聚焦军事应用的微课题任务驱动式教学实践
黄勤超，罗晓琳，刘晓，王硕，王勇
（陆军炮兵防空兵学院信息工程系光电工程教研室，安徽 合肥）
摘 要： 如何聚焦军事应用需求，提高军校工科研究生岗位任职能力是军队高层次人才培养十分关注的问题，通过以军事技术专题构建微课内容和以科研任务分解设置微课题的形式开展数字图像处理课程教学改革，不仅能够满足军校工科研究生岗位任职能力培养需要，而且能够有力提升研究生的创新实践能力。
关键词： 微课题；任务驱动；军事应用；教学实践
《数字图像处理》课程是我院信息与通信工程学科硕士研究生的一门学位课程。我院自2000年开设这门课程以来，课程标准的制定和修订、教学方法的改革、教材的选用等方面都经历了很大的变化。在“军队2110工程”学科专业领域点建设规划中，《数字图像处理》课程被列为教学改革的重点。如何聚焦军事应用需求进行微课内容设计，同时以微课题任务驱动方式开展教学，从而把教学重点放在提高研究生的创新实践能力培养上，具有十分重要的意义。
(1) Takotsubo综合征(TTS):即应激性心肌病。TTS可以表现为急性心肌梗死，其中1%～2%的患者表现为可疑STEMI。TTS常由剧烈情绪变化、压力等诱发。90%的患者是绝经后女性。如患者临床表现、心电图异常与cTn的升高程度不成比例，左心室壁运动异常的分布与单个冠状动脉分布不相关时，则应高度怀疑TTS。需冠脉造影和心室造影来明确诊断。
一 聚焦军事应用的微课内容设计
微课作为一种新兴的教学手段，它打破了传统课堂的教学模式，为学员提供了一个自主个性化学习的新途径[1]。出于更新教育理念和提高信息技术应用能力的考虑，许多学科和领域都开展了微课教学的研究和应用。采用信息技术改变传统的课堂教学模式一直是我们孜孜不倦的追求，鉴于微课对传统教学模式的有益补充，我们将数字图像处理课程制作成微课。但微课与传统的多媒体课件、课堂教学实录的视频短片又有所不同，如何设计出学员喜欢的微课是需要军校教员认真思考的问题。由于实战化要求和军校学员培养的需要，如果微课内容的设计与学员的未来任职需求无关，显然实用价值不高。因此，将数字图像处理课程制作成军事微课将更具针对性，对吸引学员的兴趣，提高学员的任职能力都会有更好的效果。
在数字化战场上，各式各样的图像传感器遍及在陆、海、空、天收集图像信息，这些图像信息对于部队能否成功完成任务至关重要。因此，军队院校《数字图像处理》课程教学需要从军事应用对数字图像处理技术的需求出发，结合课程标准要求的知识点设置微课教学内容，做到精而新。
（一） 凸显高清侦察需求的直方图增强微课设计
随着军用光电侦察装备的日益先进，获取图像的清晰度和分辨率也越来越高。然而图像在生成、获取、传输等过程中，往往会发生质量的损伤，不可避免地造成清晰度下降、对比度降低[2]。针对图像的退化和不足，改善图像的质量以满足高清侦察的需要是图像增强处理的目的。
光电成像制导传感器获取的图像由于受到噪声的干扰需要进行图像复原处理才能提供有效的目标信息。这里我们选取了自适应噪声滤波的图像复原内容进行微课设计。
对发现的目标实现精确打击，需要有效地提取出目标的特征。而阈值分割是图像处理中很重要的步骤。目标能否有效地从背景中分割出来，对后续的目标特征提取和识别具有十分重要的影响。
通过直方图增强内容的微课设计，我们深刻体会到“微课制作、设计先行”[3]。图像直方图增强的数字图像处理方法有很多，如何设计好微课内容，这就需要教员具备广博的知识面和精准的取舍力，在上微课前要更深入和广泛地收集教学素材，精心选择教学内容，综合考虑，系统化设计，思考如何在有限的时间内选取小的切入点，就选定的知识点做出学生易于理解与掌握的教学方案，把知识点讲清、讲透，实现“精确打击”，同时满足学员进行移动学习、利用碎片时间的需求。
（二） 凸显光电制导需求的图像滤波复原微课设计
