校的學生同場競技，并且憑借全場最快解出E題的優(yōu)異表現(xiàn)獲得UPE單項獎；在國際大學生程序設(shè)計競賽亞洲區(qū)預(yù)選賽（第34屆、35屆）中獲得各類獎項72個；在2009年全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽中獲得4項二等獎；2010年英特爾杯大學生電子設(shè)計競賽嵌入式系統(tǒng)專題邀請賽中獲得3項全國二等獎：在2010年浙江省第五屆大學生電子商務(wù)競賽中獲得1項二等獎；在2010年浙江省大學生電子設(shè)計競賽中獲得3項二等獎；在2011年全國大學生“挑 戰(zhàn)杯”學術(shù)科技作品競賽中獲得3項個國三等獎，17項省級獎；省新苗計劃立項10項

（3）畢業(yè)生具有扎實肯干的工作作風和持續(xù)創(chuàng)新的能力，就業(yè)率連年達到97%以上。畢業(yè)生被眾多知名IT企業(yè)錄用，如阿里巴巴、百度、網(wǎng)易、騰訊、華為、華三、思科、網(wǎng)訊等，有著廣闊的發(fā)展空間。杭州電子科技大學榮獲“全國普通高等學校畢業(yè)生就業(yè)工作先進集體50強”稱號

4 結(jié)語

第2篇：計算機視覺課程設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：計算機學科；軟件學院；克萊門森大學；中國科學技術(shù)大學

文章編號：1672-5913（2013）18-0073-05

中圖分類號：G642

0 引言

為促進國家新型軟件工程的成長，教育部在中國內(nèi)地37所大學建立國家示范性軟件學院。軟件學院的建立對國家經(jīng)濟結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整起到了重要的促進作用，其辦學模式、管理體制和運行機制也是我國高等教育改革和創(chuàng)新的一種有益嘗試。張堯?qū)W院士曾指出：“軟件學院是一個連接學校與產(chǎn)業(yè)的開放式平臺”，軟件學院應(yīng)“以市場需求為導向，培養(yǎng)具有國際競爭能力的多層次實用型人才”。

克萊門森大學創(chuàng)建于1898年，位于美國南卡羅來納州的同名城市，是一所歷史悠久的公立大學，2011年U.S.News&World Report的排名為全美公立大學25名。中國科學技術(shù)大學軟件學院（以下簡稱科大軟院）每年會聘請克萊門森大學的教授進行授課，軟件學院的教師也可前往克萊門森大學進修，同時學院的優(yōu)秀學生可申請赴克萊門森大學攻讀碩士及博士學位。筆者于2012年1～7月在該校計算機學院進行了為期半年的訪問學習，體驗和學習了克萊門森大學在教學、管理和科研方面的優(yōu)點和先進經(jīng)驗，在軟件學院課程建設(shè)、人才培養(yǎng)方面進行了一些思考與探索。

1 克萊門森大學計算機學院教育體系

1.1 培養(yǎng)方案

克萊門森大學的計算機學院分為3個專業(yè)：計算機科學（Computer Science）、可視計算（Visual Computing）和人本計算（Human-CenteredComputing）。這3個專業(yè)中，計算機科學覆蓋的領(lǐng)域包括計算理論、算法、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、計算機系統(tǒng)；可視計算的重點是計算機圖形學、可視化、計算機視覺和圖像處理、電子游戲設(shè)計、特效和動畫藝術(shù)；人本計算則是一個較新的領(lǐng)域，專注于如何使用計算技術(shù)更好地影響社會。

克萊門森大學計算機學院的碩士研究生學位專業(yè)方向分為計算機應(yīng)用、計算基礎(chǔ)、圖形學和可視化、交互式計算、軟件工程以及系統(tǒng)和實現(xiàn)。碩士學位分為學分學位和論文學位。學分學位要求學生完成10門（30學分）認可課程的學習，為完善學生知識體系，每個專業(yè)方向的學生除了完成專業(yè)必修課之外，必須選修其他專業(yè)的一門必修課，且GPA不低于3.0。論文學位則適用于對研究感興趣的學生，除獲得足夠的學分外，還要求學生原創(chuàng)性地完成具有創(chuàng)新性的項目，研究成果在期刊或者會議上發(fā)表，同時論文需通過院指導委員會的答辯。

克萊門森大學的學期分為秋季學期（8月底～12月底）、春季學期（1月初～5月初）以及可以自由選修的暑期小學期。2012年度Clemson計算機學院在春季和秋季學期分別開設(shè)了50門左右的課程，包括計算機語言、操作系統(tǒng)、算法、編譯、網(wǎng)絡(luò)、圖形學、GPU、虛擬現(xiàn)實、軟件工程、數(shù)據(jù)挖掘、生物信息等多個領(lǐng)域。從課程編號即可了解課程的適用范圍。課程從100～999編號，其中，100-499為本科課程，以教師講解為主，主要是理論和基礎(chǔ)課程，都有相應(yīng)配套的實驗課；500～699為高年級本科生和低年級研究生課程；700～799則是碩士研究生課程；800及以后則適用于博士生，偏向研究，授課特點是教師提出研究問題，學生課后實踐，上課討論；900之后的為Seminar講座課程，一般由教師和學生對自己的研究課題進行講解。

1.2 授課特點

筆者在克萊門森大學旁聽了操作系統(tǒng)設(shè)計、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、計算機編程語言翻譯、算法設(shè)計與分析等多門課程，其中體會最深刻的是克萊門森大學計算機學院在授課中體現(xiàn)的理論聯(lián)系實際、強調(diào)動手能力的特點。這點也在和赴美學習的科大軟院的學生交流時得到印證，也是美國工程教育回歸工程、服務(wù)社會的一個例子。

克萊門森大學的授課非常注重學生的實際動手實踐。教師課堂上的理論講解與課后的作業(yè)及項目要求結(jié)合緊密，充分體現(xiàn)學以致用。以計算機編程語言翻譯課程為例，課堂上教師的講授從詞法分析、語法分析到代碼生成和優(yōu)化，逐步實現(xiàn)編譯器的各項功能，在課程最后實現(xiàn)一個完整的編譯器。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程的目標是介紹C++語言，教師基于SGL圖形庫，在課堂上由簡到難，一步步完成一個游戲的設(shè)計。課堂上，教師主要進行代碼編寫和演示，在發(fā)現(xiàn)和解決問題的過程中引入傳參、指針和引用等重要的概念。在計算機圖形學課程中，不同于國內(nèi)大量的公式和算法的鋪陳，學生在了解基本概念后，馬上開始學習使用程序?qū)崿F(xiàn)一些簡單的圖形，然后不斷編程實現(xiàn)圖形，進行色彩、形狀等方面的美化。在課程的后半段學習使用瑪雅這樣的大型軟件。最終學生可以設(shè)計出以假亂真、媲美動畫電影的圖片。

