ISSN1672-4305

CN12-1352 N实　 　 验　 　 室　 　 科　 　 学

LABORATORY　

SCIENCE第 23 卷　 第 3 期　 2020 年 6 月

Vol 23　 No 3

　 Jun 2020

基于目标导向的图像分割实验平台设计

蔡利梅 王利娟 李　 剑 张晓强(中国矿业大学

信息与控制工程学院 江苏

徐州　 221116)

摘　 要 图像处理实验教学中 需要兼顾内容的基础性和综合性 实现学习成果的目标性 层次性 系统性图像分割实验可以串联各种预处理知识 为图像分析理解做准备 对于课程实验和学习具有重要意义 基于

此 结合 Bloom 的教育目标分类法 开发设计图像分割实验平台 平台分为基本算法设计模块 综合与创新

设计模块 实现处理结果展示 参数展示 实现人机交互 优化设计方案 实践证明 该实验平台能有效深

化学生对图像处理理论的理解与综合应用关键词 教育目标分类法 图像处理 图像分割 实验平台

中图分类号TP

391

G642　 　 文献标识码A　 　 doi10 3969 j issn 1672-4305 2020 03 033

Design

of

image

segmentation

experiment

platform

using

goal-directed

CAI

Limei

WANG

Lijuan

LI

Jian

ZHANG

Xiaoqiang(School

of

Information

and

Control

Engineering

China

University

of

Mining

and

Technology

Xuzhou

221116

China)

Abstract Consideration

should

be

given

to

both

basic

experiment

and

comprehensive

experiment

in

image

processing

teaching

for

purposeful

progressive

and

systematic

learning

Image

segmentation

is

important

in

curriculum

experiment

because

it

connects

various

preprocessing

algorithm

with

image

a-nalysis

and

understanding Therefore

this

paper

presents

an

image

segmentation

experiment

platform

using

goal-directed

thinking Based

on

Bloom1049011s

taxonomy

of

educational

objectives

course

experiment

teaching

goal

is

set

including

basic

learning

comprehension

integrated

and

innovative

design

Using

the

goal

the

platform

designed

includes

basic

algorithm

implementation

module

and

integrated

inno-vative

design

module

can

display

the

processing

results

and

parameters

realizes

human

-

computer

interface

and

design

plan

modification

The

application

indicates

that

the

platform

can

support

the

teaching

of

image

processing

and

improve

studentsrsquo

abilitiesKey

words taxonomy

of

educational

objectives

image

processing

image

segmentation

experiment

platform

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　

　　

　　

　　

　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　

　　

　　

　

收稿日期2018-11-05　 修改日期2019-04-18作者简介蔡利梅博士副教授主要研究方向为图像处理与识

别 E-mailcailimei cumt edu cn基金项目2015 年度国家自然科学基金(项目编号61501465)

中国矿业大学ldquo十三五rdquo品牌专业建设项目(电子信息

工程)中国矿业大学 2017 年精品课程建设项目(项目

编号2017JPPY03)