为了使微课内容更贴近实战，需要将直方图处理知识与高清侦察应用案例相结合，使得学员学有所用。以提高学员前瞻思维和实践技能为教学目标，作为传统课堂教学提高和拓展的新途径。在课堂教学中，图像直方图处理的知识点能够以微课的形式来展示如何提高对比度以改善图像质量来满足高清侦察的需求。首先以图象直方图处理前后图像的对比度变化给学员展示图像直方图增强处理带来的视觉冲击。接着介绍如何利用直方图信息实现图像增强的基本原理，通过简单实例说明直方图均衡化方法和实现步骤，最后引导学员编写matlab程序实现直方图增强算法，体验如何巧妙利用图像直方图信息将低对比度图像处理成高对比度且细节丰富动态范围大的高清图像。
给出一个被加性高斯噪声污染严重的图像，选取这样的图像，退化模型不复杂，但处理难度较大，给学员带来挑战而不至于无从下手。在微课内容设计上，首先引导学员思考如何设计滤波器，然后通过选择合适的滤波器参数来建立图像复原模型。我们知道在随机变量的统计度量中最简单的是其均值和方差。均值给出了图像平均灰度的度量，而方差则给出了图像对比度的度量[4]。因此，可以通过分析滤波器作用于图像的响应以及滤波器的性能，建立出图像复原模型，给出自适应滤波器复原的计算步骤。最后通过光电制导图像传感器获取被加性高斯噪声污染的图像处理实例验证自适应噪声滤波图像复原方法的有效性。
在微课设计中，以Otsu方法的最佳全局阈值分割为例。图像灰度数据作为统计分析的数据源，阈值分割看作为一种统计决策理论问题，目的是在将像素分配给两个或多个分类的过程中引入的平均误差最小。这样我们可以充分地利用数理统计知识来解决实际的阈值处理问题。就灰度值而言，给出最好的类间分离的阈值就是最佳阈值。除了最佳性之外，Otsu方法的一个重要特性就是完全以在一幅图像的直方图上执行计算为基础，极大地简化了计算过程。最后，结合实例给出Otsu方法的最佳阈值处理步骤，加深大家对Otsu方法的最佳全局阈值分割图像处理的理解。
（三） 凸显精确打击需求的图像阈值分割微课设计
高清侦察对图像增强处理的需求十分明显，直方图增强的微课设计主要起到引导作用，目的是让研究生学员结合军事需求中的具体问题，学会分析问题以及提出解决问题的方法，并且能够通过实践进行验证。
在新课标要求下小学体育学科教学也有了新的发展方向，这些新的发展方向一方面指引着小学体育学科教学活动的开展，另一方面也代表了教师在小学体育学科教学中必须采取新的方法。目前，在小学体育学科教学中所突出的新发展方向主要体现在以下方面：
数字图像处理这门课程需要许多其他学科的知识作为支撑，而学员由于对这些知识不了解基础薄弱而失去了学习数字图像处理的兴趣，十分可惜。针对这个问题，授课教员结合微课的特点，在上课前首先分析在这次课的讲授内容会涉及到哪些学科以及这些学科的哪些知识点，然后将这些知识点分别录制成微课视频，在上课前一到两天发送给学员自主学习，学员根据自己的情况进行学习。这样学员已经储备了相应的基础知识，学习新的内容就相对容易，更容易激发学生的学习兴趣和积极性，同时也给课堂预留了足够的时间来讲授新的内容。
课堂教学学习时间是有限的，微课题的实施需要有足够的课后延伸，才能保证教学效果，课后的分组学习在一定程度上能够解决这个问题。将学生采用随机分组的方式，分为2-3人一组，对于课后实践课题，各小组成员集中讨论和演示各自思路和成果，集思广益，最终以小组为单位提交最终课后实践成果。
偏振侦察图像配准微课题的设计是建立在对图像变换处理内容理解的基础上，同时结合偏振光探测技术安徽省重点实验室课题研究需要。由于偏振光成像侦察至少需要两个及两个以上偏振方向的图像才能解析出偏振信息。由于多路平行成像设备结构获取图像的原因，对同一场景得到的两幅图像在空间上存在位置差异，因此需要对图像进行配准，才能进行偏振信息解析处理。
二 任务驱动式的微课题设计