克萊門森大學授課的另一個優(yōu)點是課程內(nèi)容變化和更新快。計算機行業(yè)發(fā)展迅速，知識更新快，相應(yīng)地，授課內(nèi)容也需要隨之調(diào)整。在筆者旁聽的幾門課程中，教師基本沒有指定教材，而是給出參考資料或查詢網(wǎng)址。在操作系統(tǒng)設(shè)計課程中，教師要求學生在硬件設(shè)備上實現(xiàn)操作系統(tǒng)，課程主要內(nèi)容便是相應(yīng)的代碼設(shè)計，隨著軟硬件的發(fā)展和更新，每年的具體實現(xiàn)都不相同。另外，不少教師所承擔的課程與他們的研究領(lǐng)域密切相關(guān)，科研和教學結(jié)合得比較緊密，可以自行組織授課材料。以算法導論課程為例，授課教師本人的研究方向是算法，上課所用的教材也是教師自己編寫，且隨著研究進展和深入不斷更新。

最后在旁聽過程印象深刻的是大多數(shù)的課程中課堂氣氛極為活躍。因為國內(nèi)外文化的差異，學生習慣于隨時舉手打斷教師的授課進行提問，教師也會隨時停下，詢問學生是否有不解之處。教師還會在教授新內(nèi)容之前，對學生在課后任務(wù)中遇到的問題進行講解。師生關(guān)系融洽的另一表現(xiàn)是課堂上允許適當?shù)娘嬍常薪處熞矔献约鹤龅奶瘘c分發(fā)給學生。嚴格的成績管理和寬松的氛圍相輔相成，帶來更好的教學效果。

1.3 程管理和考核

克萊門森大學的教學非常注重過程管理，課程考核嚴格，學生的最終成績?nèi)Q于期中和期末考試成績、課程項目、到課率、課堂測試成績以及作業(yè)成績等多方面。嚴格的考核制度的另一個體現(xiàn)便是課程難度大。在克萊門森大學，碩士研究生1個學期一般只能完成3～4門課程。

不同于國內(nèi)的研究生課程主要由期末考試成績決定，克萊門森大學計算機學院在授課過程中基本每月都有課堂測試，每次的考試成績都會影響到最終得分。因此學生在1個學期4個月中，基本時刻處于緊張狀態(tài)，在每一階段都需要掌握好相應(yīng)的知識點，而不是靠考前突擊。

另一個影響成績的主要因素是課程項目。課程項目一般從課程早期便開始，要求代碼量大，實用價值高，因此難度也很大。課程項目通常設(shè)立若干時間節(jié)點，若過了提交的截止時間，該段的成績便記為0分。

教師還通過提供office hour進一步加強對學生的管理。部分課程的教師要求學生在指定的時間段進行當面交流，還會針對課程內(nèi)容和學生的作業(yè)及項目進行提問。這種做法一方面可以有效甄別學生是否獨立完成作業(yè)以及學生對課程的掌握程度，另一方面可以檢查授課效果，對教師的授課也起到促進作用。

另外，和很多西方大學一樣，克萊門森大學強調(diào)對學生溝通能力和表達能力的培養(yǎng)。如課程項目的最終檢查方式是由項目組成員進行演講和匯報，每人分別對自己的工作進行介紹，教師和其他學生可以隨時打斷，提出問題。小組合作以及匯報演講可以鍛煉學生的表達和組織能力、分工協(xié)作能力以及增強團隊精神。

1.4 科研情況

在大學高等學府中，科研和教學相互促進，相輔相成。積極開展科研活動不僅可以提高教師本身能力和教學水平，同時可以通過引導學生參與，提高學生的學習興趣和科研能力。

克萊門森大學計算機學院學術(shù)氛圍濃厚，學院下設(shè)20個實驗室項目組。計算機學院基本每周都有其他大學的教授前來作學術(shù)報告，進行交流。筆者參加過的幾場，幾乎每次都座無虛席。學術(shù)交流對于了解業(yè)內(nèi)的最新進展、拓展思路、促進個人研究都很有幫助。

在促進學生科研方面，除帶領(lǐng)本校學生進行科研外，克萊門森大學會提供暑期的學生交流崗位，由教師提供崗位和研究經(jīng)費，供外校學生申請。在暑期科研交流結(jié)束之際，學生負責將自己的工作制成海報，每人在自己的海報前，向全院的教師和學生做展示。聽取了部分學生的匯報后發(fā)現(xiàn)，很多學生在暑期中完成的工作量大，質(zhì)量高，而且具有來源于應(yīng)用、服務(wù)應(yīng)用的特點。同時，學生思路開放，涉及多領(lǐng)域合作，橫跨化學、生物基因、氣象科學計算等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。

2 對中國科技大學軟件學院教育改進的啟示

中國的軟件學院經(jīng)過10年的發(fā)展，在培養(yǎng)學生人數(shù)、學生就業(yè)率、實驗室和實習基地建設(shè)以及企業(yè)對學生滿意度等各方面都取得了很大的進步。

科大軟院是國家教育部和國家計委首批批準建立的示范性軟件學院之一，秉承中科大優(yōu)良的教風和學風，一方面依托學?，F(xiàn)有的基礎(chǔ)及專業(yè)師資力量和教學資源進行辦學；另一方面，聘請海內(nèi)外著名企業(yè)和大學的專家、教授授課，課程設(shè)置與國際接軌，課程內(nèi)容面向軟件市場和企業(yè)需求，強化實踐教學。學院一直致力于不斷提高教學質(zhì)量，為了適應(yīng)教育國際化的需要，學院與美國克萊門森大學合作，創(chuàng)立了碩士聯(lián)合培養(yǎng)項目，旨在培養(yǎng)一批具有高技術(shù)和英語水平，滿足IT業(yè)界需求的高素質(zhì)人才。