　 　 ldquo图像处理rdquo是现代信息处理的研究热点是高

校电子信息类专业的重要专业课程 ldquo图像处理rdquo课程的学习除掌握基础理论及算法外更应注重理

论知识的综合应用与创新应用 因此设计一款兼

顾基础理论学习与综合应用平台是培养学生快速掌

握图像处理技能的有效途径 众多教育工作者提出

了多种具有创新性的实验教学方法探讨了课程的

实验教学模式[1 - 2] 采用不同的仿真工具开发实验

系统[3-5] 采用案例式实验方式[6 - 7] 远程进行实

验[ 8 - 9 ] 与硬件结合设计实验[ 10 - 11] 形式多样的实

验增强了学生的学习兴趣提升了教学效果图像分割是图像处理与分析过程的中间环节

既是图像分析理解的前提又是图像预处理理论的

综合应用处于一个承前启后的关键位置 因此图像分割实验平台设计有助于学生快速掌握图像处理

理论及其综合应用本文结合 Benjamin

S Bloom 的教育目标分类法设计了基础学习深入理解综合创新设计的课程实

验教学目标开发设计图像分割实验平台并在实验

教学中应用实现了学生综合能力的分层渐进提高

1　 基于目标导向的实验平台设计

1 1　 课程实验教学目标设计

Bloom 关于认知领域的教育目标分类法揭示了

学习活动的层次性对于教学有很强的指导作用2001 年L W

Anderson 和 D R Krathwohl 等人对

分类法进行了新的修订新的分类法将认知领域的

教育目标分为记忆理解应用分析评价和创新

六个层次[12] 其中前三者为基本要求后三者为更

高要求针对图像处理课程以算法学习和实践为主的特

点以学生为中心以培养和提高学生的编程能力分析能力综合设计创新设计能力为出发点参考

教学目标认知分类法设计课程实验分层教学目标含基础学习深入理解综合及创新设计三个层次如图 1 所示

AA

A1

AA

A1AAA

1+N

+1D

1

图 1　 ldquo图像处理rdquo课程实验分层教学目标

记忆层主要是对算法基础概念理论的认识通过

教师讲解实现理解层在记忆认识的基础上形成对

算法特点应用的初步领会应用层能够利用仿真软

件实现算法直观展示处理结果这三层称为基础学

习主要掌握面向各个知识点的图像处理基本算法在算法实现的基础上结合理论及实现效果对

算法进行分析和评价深入理解各种算法的特点和

应用局限性在对算法深入理解的基础上实现对算法的综

合应用 针对具体问题选择或改进基本处理算法设计处理方案实现较高层次的处理目标

通过分层设计每一阶段教学目标明确要求明

确便于教学开展1 2　 图像分割实验平台设计

图像分割面向图像分析理解在图像预处理的

基础上实现图像分割实验的进行既能巩固对基础

算法的理解和掌握也能锻炼学生系统性综合性实

践能力 因此基于分层实验教学目标开发设计图

像分割实验平台实现了学生综合能力的分层渐进

提高如图 2 所示1 2 1　

实验教学目标第一层基础学习部分

侧重于理解算法基础概念以及算法的实现 要

求学生在实验中实现四大类分割方法阈值分割边界分割区域分割及其他分割方法每一类方法中又

包含了多种基本算法如双峰直方图阈值选择法最大类间方差分割法区域生长法等 通过这一部

分的实现完善学生对基础分割方法理论的理解培养学生的基本编程实践能力

A

F

AA

E+

Canny

Hough

K

L

图 2　 基于目标导向的图像分割实验平台设计

421 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

蔡利梅等基于目标导向的图像分割实验平台设计

1 2 2　

实验教学目标第二层深入理解部分

每种算法的处理效果在实验平台实时展示直观查看针对不同图像的处理效果深入理解各种方

法的特点实现对分割效果的分析以及分割方法的

评价为综合运用各种算法奠定基础1 2 3　

实验教学目标第三层综合创新设计部分

根据基础分割方法的评价分析结果实现综合

设计的教学目标即自定义分割综合了预处理滤

波分割方法选择后处理三个环节设计分割流程针对不同的图像选择不同的分割特征如灰度色调

等根据处理效果选择滤波窗宽可以根据自定义分

割的效果优化设计分割流程 通过自定义分割综合了滤波特征提取分割后处理等知识点形成一

个较完整的图像分割方案有助于学生综合理解图

像处理技术学生可以在所学知识的基础上进行扩展根据

查找资料实现新型分割方法或者验证自己的想法培养自主学习及思考能力

所设计平台效果如图 3 所示 整个平台分为基

本算法设计模块综合创新设计模块能够实现处

理结果展示参数展示实现人机交互设计方案的

修改优化

图 3　 图像分割实验平台

1 3　 图像分割实验平台的应用

编程能力的提高离不开动手实践在实验中教师所设计平台仅作为框架和示例平台功能由学生逐

渐填充完善在这一过程中学生的能力逐渐提高图 4 是学生设计的效果分别是基础处理中的 K 均值

聚类分割二值图像轮廓提取以及自定义分割

2　 结语

实验是夯实理论学习的有效方法与手段实验

平台的设计应充分匹配理论内容的特点和应用需

求 由于图像分割在图像处理环节中的承前启后作

用图像分割实验既能巩固对基础算法的理解和掌

握也能锻炼学生系统性综合性实践能力 基于

(a)K 值均聚类分割　 　 　

(b)二值图像轮廓提取

(c)自定义综合分割

图 4　 学生所设计效果

此本文结合 Bloom 的教育目标分类法设计了图像

处理基础学习深入理解综合创新设计的层次性

课程实验教学目标开发设计图像分割实验平台构建了交互界面实现处理结果展示参数展示人机

交互优化设计方案 实践证明该实验平台有效实

现学生图像处理能力的分层渐进提高符合ldquo学生

中心产出导向持续改进rdquo卓越工程师培养理念

参考文献(References)

[1] 　 韩智张振虹

ldquo数字图像处理rdquo实验课教学改革与实践[ J]

实验室研究与探索200827(9)102-104

[2] 　 赵增顺郭为民刘伟健等

Matlab 图像处理的双语实践与思

考[J]

实验室科学

201619(4)97-99[3] 　 邹焕新周石琳

ldquo数字图像处理rdquo实验教学系统的构建[ J]

电气电子教学学报201234(6)48-51[4] 　 车辚辚孔英会赵振兵

基于 Matlab

Simulink

的数字图像处

理实验教学研究[J]

实验室科学201215(3)126-129

[5] 　 郑庆庆吴谨朱磊等

交互式图像分割实验系统开发[ J]

实验技术与管理201835(4)86-90[6] 　 蒋伟杨庭庭刘亚威等

数字图像处理研究性实验教学的改

革与实践mdash基于分数阶偏微分的图像边缘检测[ J]

实验技

术与管理201330(6)124-128[7] 　 覃磊孙开琼刘春苔

数字图像处理综合性实验教学案例研

究与实现[J]

武汉轻工大学学报201837(2)91-97[8] 　 郁芸王锦程浦祎玮等

基于 Matlab

GUI

的医学图像处理课

程虚拟实验平台设计[J]

