“機器視覺”課程思政教學方法的研究

梁華剛

（長安大學 電子與控制工程學院，陜西 西安710064）

0 引言

在2016年全國高校思想政治工作會議上，“課程思政”這一概念首次提出。習近平總書記在工作會議中強調，“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”［1］。在2018年全國教育大會上［2］，習近平總書記強調，“黨的十八大以來，我們圍繞培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人這一根本問題，全面加強黨對教育工作的領導，堅持立德樹人，加強學校思想政治工作，推進教育改革，加快補齊教育短板，教育事業中國特色更加鮮明，教育現代化加速推進，教育方面人民群眾獲得感明顯增強，我國教育的國際影響力加快提升，4000多萬在校大學生的思想道德素質和科學文化素質全面提升”。高校課程思政改革由此開始。

就“機器視覺”這門課而言，這是一門作為信息處理、計算機、機器人、人工智能、自動化及儀器儀表等專業的高年級本科生和研究生的專業課程。本課程編入長安大學本科生2010版培養計劃開始，本科生開設本課程7年。研究生15版培養計劃增設“機器視覺”課程已有5年。近三年累計授課人數達400余人?！皺C器視覺”主要講述機器視覺的基本思想、原理和實驗設計等內容，教學環節包括課堂講授、習題、課外作業和實驗，使學生掌握機器視覺的基本概念和機器視覺的分析方法和設計方法，初步掌握應用機器視覺知識進行簡單的測量、匹配和相機標定等技能，學會應用OpenCV進行簡單的應用實驗設計。在2016年“課程思政”提出以前，“機器視覺”課程教學對“課程思政”重視程度不夠，側重于傳遞知識，對育人育德考慮不足，學生普遍存在掌握充足的專業知識，缺少社會關懷的現象，因此迫切需要高校教師在課程傳授過程中讓學生提升愛國情懷和政治責任。

1 “課程思政”教學改革目標

本課程涉及光學、電子學、控制科學、計算機科學等眾多學科，是一門重要的綜合性前沿學科課程。在工業機器人、移動機器人領域，軍事領域、航天與空間探索領域等具有廣闊的應用前景。進行“課程思政”改革，易于激發學生科學探索的興趣，能夠培養學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感。通過列舉近年來機器視覺技術在我國空間探索、探月工程、智慧交通等領域的應用，引導學生扎根中國大地、了解國情民情，厚植愛國主義情感，堅定“四個自信”，實現知識體系教育與思想政治教育的有機結合，踐行育才與育人的統一。

具體實現目標包括以下幾點：

（1）通過介紹機器視覺發展和研究方向，介紹機器視覺應用的最新成果和中國在機器視覺領域取得偉大成績。包括國家整體的技術水平以及中國科學家在機器視覺領域做出的貢獻。

（2）通過介紹圖像概念的同時，選擇具有中國文化的圖例和素材，潛移默化的激發學生的文化自信，觸發學生的愛國情懷。

（3）通過推導空間變換關系，讓學生體會發現問題，分析問題，解決問題過程中基礎課程和專業課程之間關系，培養學生的科學思維方式。

（4）通過實踐教學環節突出培育學生求真務實、實踐創新、精益求精的工匠精神。

2 “課程思政”實施的具體舉措

2.1 融合思政教學理念，完善課程教學大綱

在“課程思政”具體實施方面，主要以目前的教學大綱為基礎，圍繞機器視覺、圖像和相機模型、空間幾何投影和攝像機模型、極幾何和視覺誘導、形狀重建和混合虛擬實境、相機標定等相關內容，通過課堂案例和機器視覺實踐設計，實現融入“課程思政”的教學目標，教學內容設計如下表1所示：

表1 教學內容設計

2.2 豐富教學模式，思政教育融入教學

用啟發式、研討式、過程向導式、任務驅動式等多種教學方式，在教師設計情景中通過具體實例講解引領學生思維，培養大學生嚴謹的科學態度、求真務實學風，以及堅忍不拔的鉆研精神；

2.3 探索教學方法，實現思政教學的雙向交流

在實踐教學環節，采用任務式教學方式和探究式教學方式相結合，使學生通過分析實踐任務，思考、討論、探索、優化設計方案。探索多樣化實踐教學方法，提升課程育人質量；

2.4 深化教學考核方式改革

堅持以學生為中心，創新課程教學方法，打破以考試定成績、以卷面成績決定學生排名，注重學習過程考查和管理，因材施教，鼓勵學生探索適合自己的學習方法。綜合評價學生的學習能力和學習效果。

3 教學環節實例

針對“課程思政”的教學改革目標和教學內容，以如下4項教學內容為例：

1）什么是機器視覺

“機器視覺”是一門新興課程，近年來發展很快。讓機器或計算機具有識別物體的結構并用數學理論進行描述的科學我們稱為機器視覺。它的主要任務就是通過圖像傳感器采集的圖片或視頻進行處理以獲得相應場景的三維信息，就像讓機器和計算機像人類和其他動物一樣具體視覺能力。

2）圖像和相機模型

介紹小孔成像模型，相機處理信息時，并非按照實際相機的物理投影來考慮。為了簡單起見，僅考慮相機的幾何學性質，即只關心鏡頭的中心點，且讓攝像元件的光全部通過這一點，這樣的照相機稱為針孔照相機。如下圖1所示。

圖1 針孔照相機

3）空間幾何變換和不變形

如圖2所示是從三個不同的視角觀看支架（工字金屬架）得到的圖像。由圖中可以看出，即使對于同一個物體，如果視點不同，則其投影形狀也完全不同。

圖2 外觀的形狀

4）相機標定

相機標定方法主要有以下三種：傳統相機標定方法、主動視覺攝像機標定方法、攝像機自標定方法。圖3所示是從各種不同的視點攝影得到的天安門圖像。通過這些圖像得到的標定重建后的直角性結果如圖4所示：（a）中編號所示的直線間求得的角度結果；（b）示出原本是直角的形狀基本復原為直角，可知相機標定正確。

圖3 不同視點攝影得到的天安門圖像

圖4 相機標定結果

4 結語

本文以“機器視覺”課程為例，堅持育人與育才相統一，深入推進習近平新時代中國特色社會主義思想進教材、進課堂、進頭腦，深度挖掘各教學環節蘊含的思想政治教育素材和資源，培養學生科學探索精神和創新精神建設。在課程背景介紹中引導學生扎根中國大地、了解國情民情，厚植愛國主義情感，堅定“四個自信”，實現知識體系教育與思想政治教育的有機結合；在技術內容講解中注重科學思維方法的訓練和科學倫理的教育；在實踐環節訓練中突出培育求真務實、實踐創新、精益求精的大國工匠精神。注重學思結合、知行統一，增強學生勇于探索的創新精神、善于解決問題的實踐能力。