科大軟院在培養(yǎng)懂技術(shù)、熟練進行外語溝通，以及具有國際化的思維方式和團隊協(xié)作能力的人才上做出了不懈的努力。在課程設(shè)置方面非常注重教育的國際化，借鑒了國外著名大學的課程設(shè)計，并隨著軟件行業(yè)的發(fā)展和行業(yè)人才需要不斷優(yōu)化課程設(shè)置和教學內(nèi)容。學院的外語教學受到重視，英語教學改革方面已經(jīng)取得了一定的成績?？拼筌浽好磕甓寄茌斔投嗝麑W生前往日本富士施樂公司等國外公司實習。但不可否認，和國內(nèi)相比，美國的教育體系在課程安排和師資力量等方面都有較大優(yōu)勢。軟件學院教育是一個較新的嘗試，軟件學院也需要學習和吸取已有的先進經(jīng)驗，不斷提升教育水平和國際化程度。從Clemson大學計算機系的教學中，國內(nèi)軟件學院可以從中汲取經(jīng)驗，從以下幾方面進行改進：

（1）嚴格教學，規(guī)范課程管理。國內(nèi)部分課程考察存在盲點，考核體系不完善，導致學生平常松懈、考前突擊，依靠死記硬背得高分。與國外的教育相比，國內(nèi)學生在知識掌握程度、實踐和動手方面的能力亟須提高。通過加強對課程的過程管理，包括增加作業(yè)、實驗、測驗等對課程成績的影響比重，有效檢測學生的真實水平和能力，促進學生認真學習。規(guī)范考核系統(tǒng)的一個挑戰(zhàn)是國外的課程課堂規(guī)模一般較小，教師可以和每個學生進行足夠的交流。例如克萊門森大學的計算機課程大多數(shù)都是小班授課，1個班級一般在20人左右，Seminar課程的人數(shù)則更少。但充分的師生交流在國內(nèi)實行起來就困難得多，軟件學院教師需要在教學過程中不斷摸索，不斷提高課程設(shè)計，完善檢查機制，平衡選課人數(shù)，以達到最優(yōu)授課效果。

（2）開展課程改革，強調(diào)因材施教。軟件學院當前招生的明顯特點是學生人數(shù)多、跨專業(yè)背景，教育機制是1年理論課學習、1年企業(yè)實踐。學生只有1年在校時間，要在獲得足夠?qū)W分的情況下提高學習質(zhì)量，對于教師的課程內(nèi)容安排和課程設(shè)計方面提出了較高的要求。在學生背景知識和水平差別較大的情況下，教師要能夠找到平衡點，積極聽取其他教師和學生的意見，不斷改進教學水平。同時需要規(guī)范課程大綱，詳細介紹課程內(nèi)容，保證學生在選課之前了解課程難度和深度，選擇適合自己專業(yè)和能力的課程。

（3）強調(diào)溝通和交流能力的培養(yǎng)，全面提高學生“軟實力”。筆者在參加克萊門森的課程項目答辯時發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)學生的英語演講和表達能力仍然存在一定程度的欠缺。計算機從業(yè)人員，除了專業(yè)技能和知識等硬技能之外，交流和合作等“軟技能”非常重要，國外不少大學（如普渡大學的理工學院）都會設(shè)置包括寫作和演講、團隊合作、語言文化等文科類模塊，全面培養(yǎng)學生的能力。國內(nèi)在這方面則有所不足，學生在專業(yè)技能方面可能已經(jīng)達到一定的水平，但在交流、論文、演講等方面存在較大的短板，不利于學生的長期發(fā)展。譬如，數(shù)據(jù)挖掘課程的最后答辯中，中國學生的項目完成情況并非不好，但臺上的表達能力和演講效果比美國、甚至印度學生存在很大差距。語言表達和溝通能力是立足社會的最基本能力，良好的團隊協(xié)作精神、國際化的思維方式更是企業(yè)看重的能力。軟件學院在課程整體設(shè)置、課程設(shè)計中應(yīng)該將軟實力的培養(yǎng)作為目標。

（4）推動教師科研工作，積極開展校企項目合作。與克萊門森大學計算機學院相比較，科大軟院的專職教師相對年輕，參與科研活動還不夠，科研能力還有待增強，在科研促進教學，教學輔助科研，帶領(lǐng)學生科研等各方面還需要進一步探索。同時，為了更好地適應(yīng)軟件學院學生的培養(yǎng)目標，教師應(yīng)該具有更多的實際項目經(jīng)驗，學院應(yīng)積極支持和鼓勵教師和企業(yè)開展項目合作。

3 結(jié)語

了解和借鑒國外大學的培養(yǎng)制度和經(jīng)驗，可以促進和改善國內(nèi)教育的發(fā)展，同時也需要結(jié)合我國教育的實情和學生的特點，因材施教。我國軟件學院學生眾多，教學資源相對緊張，學生背景不同，全面提高教學水平，提高學生能力存在著不少困難。他山之石，可以攻玉，如何把國外大學先進的教育理念和方法融入到我國教育的培養(yǎng)體系中，借鑒他山之玉，積極促進我國教育的國際化進程，是需要我們不斷探討和研究的問題。

參考文獻：

[1]張堯?qū)W，吳愛華，關(guān)于我國信息化教育的幾點看法[J]，計算機教育，2008（5）：3-7

第3篇：計算機視覺課程設(shè)計范文

在長期的實驗教學實踐中，浙江師范大學教育技術(shù)學實驗室與全國大多數(shù)師范院校一樣，從無到有，從小到大，從常規(guī)媒體到多媒體，從黑板到網(wǎng)絡(luò)，再從真情實景到虛擬現(xiàn)實，教育技術(shù)學實驗室的建立和發(fā)展走過了一條健康成長的道路，先后投資一千多萬元，改造了常規(guī)媒體實驗室，新建了多媒體實驗室，是我國師范院校規(guī)模最大、項目最全、設(shè)施最完善的教育技術(shù)學專業(yè)實驗室之一。目前，這些實驗室分別為全校各學科本科生、教育技術(shù)專業(yè)本科生、研究生、教育碩士、函授生、繼續(xù)教育教師等開設(shè)200余個實驗項目。這些實驗除了教育技術(shù)學專業(yè)實驗課程，還包括全校教育技術(shù)學公共課的實驗教學，全省基礎(chǔ)教育師資的函授、進修、培訓等各類繼續(xù)教育活動的實驗教學，并為基礎(chǔ)教育教學改革和學生課外活動提供指導和相關(guān)服務(wù)。

1 實驗室建設(shè)