计算机教育2017(6)171-174[9] 　 李健于清华郑颖

基于 MATLAB

的数字图像处理 WEB 实

验平台的开发[J]

实验技术与管理200623(10)80-84

(下转第 128 页)

521

同时训练学生掌握工业新技术新工艺和新软件为学生解决复杂工程问题提供了必要的知识积累

2　 授课形式的更新

依托我校国家级电子科学与技术实验教学中心

的平台结合授课教师的科研背景我们编写了面向

工程应用的普通高等院校电工电子实验实践系列教

材 通过具有代表性的工程案例强化电工电子实

验课程的工程实践性 同时积极建设该课程的慕课

(MOOCs)资源将电子教案综合芯片数据表文件实验案例以及工程案例等整合成文本线上资源保证本课程的系统性与完整性

在授课形式上贯通数字电路与系统设计理论课

程和实践课程通过将数字电路理论课中的设计报

告和研究报告在实践课程中加以实现 通过实验报

告以科研论文的要求进行书写强调实验现象背后

的本质电学问题尽早锻炼学生的实验设计能力和

文字表达能力提升学生的学术研究和工程沟通

能力在研究性教学的实施中注重综合智力与非智

力因素的培养在经典案例的基础上不断融入面向

行业应用的新知识新技术以工程问题为线索开展面向工程能力培养为核心的数字电路与系统实验

教学体系培养学生的探究能力

3　 考核形式的更新

考核方法是个指挥棒可以影响学生积极性的

发挥 针对研究性的数字电路与系统设计实验的教

学形式构建了多元化的考核方式 期末考试和期

中测验试卷分为实践部分(60 分)和实验技术与实

验理论部分(40 分) 在传统的ldquo平时+期中+期末rdquo考核方式的基础上加入平时实验操作成绩 同时由学生自主完成各种创新实验培养学生的工程实

践能力和创新能力 这种灵活的考核模式有利于

学生锻炼工程实践能力完备学生的电子电路设计

与实现的知识框架与体系

4　 结语

针对学生在工程实践创新能力培养方面较薄

弱的实践教学难题我们在ldquo数字电路与系统设计

实验rdquo实践课程中引入研究型教学模式已有效地

培养了学生的创新能力 通过改进数字电路与逻辑

设计实验教学内容倡导以学生为主体的研究性教

学模式促使学生面向产业主动学习独立思考数字电路与逻辑设计实验实践课程的研究性教学有

效地提升了学生的综合素质和创新能力 该教学改

革的实施有力地推动了我校实践教学课程教学体系

的改革与创新 学生对参加创新实践活动表现出极

大的热情和自信参加各类电子类竞赛并获奖项越

来越多 我校在大学生电子设计大赛挑战杯全国

大学生机器人大赛和美国机器人公开赛等重要大学

生赛事中屡创佳绩并于 2017 年捧得全国大学生

电子设计大赛最高奖瑞萨杯

参考文献(References)

[1] 　 黎茵张以顺张志红等 高校本科实验课程研究性项目教学

实践与探索[J] 实验室研究与探索201837(6)

158-161[2] 　 孙科学成雨含唐珂等 示波器通道扩展电路实验教学设计

[J] 实验室科学201821(5)21-23[3] 　 王心刚贺利张冬至等 电工电子学课程研究性实验教学模

式改革与实践[J] 实验室研究与探索201736(4)188-191[4] 　 顾世浦孙科学 重修班数字电路实验教学改革初探[ J] 实验

室科学201821(1)234-236[5] 　 崔学荣曹爱请李娟等 研究性教学模式在实验教学方法改

革中的应用[J] 实验技术与管理201633(1)176-178[6] 　 张小岗秦玉军 研究性实验教学项目创设及实践[ J] 实验室

科学201114(1)37-39[7] 　 孙科学郭宇锋刘芫健等 可编程器件在电工电子实验案例

教学中的改革与探索[J] 实验科学与技术201715( 1)87-

91[8] 　 孙科学成雨含张瑛等 电工电子系列实践课程交互式教学

体系的构建初探[J] 工业和信息化教育2016(9)67-70

[9] 　 程勇孙科学郭宇锋等 信息电子技术虚拟仿真实验教学中

心建设的探索与实践[ J] 实验室研究与探索201837( 5)153-157

[10] 　 孙科学郭宇锋肖建等 面向新工科的工程实践教学体系

建设与探索[J] 实验技术与管理201835(5)233-235[11] 　 成谢锋郭宇锋黄丽亚等 大电子实验教学平台建设和教

学方式的改革[ J] 实验室研究与探索201534( 9)

164 -

167[12] 　 孙科学张瑛唐珂等 基于 FPGA 的电工电子实践课程的

改革与探索[J] 电子制作2015(15)68-70

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979(上接第 125 页)[10]　 周越李响

触屏交互的图像处理实验平台设计[J]

实验室

研究与探索201837(2)98-100[11] 　 傅志中赵宇飞周宁等

基于 Matlab

图像采集工具箱的图

像处理实验平台设计[ J] 实验室研究与探索201736( 8)

100-103[12] 　 David

R

Krathwobl

A

Revision

of

Bloomrsquo s

Taxonomy

An

O-verview[J]