学员参与科研课题研究是培养学员科研能力的有效途径[5]。参与课题研究可以激发学员的求知欲望，在体验科研活动的过程中，对所学的知识融会贯通，提高解决问题的能力和创新思维能力，是学员提高综合素质和能力最有效的方法和手段。“微课题”一词来源于基础教育领域，也称微型科研，是指教师把日常教育教学过程中遇到的问题，即时梳理、筛选和提炼，使之成为一个课题，并展开扎实的研究。微课题的特点是研究周期短，见效快，但研究过程具体、微小、有一定深度，研究时要用到课题研究方法，并有一定的学术性。研究的结果成型，可用论文方式进行表达，具备课题研究的共性[6]。
由于数字图像处理课程和军事应用密切相关的特点，使得该课程能够按照项目任务分解的形式设置微课题，以课程重难点知识为“点”、以项目研究任务为“线”、以涵盖课程主要内容的微课题为“面”，形成既支撑科研项目实际需要，又满足课程标准内容学习需要的微课题化体系结构。微课题的设计是教学的第一步，微课题设计得是否科学、合理，关系到整个教学过程的顺利进行。设计微课题时，可由某知识点出发，运用基本原理和技术，与军事需求中遇到的问题联系起来，使原本知识点上的“个问题”得以系统化，成为面上的“类问题”。微课题设计要好结合实际，突出军事应用特点，并紧密结合专业知识和理论，突出学术性。下面以三个典型的微课题设计为例，介绍以微课题的形式开展《数字图像处理》课程教学改革的过程。
（一） 偏振侦察图像配准的微课题设计
从军事应用的需求出发，以军事技术专题形式构建知识重难点的微课内容，既能激发研究生学员对数字图像处理技术在军事应用上的探究兴趣，又能以动画、视频的微课形式实现对知识的重难点加以剖析、技术途径过程分析、技术方法手段应用的完整过程。
综上所述，由于ER的表达与临床激素治疗效果存在相关性，因此宫腔粘连患者在宫腔镜术后可以先检测ER的表达，从而制定个性化激素治疗方案，以提高临床治疗效果。
四是系统工程实践素养。人类的认识都来源于实践，实践是认识的起点和终点，对于系统工程的认识更是如此。实践素养是核心，一方面搞懂弄通系统工程理论需要实践，通过实践能够体验到相关概念（系统的整体性、要素间关联性等），这样对相关理论才能够有更深入理解；另一方面系统的复杂性和人类认知有限性，往往系统又是动态地变化中，决定了人类认识系统需要一个渐进的过程，在认识和实践迭代中，不断逼近最佳实践和不断升华的理论认识，所以实践（包括经验、模拟、试验等）是核心。
在其他花色苷研究中，特别是在复杂样品中异构体的测定中，离子迁移质谱（IM-MS）是一种高通量和高灵敏度的新分析方法。IM-MS的工作原理是根据大小、形状和电荷来分离气体离子[32]。通常采用LC-MS进行进一步分析，鉴定IM-MS分离的化合物组分。
分析 本题题干中涉及到几个新概念.对纠错码理论([5])有了解的读者可以发现，题干中的空间Sn实际上是二元域上的n维线性空间，距离d(A,B)实为纠错码理论中熟知的Hamming距离.毫无疑问，这些概念与情境是考生之前在任何复习参考书上都难以见到的，题目对任何考生来说都是陌生的，有效地保证了考试的公平性.当然，任何考生解答此题无需纠错码理论背景知识，但是肯定需要准确地把握到距离d(A,B) 的意义，即：
课题布置以后，研究生积极性很高，通过查阅文献资料，寻找解决问题的方法。因为图像配准的精度直接影响后续的偏振信息解析结果，大家设计了算法并进行matlab编程实验验证。最后，把各自认为实现了“完美”配准的图像进行后续的偏振信息解析，进一步验证自己的图像配准算法是不是确实管用，是不是真正实现了“完美”。这种以微课题的形式并且带着实际项目研究需求的学习探究方式，给研究生学习注入了动力，激发了他们研究探索并解决实际问题的热情。
（二） 雾中目标图像检测的微课题设计