1.1 實驗室的建設(shè)原則

（1）實驗內(nèi)容追求綜合性、新穎性、示范性及學生的參與性；

（2）實驗對象追求真實、有直接的應(yīng)用背景；

（3）實驗室建設(shè)目標是面向不同層次的基礎(chǔ)型實驗、提高型實驗、研究創(chuàng)新型實驗；

（4）實驗項目的開設(shè)密切結(jié)合教育技術(shù)學的學科建設(shè)，突出本校、本學科特色。

各實驗室按照新的實驗體系設(shè)置，力求做到科學與規(guī)范，打破了按課程設(shè)立實驗室的傳統(tǒng)做法。

1.2 實驗內(nèi)容

針對實驗教學的一般規(guī)律和教育技術(shù)學科的基本特點，實驗內(nèi)容劃分為三個層次：

（1）基本實驗，或稱基本共性實驗。由各門實驗課程規(guī)定所必須完成的基礎(chǔ)技能訓練內(nèi)容，要求每個學生都必須熟練掌握。它是整個實驗室所開設(shè)實驗的主體，占所開設(shè)實驗全部內(nèi)容的60％以上，如全校公共課《現(xiàn)代教育技術(shù)》課程實驗中的“常規(guī)媒體使用”以及“課件制作”就屬于基本實驗。

（2）提高型實驗。這是供學生進行選做的實驗，主要包括那些綜合性、設(shè)計性和應(yīng)用性較強的實驗內(nèi)容。旨在因材施教，提高學生的學習熱情并從中發(fā)現(xiàn)人才。這類實驗除一些課程內(nèi)的實驗外，還有大量由學生自主申請的實驗項目，如學生畢業(yè)論文、課程設(shè)計以及為參加各類競賽需要進行的實驗項目。

（3）研究創(chuàng)新型實驗。是為優(yōu)秀學生開設(shè)的高層次的加深部分實驗，由導師推薦或?qū)W生科研社團提出申請，由實驗室給予安排進行實驗、科研或開發(fā)。這類實驗主要集中在學生參與教師的研究課題以及學生申請的學校社團課題。每學期由實驗教師及實驗技術(shù)人員申請設(shè)立的十幾項實驗室技術(shù)開發(fā)項目屬于此類實驗。

在完成實驗教學任務(wù)的同時，我們還承擔了社會和學校的其它工作。例如，對全校中青年教師進行的多媒體課件輪訓，對全校師生的微軟授權(quán)培訓與考試（與微軟中國公司合作）（2000-2002）共培訓600余人次，通過考試獲得微軟證書337人次，為學校電視臺每周的校園新聞等欄目的拍攝與制作提供設(shè)備共享，浙江省首屆和第二屆大學生多媒體作品設(shè)計競賽，全省中小學校園網(wǎng)絡(luò)管理講習班，全省中小學教師多媒體課件制作培訓班，全省電教系統(tǒng)現(xiàn)代教育技術(shù)研究生課程班，全省小教自考實踐性環(huán)節(jié)培訓、考試，教育類課程教學網(wǎng)站開發(fā)，自考多媒體課件開發(fā)，與金華市電視臺合作制作的周末版欄目，《現(xiàn)代教育技術(shù)》網(wǎng)絡(luò)課程開發(fā)等。同時還依托校園寬帶網(wǎng)，開發(fā)建設(shè)了“浙江教師遠程教育”網(wǎng)站、“現(xiàn)代教育技術(shù)中心”網(wǎng)站和“教育類公共課教學”網(wǎng)站，為全省參加繼續(xù)教育的教師、全校學生提供課程網(wǎng)絡(luò)輔助教學，目前上網(wǎng)課程已有十門，同時提供各類資源庫、課程視頻點播等教育信息。

1.3 實驗室的建設(shè)情況

中國的教育技術(shù)學大都脫胎于物理學。在最早的教育技術(shù)學（那時稱之為電化教育）實驗中，以電子線路、電視機、錄音機為主，然后逐漸開展了攝錄像實驗、攝影實驗和幻燈投影實驗。1989年，第一次東南八?。ㄊ校ìF(xiàn)在已經(jīng)擴大為十一省（市））師范院校電化教育系主任會議在華南師范大學舉行。在討論了電化教育的辦學方向、培養(yǎng)目標、課程設(shè)置的同時，提出了如何建立電化教育實驗室問題。當時的專業(yè)實驗室包括幻燈、投影（后來改名為光學媒體）實驗室、攝影實驗室（包括暗室）、廣播錄音教學（后來改名為電聲媒體）實驗室、攝錄編（又稱教育電視）實驗室和語言（音）實驗室。教育技術(shù)學科課程設(shè)置不斷完善以及社會對教育技術(shù)的需求不斷增強，作為一門以技術(shù)在教育中的運用為核心內(nèi)容的學科，教育技術(shù)學實驗室的建立亦隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展。目前浙江師范大學現(xiàn)代教育技術(shù)學實驗室建設(shè)情況如下各表所示：

類型

實驗室名稱

作用或?qū)嶒炚n程名稱

常

規(guī)

媒

體

實

驗

室

常規(guī)媒體實驗室

現(xiàn)代教育技術(shù)公共課光學投影媒體實驗、視聽媒體實驗，專業(yè)課光學投影媒體教學實驗、現(xiàn)代教學媒體的原理與維修

電聲實驗室

模擬電路實驗、數(shù)字電路實驗、教育電聲系統(tǒng)實驗

非線性音頻編輯實驗室

電視教材編導與制作配音實驗、其他專題片、記錄片、教學片配音

數(shù)字實驗室

數(shù)字攝影實驗、電視教材編導與制作實驗（數(shù)字）、特技動畫實驗

布光實驗室

室內(nèi)攝影、攝像實驗

電視編輯實驗室

攝像機實驗、電視教材編導與制作實驗（模擬）

電視演播室

承擔全校閉路電視系統(tǒng)的室內(nèi)節(jié)目、新聞節(jié)目、訪談節(jié)目的拍攝與制作；承擔遠程教學節(jié)目、學術(shù)講座以及教學活動的拍攝與制作；教育技術(shù)學專業(yè)學生參觀、學習、實習

電視播控室

接收衛(wèi)星電視節(jié)目并向全校發(fā)送有線電視節(jié)目，雙向閉路電視系統(tǒng)提供互動教學與節(jié)目點播

轉(zhuǎn)貼于 類型

實驗室名稱

作用或?qū)嶒炚n程名稱

多

媒

體

實

驗

室

平面設(shè)計實驗室

特技動畫、平面設(shè)計、電腦美術(shù)、平面廣告設(shè)計、電腦動畫設(shè)計、字體設(shè)計與創(chuàng)意、電視廣告

網(wǎng)絡(luò)實驗室

網(wǎng)絡(luò)教育概論、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、組網(wǎng)、WEB/FTP服務(wù)、計算機網(wǎng)絡(luò)通訊等