Theory

Into

Practice

200241(4)212-218

821 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

理论及其综合应用本文结合 Benjamin

S Bloom 的教育目标分类法设计了基础学习深入理解综合创新设计的课程实

验教学目标开发设计图像分割实验平台并在实验

教学中应用实现了学生综合能力的分层渐进提高

1　 基于目标导向的实验平台设计

1 1　 课程实验教学目标设计

Bloom 关于认知领域的教育目标分类法揭示了

学习活动的层次性对于教学有很强的指导作用2001 年L W

Anderson 和 D R Krathwohl 等人对

分类法进行了新的修订新的分类法将认知领域的

教育目标分为记忆理解应用分析评价和创新

六个层次[12] 其中前三者为基本要求后三者为更

高要求针对图像处理课程以算法学习和实践为主的特

点以学生为中心以培养和提高学生的编程能力分析能力综合设计创新设计能力为出发点参考

教学目标认知分类法设计课程实验分层教学目标含基础学习深入理解综合及创新设计三个层次如图 1 所示

AA

A1

AA

A1AAA

1+N

+1D

1

图 1　 ldquo图像处理rdquo课程实验分层教学目标

记忆层主要是对算法基础概念理论的认识通过

教师讲解实现理解层在记忆认识的基础上形成对

算法特点应用的初步领会应用层能够利用仿真软

件实现算法直观展示处理结果这三层称为基础学

习主要掌握面向各个知识点的图像处理基本算法在算法实现的基础上结合理论及实现效果对

算法进行分析和评价深入理解各种算法的特点和

应用局限性在对算法深入理解的基础上实现对算法的综

合应用 针对具体问题选择或改进基本处理算法设计处理方案实现较高层次的处理目标

通过分层设计每一阶段教学目标明确要求明

确便于教学开展1 2　 图像分割实验平台设计

图像分割面向图像分析理解在图像预处理的

基础上实现图像分割实验的进行既能巩固对基础

算法的理解和掌握也能锻炼学生系统性综合性实

践能力 因此基于分层实验教学目标开发设计图

像分割实验平台实现了学生综合能力的分层渐进

提高如图 2 所示1 2 1　

实验教学目标第一层基础学习部分

侧重于理解算法基础概念以及算法的实现 要

求学生在实验中实现四大类分割方法阈值分割边界分割区域分割及其他分割方法每一类方法中又

包含了多种基本算法如双峰直方图阈值选择法最大类间方差分割法区域生长法等 通过这一部

分的实现完善学生对基础分割方法理论的理解培养学生的基本编程实践能力

A

F

AA

E+

Canny

Hough

K

L

图 2　 基于目标导向的图像分割实验平台设计

421 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

蔡利梅等基于目标导向的图像分割实验平台设计

1 2 2　

实验教学目标第二层深入理解部分

每种算法的处理效果在实验平台实时展示直观查看针对不同图像的处理效果深入理解各种方

法的特点实现对分割效果的分析以及分割方法的

评价为综合运用各种算法奠定基础1 2 3　

实验教学目标第三层综合创新设计部分

根据基础分割方法的评价分析结果实现综合

设计的教学目标即自定义分割综合了预处理滤

波分割方法选择后处理三个环节设计分割流程针对不同的图像选择不同的分割特征如灰度色调

等根据处理效果选择滤波窗宽可以根据自定义分

割的效果优化设计分割流程 通过自定义分割综合了滤波特征提取分割后处理等知识点形成一

个较完整的图像分割方案有助于学生综合理解图

像处理技术学生可以在所学知识的基础上进行扩展根据

查找资料实现新型分割方法或者验证自己的想法培养自主学习及思考能力

所设计平台效果如图 3 所示 整个平台分为基

本算法设计模块综合创新设计模块能够实现处

理结果展示参数展示实现人机交互设计方案的

修改优化

图 3　 图像分割实验平台

1 3　 图像分割实验平台的应用

编程能力的提高离不开动手实践在实验中教师所设计平台仅作为框架和示例平台功能由学生逐

渐填充完善在这一过程中学生的能力逐渐提高图 4 是学生设计的效果分别是基础处理中的 K 均值

聚类分割二值图像轮廓提取以及自定义分割

2　 结语

实验是夯实理论学习的有效方法与手段实验

平台的设计应充分匹配理论内容的特点和应用需

求 由于图像分割在图像处理环节中的承前启后作

用图像分割实验既能巩固对基础算法的理解和掌

握也能锻炼学生系统性综合性实践能力 基于

(a)K 值均聚类分割　 　 　

(b)二值图像轮廓提取

(c)自定义综合分割

图 4　 学生所设计效果

此本文结合 Bloom 的教育目标分类法设计了图像

处理基础学习深入理解综合创新设计的层次性

课程实验教学目标开发设计图像分割实验平台构建了交互界面实现处理结果展示参数展示人机

交互优化设计方案 实践证明该实验平台有效实

现学生图像处理能力的分层渐进提高符合ldquo学生

中心产出导向持续改进rdquo卓越工程师培养理念

参考文献(References)