要提升武器装备全天候作战能力，雾中目标的侦察和制导是不可避免的。雾中目标图像检测也是光电学科研究方向之一。这个微课题的设计是建立在对图像复原知识学习的基础上。一方面能够检验研究生对图像复原知识的理解程度，同时通过这样的微课题锻炼检验研究生的创新实践能力。从实践的情况看，大家跟踪技术前沿的能力有很大提高，学会了通过查阅大量文献资料，选择较为合适的算法并加以实验验证。当然也存在一点小问题，就是对引起雾中样本图像质量退化的原因分析不够，所选取的图像复原算法造成有的同学处理的结果好，而有的同学处理的不尽如意。值得肯定的是大家具有潜心研究的耐心和迎难而上的决心。微课题的设计在很大程度上对研究生创新实践能力的提升起到很大的作用。
（三） 红外目标视频跟踪的微课题设计
红外目标视频跟踪微课题的设计是难度偏大的，这是一个较为综合的研究课题。我们不再像前面微课题那样要求大家独立完成，而是采取团队合作研究方式，挑选在前面微课题实践中表现突出的同学担任微课题组长，带领团队合作完成。尽管在该微课题的实践过程中遇到了种种困难，但最终他们还是在短短的一个月时间内成功地完成了微课题的研究任务。不仅提交了研究报告和实践心得体会，还利用实验室的红外热像仪演示了红外目标视频跟踪的过程。虽然距离实际应用还有一些差距，但是他们这种团队合作的精神和创新实践的能力还是非常值得称赞的。
在微课题开展过程中，尽管学员一开始感到无从下手，甚至个别学员存在一定的排斥和抵触心理，但由于所选的微课题既与军事科技前沿相关，又与课程内容有联系，所以总体上还是受欢迎的。为了保证不影响课程的正常进度，主要安排学员利用课余时间完成微课题研究，课堂上只占用少量时间做交流和点评。鼓励学员变压力为动力，积极引导学员循序渐进开展研究。在实践过程中，我们深深地体会到学员对于微课题研究的态度基本情况是：有思考，缺动力；有想法，缺方法；有潜能，缺实力。因此，只有充分发挥教员的引领作用，才能保证微课题的实践效果。
三 结束语
课题组依据《数字图像处理》课程标准，对聚焦军事应用的微课题任务驱动式教学方法进行了较为深入的研究。通过使用微课等最新的教学手段，构建以军事技术专题形式并体现知识重难点的微课内容，不断地总结教学经验，使学员能够提高对数字图像处理这门课程的兴趣，更好地掌握数字图像处理技术。以科研项目任务分解形式设置微课题，以任务驱动方式设置微课题的方式，可以将项目任务分解后的微课题与课程知识点相结合，让研究生灵活运用课程知识点自主开展微课题研究，在实际的应用中不断检验和完善，从而有效提高了研究生的创新实践能力。
参考文献
[1] 王森华,李向忠等.面向军事应用的计算机程序设计微课设计与制作思考[J].工业和信息化教育,2017(1):91-94.
[2] 冈萨雷斯,阮秋琦.数字图像处理（第三版）[M].北京:电子工业出版社,2017.
[3] 朱杰.微课推动高校军事课课程建设的思考[J].湖南工业职业技术学院学报,2015(8):90-93.
[4] 王晓凯.图像椒盐噪声及高斯噪声去噪方法研究[D].复旦大学硕士论文,2010.
[5] 肖望,涂红艳.基于“微课题研究”的植物生理学实验教学探索[J].高等理科教育,2014(5):103-107
[6] 陈唐明.微课题研学催生灵动高效的数学课堂[J].教育理论与实践,2011(6):51-53.
本文引用格式： 黄勤超 等.聚焦军事应用的微课题任务驱动式教学实践[J]. 教育现代化，2019，6（7）：168-170
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.7.055
基金项目： 本文系陆军炮兵防空兵学院2018年度教学改革基金项目（2018JGXM010）的研究成果。
作者简介： 黄勤超，男，安徽全椒人，陆军炮兵防空兵学院信息工程系光电工程教研室，副教授，博士；罗晓琳，女，安徽合肥人，陆军炮兵防空兵学院信息工程系光电工程教研室，教授，博士。
标签：微课题论文; 任务驱动论文; 军事应用论文; 教学实践论文; 陆军炮兵防空兵学院信息工程系光电工程教研室论文;