計算機多媒體實驗室（1）

數(shù)字攝影圖片處理、教育統(tǒng)計SPSS軟件應(yīng)用、課件制作、多媒體技術(shù)、計算機程序設(shè)計

計算機多媒體實驗室（2）

計算機網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用（通識課） Internet及網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用（通識課）INTERNET網(wǎng)絡(luò)資源學習

計算機多媒體實驗室（3）

計算機音樂制作、多媒體課件制作、現(xiàn)代教育技術(shù)公共課、教育軟件制作

類型

實驗室名稱

作用或?qū)嶒炚n程名稱

其

他

實

驗

室

微格教學實驗室

師范生專業(yè)教學技能訓練、實習前微格教學訓練、新教師教學試講

遠程教育實驗室

多媒體教學及實時交互教學

數(shù)字化信息資料室

為全校師生提供教學過程中常用的數(shù)字化資源和計算機軟件

實驗教學研究室

師生進行創(chuàng)新型實驗研究

虛擬現(xiàn)實實驗室

虛擬現(xiàn)實創(chuàng)作工具的使用、網(wǎng)絡(luò)虛擬課堂的構(gòu)建、虛擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)建

智能技術(shù)實驗室

先進人工智能和智能信息處理的基本原理、基本方法研究；與人工智能相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)研究，包括新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人機（計算機）交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、計算機視覺、專用集成電路自動化設(shè)計、分布式智能系統(tǒng)技術(shù)等

由上表所示表明，目前現(xiàn)代教育技術(shù)學實驗室正隨著學科的發(fā)展逐步完善了多媒體、虛擬現(xiàn)實、智能技術(shù)等實驗室的建設(shè)。

2 實驗室管理

在實驗室管理上我們的原則是：為教學服務(wù)的、為學生學習服務(wù)，努力創(chuàng)造條件24小時對學生開放。只有在學生過多、實驗室（機器、儀器）供不應(yīng)求情況下才設(shè)訂時間表，在規(guī)定的時間內(nèi)對規(guī)定的學生開放。一個實驗室的使用率是衡量其作用和效率的重要指標。要最大限度的發(fā)揮其在教學中的作用，使其真正為教學服務(wù)，就要堅持對學生開放。因此，合理安排教學計劃內(nèi)、外實驗使用實驗室的時間段，盡量擠出較多的時間開放實驗室。對于學生課題、社團活動、興趣小組等需用實驗設(shè)備或?qū)嶒炇?，只要有利于學生的能力培養(yǎng)，實驗室盡一切努力提供實驗條件，簡化實驗室審批手續(xù)，根據(jù)學生需求、某課程實驗教學的性質(zhì)，采取不同的管理模式。

2.1 主講教師管理模式

教育技術(shù)學課程的多樣性使得其教學方法發(fā)生了巨大變化。多媒體實驗室有時變成了多媒體教室，教師可以帶領(lǐng)學生邊講邊練。還有一些課程要進行教學實踐、教學設(shè)計，鞏固課堂教學效果，提高學生的動手能力。在任課教師的指導下，通過這樣的實驗更有利于教學質(zhì)量的提高。

2.2 實驗教師管理模式

目前，除了教育技術(shù)學專業(yè)的實驗課，全校教育技術(shù)學公共課以及部分培訓性課程全部由實驗室管理人員承擔。從儀器設(shè)備的準備到管理維修，從實驗教學內(nèi)容到實驗方法，我們建立了一整套的規(guī)章制度。既讓學生放開手腳，大膽實驗，又嚴格管理，強調(diào)愛護儀器設(shè)備。特別是貴重物品，如攝像機、照相機等，一定要有嚴格的檢查制度。

2.3 研究生管理模式

在目前情況下，我們還不能為每一位研究生提供一臺計算機。但是，如果將實驗室作為研究生學習室可以一舉兩得：研究生在實驗室里研究生可以有固定的計算機。除了本科生上課實驗以外，大多數(shù)時間研究生使用管理實驗室，同時承擔實驗室的日常管理和一般性維修。這樣一來，既不用配備專職實驗室管理人員，又給研究生提供了學習、實踐的機會。特別優(yōu)秀的研究生還可以承擔一部分實驗教學任務(wù)，得到了極大的鍛煉。

2.4 本科生管理模式

這一管理模式由實驗技術(shù)人員指導、組織學生管理員加學生助理員組成。由實驗技術(shù)人員負責技術(shù)及總體管理，由學生管理員負責具體設(shè)備維護及管理，助理員協(xié)助管理，且各類人員崗位職責明確。這種管理模式不但解決了工作量超時問題，培養(yǎng)了一批學生管理和技術(shù)能手，同時還給學生提供一個勤工儉學的場所。因此，每學期招聘管理員時，報名學生都很踴躍，經(jīng)過幾年鍛煉。各方面能力出色的學生管理員，畢業(yè)后近一半留在學校，其余的也在各自的崗位上很快成為業(yè)務(wù)熟練的骨干力量。

2.5 計算機智能管理模式

在三個多媒體實驗室，我們采用了先進的計算機實時管理手段、電視監(jiān)控系統(tǒng)對整個實驗室進行無人值守開放式實驗管理，學生可以在校內(nèi)任何地方，通過校園網(wǎng)絡(luò)對示范中心所有的實驗項目進行預(yù)約、登錄或查詢。實驗室中所有計算機設(shè)備均可根據(jù)管理系統(tǒng)中的實驗計劃自動開機或關(guān)機，并對用戶上機情況進行自動登記。計費系統(tǒng)我們使用的是北京泰利德科技有限公司的射頻卡機房自動管理系統(tǒng)，其不依賴于任何硬件，采用底層登陸技術(shù)，與操作系統(tǒng)無關(guān)，安全性好，維護量小。

浙江師大現(xiàn)代教育技術(shù)實驗室邊建設(shè)邊使用，目前已經(jīng)在實驗教學、項目研究與開發(fā)、校內(nèi)外師資培訓、多媒體設(shè)計競賽等方面做了大量工作，取得了良好的社會效益。在2003年召開的東南十一省（市））師范院校教育技術(shù)系主任會議上，來自全國各地的80多名專家學者參觀了我們的實驗室并給予了高度評價。