[1] 　 韩智张振虹

ldquo数字图像处理rdquo实验课教学改革与实践[ J]

实验室研究与探索200827(9)102-104

[2] 　 赵增顺郭为民刘伟健等

Matlab 图像处理的双语实践与思

考[J]

实验室科学

201619(4)97-99[3] 　 邹焕新周石琳

ldquo数字图像处理rdquo实验教学系统的构建[ J]

电气电子教学学报201234(6)48-51[4] 　 车辚辚孔英会赵振兵

基于 Matlab

Simulink

的数字图像处

理实验教学研究[J]

实验室科学201215(3)126-129

[5] 　 郑庆庆吴谨朱磊等

交互式图像分割实验系统开发[ J]

实验技术与管理201835(4)86-90[6] 　 蒋伟杨庭庭刘亚威等

数字图像处理研究性实验教学的改

革与实践mdash基于分数阶偏微分的图像边缘检测[ J]

实验技

术与管理201330(6)124-128[7] 　 覃磊孙开琼刘春苔

数字图像处理综合性实验教学案例研

究与实现[J]

武汉轻工大学学报201837(2)91-97[8] 　 郁芸王锦程浦祎玮等

基于 Matlab

GUI

的医学图像处理课

程虚拟实验平台设计[J]

计算机教育2017(6)171-174[9] 　 李健于清华郑颖

基于 MATLAB

的数字图像处理 WEB 实

验平台的开发[J]

实验技术与管理200623(10)80-84

(下转第 128 页)

521

同时训练学生掌握工业新技术新工艺和新软件为学生解决复杂工程问题提供了必要的知识积累

2　 授课形式的更新

依托我校国家级电子科学与技术实验教学中心

的平台结合授课教师的科研背景我们编写了面向

工程应用的普通高等院校电工电子实验实践系列教

材 通过具有代表性的工程案例强化电工电子实

验课程的工程实践性 同时积极建设该课程的慕课

(MOOCs)资源将电子教案综合芯片数据表文件实验案例以及工程案例等整合成文本线上资源保证本课程的系统性与完整性

在授课形式上贯通数字电路与系统设计理论课

程和实践课程通过将数字电路理论课中的设计报

告和研究报告在实践课程中加以实现 通过实验报

告以科研论文的要求进行书写强调实验现象背后

的本质电学问题尽早锻炼学生的实验设计能力和

文字表达能力提升学生的学术研究和工程沟通

能力在研究性教学的实施中注重综合智力与非智

力因素的培养在经典案例的基础上不断融入面向

行业应用的新知识新技术以工程问题为线索开展面向工程能力培养为核心的数字电路与系统实验

教学体系培养学生的探究能力

3　 考核形式的更新

考核方法是个指挥棒可以影响学生积极性的

发挥 针对研究性的数字电路与系统设计实验的教

学形式构建了多元化的考核方式 期末考试和期

中测验试卷分为实践部分(60 分)和实验技术与实

验理论部分(40 分) 在传统的ldquo平时+期中+期末rdquo考核方式的基础上加入平时实验操作成绩 同时由学生自主完成各种创新实验培养学生的工程实

践能力和创新能力 这种灵活的考核模式有利于

学生锻炼工程实践能力完备学生的电子电路设计

与实现的知识框架与体系

4　 结语

针对学生在工程实践创新能力培养方面较薄

弱的实践教学难题我们在ldquo数字电路与系统设计

实验rdquo实践课程中引入研究型教学模式已有效地

培养了学生的创新能力 通过改进数字电路与逻辑

设计实验教学内容倡导以学生为主体的研究性教

学模式促使学生面向产业主动学习独立思考数字电路与逻辑设计实验实践课程的研究性教学有

效地提升了学生的综合素质和创新能力 该教学改

革的实施有力地推动了我校实践教学课程教学体系

的改革与创新 学生对参加创新实践活动表现出极

大的热情和自信参加各类电子类竞赛并获奖项越

来越多 我校在大学生电子设计大赛挑战杯全国

大学生机器人大赛和美国机器人公开赛等重要大学

生赛事中屡创佳绩并于 2017 年捧得全国大学生

电子设计大赛最高奖瑞萨杯

参考文献(References)

[1] 　 黎茵张以顺张志红等 高校本科实验课程研究性项目教学

实践与探索[J] 实验室研究与探索201837(6)

158-161[2] 　 孙科学成雨含唐珂等 示波器通道扩展电路实验教学设计

[J] 实验室科学201821(5)21-23[3] 　 王心刚贺利张冬至等 电工电子学课程研究性实验教学模

式改革与实践[J] 实验室研究与探索201736(4)188-191[4] 　 顾世浦孙科学 重修班数字电路实验教学改革初探[ J] 实验

室科学201821(1)234-236[5] 　 崔学荣曹爱请李娟等 研究性教学模式在实验教学方法改

革中的应用[J] 实验技术与管理201633(1)176-178[6] 　 张小岗秦玉军 研究性实验教学项目创设及实践[ J] 实验室

科学201114(1)37-39[7] 　 孙科学郭宇锋刘芫健等 可编程器件在电工电子实验案例

教学中的改革与探索[J] 实验科学与技术201715( 1)87-

91[8] 　 孙科学成雨含张瑛等 电工电子系列实践课程交互式教学

体系的构建初探[J] 工业和信息化教育2016(9)67-70

[9] 　 程勇孙科学郭宇锋等 信息电子技术虚拟仿真实验教学中

心建设的探索与实践[ J] 实验室研究与探索201837( 5)153-157

[10] 　 孙科学郭宇锋肖建等 面向新工科的工程实践教学体系

建设与探索[J] 实验技术与管理201835(5)233-235[11] 　 成谢锋郭宇锋黄丽亚等 大电子实验教学平台建设和教

学方式的改革[ J] 实验室研究与探索201534( 9)

164 -

167[12] 　 孙科学张瑛唐珂等 基于 FPGA 的电工电子实践课程的

改革与探索[J] 电子制作2015(15)68-70

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979(上接第 125 页)[10]　 周越李响

触屏交互的图像处理实验平台设计[J]

实验室

研究与探索201837(2)98-100[11] 　 傅志中赵宇飞周宁等

基于 Matlab

图像采集工具箱的图

像处理实验平台设计[ J] 实验室研究与探索201736( 8)

100-103[12] 　 David

R

Krathwobl

A

Revision

of

Bloomrsquo s

Taxonomy

An

O-verview[J]

Theory

Into

Practice

200241(4)212-218

821 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

蔡利梅等基于目标导向的图像分割实验平台设计

1 2 2　

实验教学目标第二层深入理解部分

每种算法的处理效果在实验平台实时展示直观查看针对不同图像的处理效果深入理解各种方

法的特点实现对分割效果的分析以及分割方法的

评价为综合运用各种算法奠定基础1 2 3　

实验教学目标第三层综合创新设计部分

根据基础分割方法的评价分析结果实现综合

设计的教学目标即自定义分割综合了预处理滤

波分割方法选择后处理三个环节设计分割流程针对不同的图像选择不同的分割特征如灰度色调

等根据处理效果选择滤波窗宽可以根据自定义分

割的效果优化设计分割流程 通过自定义分割综合了滤波特征提取分割后处理等知识点形成一

个较完整的图像分割方案有助于学生综合理解图

像处理技术学生可以在所学知识的基础上进行扩展根据

查找资料实现新型分割方法或者验证自己的想法培养自主学习及思考能力

所设计平台效果如图 3 所示 整个平台分为基

本算法设计模块综合创新设计模块能够实现处

理结果展示参数展示实现人机交互设计方案的

修改优化

图 3　 图像分割实验平台

1 3　 图像分割实验平台的应用

编程能力的提高离不开动手实践在实验中教师所设计平台仅作为框架和示例平台功能由学生逐

渐填充完善在这一过程中学生的能力逐渐提高图 4 是学生设计的效果分别是基础处理中的 K 均值

聚类分割二值图像轮廓提取以及自定义分割

2　 结语

实验是夯实理论学习的有效方法与手段实验

平台的设计应充分匹配理论内容的特点和应用需

求 由于图像分割在图像处理环节中的承前启后作

用图像分割实验既能巩固对基础算法的理解和掌

握也能锻炼学生系统性综合性实践能力 基于

(a)K 值均聚类分割　 　 　

(b)二值图像轮廓提取

(c)自定义综合分割

图 4　 学生所设计效果

此本文结合 Bloom 的教育目标分类法设计了图像

处理基础学习深入理解综合创新设计的层次性

课程实验教学目标开发设计图像分割实验平台构建了交互界面实现处理结果展示参数展示人机

交互优化设计方案 实践证明该实验平台有效实

现学生图像处理能力的分层渐进提高符合ldquo学生

中心产出导向持续改进rdquo卓越工程师培养理念

参考文献(References)

[1] 　 韩智张振虹

ldquo数字图像处理rdquo实验课教学改革与实践[ J]

实验室研究与探索200827(9)102-104

[2] 　 赵增顺郭为民刘伟健等

Matlab 图像处理的双语实践与思

考[J]

实验室科学

201619(4)97-99[3] 　 邹焕新周石琳

ldquo数字图像处理rdquo实验教学系统的构建[ J]

电气电子教学学报201234(6)48-51[4] 　 车辚辚孔英会赵振兵

基于 Matlab

Simulink

的数字图像处

理实验教学研究[J]

实验室科学201215(3)126-129

[5] 　 郑庆庆吴谨朱磊等

交互式图像分割实验系统开发[ J]

实验技术与管理201835(4)86-90[6] 　 蒋伟杨庭庭刘亚威等

数字图像处理研究性实验教学的改

革与实践mdash基于分数阶偏微分的图像边缘检测[ J]

实验技

术与管理201330(6)124-128[7] 　 覃磊孙开琼刘春苔

数字图像处理综合性实验教学案例研

究与实现[J]

武汉轻工大学学报201837(2)91-97[8] 　 郁芸王锦程浦祎玮等

基于 Matlab

GUI

的医学图像处理课

程虚拟实验平台设计[J]