【參考文獻】

[1] 劉雍潛．教育技術(shù)學科研究現(xiàn)狀與發(fā)展的調(diào)查報告[J] ．中國電化教育，2001，（1）：5—9．

[2] 顧清紅，祝智庭．教育技術(shù)的后現(xiàn)代觀[J] ．電化教育研究，2001，（7）：3—7．

[3] 趙時亮．虛擬實驗：從思想實驗到虛擬現(xiàn)實[J]．科學技術(shù)與辯證法 1999，(6)：21—25．

第4篇：計算機視覺課程設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：圖像分割； 參數(shù)活動輪廓； 幾何活動輪廓； 能量泛函； 蛇模型

中圖分類號：TP3914 文獻標識碼：A文章編號：2095-2163（2013）02-0082-04

0引言

蛇（Snake）模型，即活動輪廓模型（Active Contour Model），一度曾被國內(nèi)學者譯成主動輪廓模型，最早由Kass等人提出，能利用圖像高層信息能量泛函來解決圖像分割問題，2000年左右引入國內(nèi)。國內(nèi)，較早關(guān)注此模型的有哈工大李培華教授，當時將國外最新的蛇模型技術(shù)進行了綜述[1]。文中闡述了Snake的數(shù)學模型，提到了Snake的算法實現(xiàn)，主要有計算復(fù)雜度為O（nm3）的Amimi動態(tài)規(guī)劃法，和算法復(fù)雜度為O （nm） 的Williams的貪婪算法。接著又介紹了Snake的改進模型，如Cohen的氣球模型，Storvik的基于貝葉斯概率統(tǒng)計的Snake模型，及用于運動跟蹤的可變形模板（Deformable Templates）模型。另外一位長期深入研究Snake模型、且造詣深厚的學者是美籍華人徐成陽，首先提出了GVF-Snake模型[2]。該模型在圖像分割或輪廓提取時，能雙向驅(qū)動初始曲線的演化，使其進入圖像的深凹輪廓，同時，在更大程度上降低了對初始化曲線位置需有嚴格限制的要求。

早期的Snake模型在圖像分割或輪廓提取時，因驅(qū)動外力不夠，要求初始化曲線須設(shè)定在圖像真實輪廓的附近，否則較難收斂于圖像真實輪廓，得不到較好分割效果。

在此期間，國內(nèi)則少有學者開展Snake研究，可見的發(fā)表成果為：周彥博結(jié)合變分法處理醫(yī)學圖像，成功提取紅細胞。賈春光結(jié)合遺傳算法研究MR圖像，提取大腦皮層外輪廓和左腦室，但并未取得滿意效果[1]。

國內(nèi)其他學者，鑒于Snake方法的新穎，于2001年左右對Snake算法進行了系統(tǒng)研究，課題多會涉及國家自然基金項目。研究活動多是集中于對Snake算法的各種改進，并得到改進的GVF-snake模型，再后來，即是采用水平集方法，所得研究成果多為幾何活動輪廓模型。

在Snake模型的研究期間內(nèi)，因多種原因所致，如學術(shù)名詞的翻譯等，Snake模型，曾被冠以多種名稱，如蛇模型[1]、Snake算法[3]、主動輪廓模型[1，4]、活動輪廓模型[5，6]、幾何主動輪廓模型[4，7]、可變形模板Snake模型[1，5] 、基于角點的Snake模型[8]，隨著研究的進一步深入，又出現(xiàn)了結(jié)合區(qū)域信息、邊界信息的改進的新蛇模型，但這些新數(shù)學模型已經(jīng)與當年Kass的原始Snake有較大區(qū)別，本文依然將其歸納為蛇模型家族。為了統(tǒng)一起見，將蛇模型分為參數(shù)式活動輪廓模型、幾何式活動輪廓模型、融合其他信息的混合蛇模型。

（1）基于參數(shù)的經(jīng)典蛇模型有Snake；Balloon-Snake；距離勢能Snake；GVF-Snake；GGVF-Snake；虛擬電場Snake（Virtual Electric Field），簡稱VEF；改進的虛擬電場Snake（External Force Using Vector Field Convolution）簡稱VFC。

（2）幾何式蛇模型。采用水平集方法，包括了測地線蛇模型（Geodesic Active Contour Model） 簡稱GAC；測地線活動區(qū)域模型（Geodesic Active Region），簡稱GAR；分段常數(shù)模型（Chan-Vese）簡稱C-V；此外，還有雙向Chan-Vese。第2期王成杰：基于蛇模型圖像分割研究綜述智能計算機與應(yīng)用第3卷

（3）混合蛇。兩種模型結(jié)合的Snake，融合了邊界或區(qū)域信息，由此得到了對Snake改進后的新方法，如，2006年，Lie等人提出了基于區(qū)域的二值水平集。Tai提出了基于邊界的二值水平集。2007年，尚巖峰提出自適應(yīng)的Balloon-GVF Snake。此后一些學者，又結(jié)合其他方法，研究了參數(shù)蛇模型進行多目標分割的算法，此算法打破了參數(shù)蛇模型不能解決拓撲結(jié)構(gòu)變化的問題。還另有一批學者，結(jié)合邊界信息，通過演化曲線方式，實現(xiàn)了水平集。

1Snake模型的思想

圖像分割（Image Segemention）可將給定的圖像分割成一系列感興趣的區(qū)域，因而是圖像分析、圖像理解的基礎(chǔ)。

Marr的傳統(tǒng)視覺將信息處理分為底層視覺、中層視覺和高層視覺三個階段，只是底層視覺是無法利用高層信息。而Kass提出的Snake模型，將圖像的灰度信息、梯度信息等特征當做能量，先驗知識如目標的大致情況也可等同為能量，并以其為基礎(chǔ)，設(shè)計一個可供高層視覺選擇的能量函數(shù)[2]（具體的能量函數(shù)可參見朱國普的博士論文），用以處理低層視覺中的圖像分割問題。該模型的實現(xiàn)原理為：

在待分割的圖像中放置一條自由曲線，曲線自身具有內(nèi)部能量，能約束自身的形狀，能抗拉伸，抗彎曲，圖像的外部能量，能驅(qū)動曲線運動，在內(nèi)外能量形成的內(nèi)、外力場綜合作用下，曲線達到能量最小化，收斂于圖像的顯著特征或局部極值處，達到圖像分割的目的。