计算机教育2017(6)171-174[9] 　 李健于清华郑颖

基于 MATLAB

的数字图像处理 WEB 实

验平台的开发[J]

实验技术与管理200623(10)80-84

(下转第 128 页)

521

同时训练学生掌握工业新技术新工艺和新软件为学生解决复杂工程问题提供了必要的知识积累

2　 授课形式的更新

依托我校国家级电子科学与技术实验教学中心

的平台结合授课教师的科研背景我们编写了面向

工程应用的普通高等院校电工电子实验实践系列教

材 通过具有代表性的工程案例强化电工电子实

验课程的工程实践性 同时积极建设该课程的慕课

(MOOCs)资源将电子教案综合芯片数据表文件实验案例以及工程案例等整合成文本线上资源保证本课程的系统性与完整性

在授课形式上贯通数字电路与系统设计理论课

程和实践课程通过将数字电路理论课中的设计报

告和研究报告在实践课程中加以实现 通过实验报

告以科研论文的要求进行书写强调实验现象背后

的本质电学问题尽早锻炼学生的实验设计能力和

文字表达能力提升学生的学术研究和工程沟通

能力在研究性教学的实施中注重综合智力与非智

力因素的培养在经典案例的基础上不断融入面向

行业应用的新知识新技术以工程问题为线索开展面向工程能力培养为核心的数字电路与系统实验

教学体系培养学生的探究能力

3　 考核形式的更新

考核方法是个指挥棒可以影响学生积极性的

发挥 针对研究性的数字电路与系统设计实验的教

学形式构建了多元化的考核方式 期末考试和期

中测验试卷分为实践部分(60 分)和实验技术与实

验理论部分(40 分) 在传统的ldquo平时+期中+期末rdquo考核方式的基础上加入平时实验操作成绩 同时由学生自主完成各种创新实验培养学生的工程实

践能力和创新能力 这种灵活的考核模式有利于

学生锻炼工程实践能力完备学生的电子电路设计

与实现的知识框架与体系

4　 结语

针对学生在工程实践创新能力培养方面较薄

弱的实践教学难题我们在ldquo数字电路与系统设计

实验rdquo实践课程中引入研究型教学模式已有效地

培养了学生的创新能力 通过改进数字电路与逻辑

设计实验教学内容倡导以学生为主体的研究性教

学模式促使学生面向产业主动学习独立思考数字电路与逻辑设计实验实践课程的研究性教学有

效地提升了学生的综合素质和创新能力 该教学改

革的实施有力地推动了我校实践教学课程教学体系

的改革与创新 学生对参加创新实践活动表现出极

大的热情和自信参加各类电子类竞赛并获奖项越

来越多 我校在大学生电子设计大赛挑战杯全国

大学生机器人大赛和美国机器人公开赛等重要大学

生赛事中屡创佳绩并于 2017 年捧得全国大学生

电子设计大赛最高奖瑞萨杯

参考文献(References)

[1] 　 黎茵张以顺张志红等 高校本科实验课程研究性项目教学

实践与探索[J] 实验室研究与探索201837(6)

158-161[2] 　 孙科学成雨含唐珂等 示波器通道扩展电路实验教学设计

[J] 实验室科学201821(5)21-23[3] 　 王心刚贺利张冬至等 电工电子学课程研究性实验教学模

式改革与实践[J] 实验室研究与探索201736(4)188-191[4] 　 顾世浦孙科学 重修班数字电路实验教学改革初探[ J] 实验

室科学201821(1)234-236[5] 　 崔学荣曹爱请李娟等 研究性教学模式在实验教学方法改

革中的应用[J] 实验技术与管理201633(1)176-178[6] 　 张小岗秦玉军 研究性实验教学项目创设及实践[ J] 实验室

科学201114(1)37-39[7] 　 孙科学郭宇锋刘芫健等 可编程器件在电工电子实验案例

教学中的改革与探索[J] 实验科学与技术201715( 1)87-

91[8] 　 孙科学成雨含张瑛等 电工电子系列实践课程交互式教学

体系的构建初探[J] 工业和信息化教育2016(9)67-70

[9] 　 程勇孙科学郭宇锋等 信息电子技术虚拟仿真实验教学中

心建设的探索与实践[ J] 实验室研究与探索201837( 5)153-157

[10] 　 孙科学郭宇锋肖建等 面向新工科的工程实践教学体系

建设与探索[J] 实验技术与管理201835(5)233-235[11] 　 成谢锋郭宇锋黄丽亚等 大电子实验教学平台建设和教

学方式的改革[ J] 实验室研究与探索201534( 9)

164 -

167[12] 　 孙科学张瑛唐珂等 基于 FPGA 的电工电子实践课程的

改革与探索[J] 电子制作2015(15)68-70

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979(上接第 125 页)[10]　 周越李响

触屏交互的图像处理实验平台设计[J]

实验室

研究与探索201837(2)98-100[11] 　 傅志中赵宇飞周宁等

基于 Matlab

图像采集工具箱的图

像处理实验平台设计[ J] 实验室研究与探索201736( 8)

100-103[12] 　 David

R

Krathwobl

A

Revision

of

Bloomrsquo s

Taxonomy

An

O-verview[J]

Theory

Into

Practice

200241(4)212-218

821 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

同时训练学生掌握工业新技术新工艺和新软件为学生解决复杂工程问题提供了必要的知识积累

2　 授课形式的更新

依托我校国家级电子科学与技术实验教学中心

的平台结合授课教师的科研背景我们编写了面向

工程应用的普通高等院校电工电子实验实践系列教

材 通过具有代表性的工程案例强化电工电子实

验课程的工程实践性 同时积极建设该课程的慕课

(MOOCs)资源将电子教案综合芯片数据表文件实验案例以及工程案例等整合成文本线上资源保证本课程的系统性与完整性

在授课形式上贯通数字电路与系统设计理论课

程和实践课程通过将数字电路理论课中的设计报

告和研究报告在实践课程中加以实现 通过实验报

告以科研论文的要求进行书写强调实验现象背后

的本质电学问题尽早锻炼学生的实验设计能力和

文字表达能力提升学生的学术研究和工程沟通

能力在研究性教学的实施中注重综合智力与非智

力因素的培养在经典案例的基础上不断融入面向

行业应用的新知识新技术以工程问题为线索开展面向工程能力培养为核心的数字电路与系统实验

教学体系培养学生的探究能力

3　 考核形式的更新

考核方法是个指挥棒可以影响学生积极性的

发挥 针对研究性的数字电路与系统设计实验的教

学形式构建了多元化的考核方式 期末考试和期

中测验试卷分为实践部分(60 分)和实验技术与实

验理论部分(40 分) 在传统的ldquo平时+期中+期末rdquo考核方式的基础上加入平时实验操作成绩 同时由学生自主完成各种创新实验培养学生的工程实

践能力和创新能力 这种灵活的考核模式有利于

学生锻炼工程实践能力完备学生的电子电路设计

与实现的知识框架与体系

4　 结语

针对学生在工程实践创新能力培养方面较薄

弱的实践教学难题我们在ldquo数字电路与系统设计

实验rdquo实践课程中引入研究型教学模式已有效地

培养了学生的创新能力 通过改进数字电路与逻辑

设计实验教学内容倡导以学生为主体的研究性教

学模式促使学生面向产业主动学习独立思考数字电路与逻辑设计实验实践课程的研究性教学有

效地提升了学生的综合素质和创新能力 该教学改

革的实施有力地推动了我校实践教学课程教学体系

的改革与创新 学生对参加创新实践活动表现出极

大的热情和自信参加各类电子类竞赛并获奖项越

来越多 我校在大学生电子设计大赛挑战杯全国

大学生机器人大赛和美国机器人公开赛等重要大学

生赛事中屡创佳绩并于 2017 年捧得全国大学生

电子设计大赛最高奖瑞萨杯

参考文献(References)

[1] 　 黎茵张以顺张志红等 高校本科实验课程研究性项目教学

实践与探索[J] 实验室研究与探索201837(6)

158-161[2] 　 孙科学成雨含唐珂等 示波器通道扩展电路实验教学设计

[J] 实验室科学201821(5)21-23[3] 　 王心刚贺利张冬至等 电工电子学课程研究性实验教学模

式改革与实践[J] 实验室研究与探索201736(4)188-191[4] 　 顾世浦孙科学 重修班数字电路实验教学改革初探[ J] 实验

室科学201821(1)234-236[5] 　 崔学荣曹爱请李娟等 研究性教学模式在实验教学方法改

革中的应用[J] 实验技术与管理201633(1)176-178[6] 　 张小岗秦玉军 研究性实验教学项目创设及实践[ J] 实验室

科学201114(1)37-39[7] 　 孙科学郭宇锋刘芫健等 可编程器件在电工电子实验案例

教学中的改革与探索[J] 实验科学与技术201715( 1)87-

91[8] 　 孙科学成雨含张瑛等 电工电子系列实践课程交互式教学

体系的构建初探[J] 工业和信息化教育2016(9)67-70

[9] 　 程勇孙科学郭宇锋等 信息电子技术虚拟仿真实验教学中

心建设的探索与实践[ J] 实验室研究与探索201837( 5)153-157

[10] 　 孙科学郭宇锋肖建等 面向新工科的工程实践教学体系

建设与探索[J] 实验技术与管理201835(5)233-235[11] 　 成谢锋郭宇锋黄丽亚等 大电子实验教学平台建设和教

学方式的改革[ J] 实验室研究与探索201534( 9)

164 -

167[12] 　 孙科学张瑛唐珂等 基于 FPGA 的电工电子实践课程的

改革与探索[J] 电子制作2015(15)68-70

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979(上接第 125 页)[10]　 周越李响

触屏交互的图像处理实验平台设计[J]

实验室

研究与探索201837(2)98-100[11] 　 傅志中赵宇飞周宁等

基于 Matlab

图像采集工具箱的图

像处理实验平台设计[ J] 实验室研究与探索201736( 8)

100-103[12] 　 David

R

Krathwobl

A

Revision

of

Bloomrsquo s

Taxonomy

An

O-verview[J]

Theory

Into

Practice

200241(4)212-218

821