由此可知，Snake模型的突出優(yōu)點是：

（1）突破了由Marr提出的傳統(tǒng)視覺理論局限，為計算機視覺理論引入了新的思維思路。圖像分割中，有效地利用了圖像高層信息，并對底層視覺信息的加工進行指導和修正，為信息處理提供了更多的方便。其處理方法與人類的視覺系統(tǒng)已存在更多的類似。

（2）可將圖像數(shù)據(jù)、初始估計、目標輪廓及先驗知識集成于同一個特征提取過程中。一旦啟動初始化，將能自主地收斂于能量極小值狀態(tài)，且無需人工干預(yù)，就能捕捉到連續(xù)、完整的目標輪廓。

當然，該模型也有一些缺點：

（1）分割結(jié)果對于初始曲線的選定位置非常敏感。

（2）因外力不足，曲線通常不能被驅(qū)動到深凹圖像的內(nèi)部。

（3）原始的蛇模型無法控制曲線拓撲結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)變化。因而需要對蛇模型進行改進。

改進的模型分為兩組，一組是參數(shù)蛇，另一組是幾何蛇。針對模型的缺點，從4個方向?qū)嵭懈倪M。分別是：

（1）對初始化曲線條件的研究。

（2）對力場改進，如雙向驅(qū)動、進入深凹圖像開展輪廓提取的研究。

（3）弱邊界、抗噪處理；

（4）針對拓撲結(jié)構(gòu)變化，自適應(yīng)控制曲線演化，完成復(fù)雜目標圖像的分割。

具體來說，參數(shù)蛇研究成果多集中在（1）、（2）、（3）方向，尤其是方向（3）對力場持續(xù)改進，雙向驅(qū)動的改進；幾何蛇執(zhí)行處理卻在（1）、（2）、（4）方向，且最好的成果輸出體現(xiàn)于方向（4）中。

另外，以時間為維度參數(shù)可得，研究的早期時候，參數(shù)蛇因GVF-Snake的提出而廣受眾多研究者的推崇青睞；現(xiàn)今，因幾何蛇快速數(shù)值算法的實現(xiàn)，幾何蛇已成為研究的重心。而今后，蛇模型改進除了需要結(jié)合邊緣、結(jié)合區(qū)域、還需與其他的分割方法相結(jié)合，才能取得更大的進展和更大的新突破。

2典型改進蛇模型特性分析

因為Snake模型天然的優(yōu)越性，其應(yīng)用所及已經(jīng)相應(yīng)拓展到圖像分割、目標識別、行為分析、視頻跟蹤、三維醫(yī)學重建等領(lǐng)域。同時也因其局限性，眾多學者也在對其進行不斷的改進。

21參數(shù)蛇模型

（1）Balloon-Snake。由Cohen提出，修改了Snake外力項，增加了一項氣球力，該力驅(qū)動勢頭強勁，有利于深入圖像的深凹部位，且能跨越小的圖像噪聲點，弱邊界或殘損邊界，而不致出現(xiàn)收斂。因此，對于存在邊界空隙、邊界破損的圖像，就需要根據(jù)收斂結(jié)果，人工設(shè)置迭代次數(shù)。鑒于氣球力每次只能單向驅(qū)動，因此，氣球模型的初始曲線設(shè)置，必須設(shè)定于圖像的內(nèi)部或外部，一定不能與圖像有所交叉，否則不能進行正確分割。Cohen還給出了距離勢能力函數(shù)，此模型也是用于增加Snake外力，其結(jié)果是使得初始曲線可以位于待割圖像周圍、可以位于待割圖像交叉，但其力度并不到位，因而無法收斂到圖像的深凹處。

（2）GVF-Snake。由徐成陽提出，其提出的梯度向量流GVF是一個比較優(yōu)秀的力場，可以雙向驅(qū)動，而對初始曲線放置的要求也不再那么嚴格，既能放置在待割圖像周圍、也可以與待割圖像交叉，還能深入凹形圖像的極低處，而且也能分割弱邊界的情況。但是對于極個別圖像驅(qū)動到深凹處能力仍然偏弱，因此，又提出了GGVF模型，使得推進深凹處問題得以滿意解決。

在以上研究基礎(chǔ)上，又經(jīng)過多次實驗進一步發(fā)現(xiàn)，GVF-Snake及其改進模型并非每次設(shè)定初始位置都能得到正確分割。而且對于同一幅圖像，放置相同的初始曲線，一種GVF力場解決不了，但是換一種改進的力場就能實現(xiàn)正確分割了，這一原因直到2002年才得以完整揭示。Yu等人指出，向量場，即外力場中存在一些臨界點會對分割產(chǎn)生重要影響[2]。若要進行正確的圖像分割， He等人已經(jīng)提出了正確分割的充要條件：初始曲線需要包含并且只能包含待割圖像內(nèi)的所有節(jié)點。

隨著研究的不斷推進，后續(xù)許多改進Snake模型（如VEF、VFC） 所提取的輪廓已經(jīng)更加貼近圖像真實邊界，且對弱邊界、抗躁等都具有較高的魯棒性，但卻仍然未能完全解決曲線的初始化問題。參數(shù)蛇已經(jīng)成功應(yīng)用于醫(yī)學圖像的交互式分割，但若要實現(xiàn)自動化分割則需要尋求一種新的方法。

2.2幾何蛇模型

（1）測地線活動輪廓模型 （Geodesic Active Contour Model，簡稱GAC），是最早的幾何蛇。這類模型是以目標邊緣信息作為主要驅(qū)動力來引導分割曲線的運動，即可歸結(jié)為是基于邊緣的分割。該模型的特點是：邊界強度小或者沒有邊界的地方，變形曲線運動速度很快，而邊界強度較大的地方，變形曲線速度較慢甚至停止。當目標邊緣不明顯或者存在縫隙情況下，此方法將會出現(xiàn)邊緣泄露現(xiàn)象。

（2）測地線活動區(qū)域模型（Geodesic Active Region，簡稱GAR）是Paragios結(jié)合了基于邊界的測地線模型和朱付平的區(qū)域競爭模型的優(yōu)點而研發(fā)提出的基于區(qū)域特征幾何蛇模型。該模型解決了初期的測地線幾何蛇初始曲線魯棒性不足的問題。

（3）分段常數(shù)C-V模型。假定圖像只有目標和背景兩部分，在分割圖像的同時，還能對圖像實現(xiàn)增強去噪，而對無明顯邊緣的目標分割也能取得良好效果；但也存在缺點，就是計算量大，且不易實現(xiàn)。

總地來說，幾何蛇的輪廓曲線演化只是基于法向量和曲率等，而與曲線的參數(shù)表示無關(guān)， 并且通過采用水平集方法加以實現(xiàn)，由此突破了拉格朗日系統(tǒng)框架的限定，因而能自適應(yīng)地處理拓撲結(jié)構(gòu)的變化，對弱邊界、斷裂邊界的處理能力，數(shù)值穩(wěn)定性良好，也就更加利于由二維向三維分割領(lǐng)域的推廣。其改進模型則能簡捷、有效輕松地進行多目標分割，同時亦獲得了更佳的抗噪效果。

在幾何蛇的研究早階階段，因算法復(fù)雜度高達O（n3），計算量太過龐大，研究者的關(guān)注度也更多地聚焦于參數(shù)蛇方面。另外，早期的幾何蛇也與balloon-snake模型相仿，其與目標邊界不能存有交集，否則將無法得到正確分割結(jié)果。

在此之后，研究者們因參數(shù)蛇的力場雖有改進，卻仍無法解決復(fù)雜目標的分割，繼而加強了對水平集方法的探索和研發(fā)，對幾何蛇提出了快速數(shù)值算法，分別為窄帶法、針對Eikonal方程的快速行進法和快速掃描法。其中，快速行進法的算法時間復(fù)雜度為O（NlogN），快速掃描法復(fù)雜度為O（N）。此外，Li等人還提出了一種不需要重新初始化符號距離函數(shù)的方法，其算法復(fù)雜度為O（N）。

2.3其他研究

何寧以聯(lián)立偏微分方程為出發(fā)點，提到簡單曲線、曲線曲率等數(shù)學問題[9-10]，并推證得出連續(xù)Snake曲線收斂原理，再將連續(xù)的曲線借助離散化方法進行了處理，提出了離散化Snake算法，為深入理解貪婪算法提供了數(shù)學基礎(chǔ)，同時也有利于學者對Snake原理的清晰解讀。除此之外，更多學者又結(jié)合了其他方法進行的算法改進，限于篇幅，這里不再一一列舉。

3應(yīng)用領(lǐng)域

31Snake算法在圖像分割領(lǐng)域的應(yīng)用

蛇模型適于對背景灰度不均勻的醫(yī)學圖像，纖維圖像進行分割，并提取運動物體的輪廓。其中的參數(shù)蛇適宜于交互式醫(yī)學圖像分割，而幾何蛇則適用于復(fù)雜多目標下醫(yī)學圖像自適應(yīng)分割。

2003年，南理工王洪元博士利用二階段的貪婪算法[11]實現(xiàn)了心臟左心室的分割。2005年，一軍大的楊誼博士，使用改進的DP-Snake，成功提取了血細胞[12]。2006年，復(fù)旦大學張俊華結(jié)合邊緣檢測GVF模型，進行了低對比度的超聲圖像分割[6]。2007年，哈工大的朱國普博士改進了球模型，提出了GVF-balloon Snake模型[13]，能雙向運動，提取復(fù)雜目標，完成了人肺CT圖的分割。2007年，南理工王元全提出了改進的GVF模型，完成了左右心室的分割，同時也提高了精準度[14]。2009年，復(fù)旦大學利用幾何蛇模型，完成了冠狀動脈的分割、二尖瓣的分割[4]。中科大的博士編制了改進幾何蛇，完成了腹部肝臟CT圖像的分割[7]。2010年，東華大學的韓海海碩士利用融合聚類算法和GVF-Snake模型[15] ，去除了纖維毛刺，并準確提取纖維圖像的輪廓

32Snake模型在其他方面的應(yīng)用

蛇模型甫經(jīng)提出，就已經(jīng)應(yīng)用于運動跟蹤，比如，體育實況轉(zhuǎn)播時的運動跟蹤，也可用于人臉面部的活動跟蹤，如嘴或眼的運動。

值得一提的是，參數(shù)蛇的算法實現(xiàn)也已成功地引入到教學中。已有很多著名高校的教師，在結(jié)合自己科研方向的基礎(chǔ)上，將一些相對成熟、且先進的技術(shù)，融入本科教學。已有實踐表明，在北大、北師大中，參數(shù)蛇已率先進入了教學，或作為一周編程課的課程設(shè)計，或成為大三、大四專業(yè)實踐的訓練案例。而由于案例表現(xiàn)的趣味性、綜合性和系統(tǒng)性，將使得學生獨立研究能力得到更進一步的強化。另外，在探索Snake算法時，為學生文獻查閱、算法設(shè)計的能力提供了充分訓練機會，而學生的科研素養(yǎng)和參與課題的能力也將達到更高水準，學生在這樣的科研探討氛圍中也必將獲益良多。

4結(jié)束語

Snake模型將圖像分割、數(shù)學泛函分析、能量問題集于一身，俟其問世，就有數(shù)目可觀的學者從多個角度對其特性展開了不同研究，并在不同學科的知識啟發(fā)和影響下，對蛇模型進行了改進。其類型分析如下。

（1）參數(shù)蛇模型：目標函數(shù)簡單，運算迅速而高效，通過添加能量項，多種先驗知識可以靈活嵌入能量函數(shù)中，在交互式的圖像分割中應(yīng)用最廣，而對出現(xiàn)有拓撲變化的目標分割卻不占優(yōu)勢。但憑借其先驗知識嵌入的靈活性，應(yīng)用仍在不斷拓展。多目標分割的探索也在進行中。

（2）幾何蛇模型：在高維空間內(nèi)進行輪廓演化，可以解決大變形，拓撲有變化的問題，計算穩(wěn)定性高，但計算效率偏低，且表達式復(fù)雜，先驗知識在輪廓演化方程中的表達不靈活。當目標變形很小時，一般并不采用幾何蛇模型。即便如此，幾何蛇在復(fù)雜背景下分割、多目標分割、抗噪、防邊界泄漏等問題的處理方面保持優(yōu)勢擅場。目前，研究已從單項水平集向非參多水平集圖像分割方向演變。

近年來，持續(xù)的拓展研究使蛇模型在圖像分割領(lǐng)域占得了一席之地，尤其是在醫(yī)學圖像領(lǐng)域。利用Snake模型處理遙感圖像、彩色圖像的分割，也只是出于起步階段，需要將Snake算法與其它分割算法結(jié)合。而其他算法則包括比如結(jié)合分水嶺算法、種子填充算法和向量法等?？梢灶A(yù)期的是，其發(fā)展前景必將十分廣闊。

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