教学改革方面有关论文范本,与生机器视觉课程的CDIO教学改革实践相关毕业论文范文
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摘 要:阐述基于CDIO的机器视觉研究生课程教学改革实践方法,提出通过开展实践式教学、创建实习实验室、设计真实的教学环境等教学改革手段,加强教师素质培养与团队建设.实践证明,该改革方法能够改善课程教学效果,提高研究生科研能力.
關键词:机器视觉;CDIO;教学改革;研究生教学
我国的研究生教育经过扩招后,质量出现了严重下滑的现象,研究生教育改革势在必行.为提高研究生教育质量,课程体系改革是中心工作.传统的教育模式主要是教师主动传授,学生被动接受.这种教育方式已不适应当前人才培养需要,因此必须逐步改变传统教育模式,探索适合中国教育特色的研究生培养路线,实践证明CDIO是培养创新型人才的可行之路.本文以研究生机器视觉课程为试点,探索CDIO模型下的研究生教学改革方案.
1.机器视觉课程特点
随着数字图像处理、人工智能技术的快速发展,机器视觉应用越来越广泛.机器视觉成为了信息相關专业研究生的一门重要选修课,该课程涉及信息处理、计算机、机器人、人工智能等众多领域.机器视觉从信息处理的层次研究视觉信息的认知过程,包括视觉处理中的方法、理论及信息描述等.该课程具有以下两个特点.
1)理论抽象,内容广泛.
机器视觉涉及图像处理、模式识别、机器学习等多个学科领域,所涉及的内容数学表达抽象、内容广泛、算法繁多,学生难以理解.
2)与工程应用结合紧密,实践性强.
这门课程知识体系的构建源自各种特色专业应用领域.在工业中,特别是在各种生产线上,视觉产品应用非常广泛.只有让研究生经历大量的工程项目设计与实现,才能深切体会各种机器视觉算法和技术的功能及作用.
2.CDIO教育模式
随着经济、科技高速发展,全球面临工程人才短缺和工程教育质量问题.为了培养符合企业需求的人才,麻省理工学院、瑞典皇家工学院等4所大学经过多年探索、研究,创立了CDIO工程教育模式,并成立了CDIO国际合作组织.CDl0教育模式是构思(conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)4个英文单词的缩写.
(1)构思要求学生根据所掌握的专业知识基本原理,确定个人未来的发展方向.
(2)设计是以产品规划与设计为核心,通过产品研发,解决某个具体问题.
(3)实现是以制造或建造为核心,巩固学生所掌握的专业知识,提高实践能力,形成一体化的课程实践.
(4)运作是产品应用的各个环节.该环节将学生能力培养贯穿于从产品研发到运行的整个生命周期中.通过系统的产品设计与研发,提高学生的专业技术水平,培养学生个人能力、职业能力、态度、团队工作和交流能力等.
CDIO代表了一种工程教育理念,它是“基于项目教育和学习”及“做的过程中学习”的抽象表达和集中概括,强调通过密切联系产业培养学生的综合能力.燕山大学、清华大学、汕头大学等多所高校进行了CDIO教育模式试点改革,并取得较好的成效.
3.基于CDIO的“机器视觉”教学改革
本课题组借鉴国内外高校在CDIO教学改革方面的经验,重新审视了江苏科技大学研究生教学中机器视觉课程的不足之处,参照CDIO教育模式,结合江苏科技大学特点制定了基于CDIO的机器视觉教学改革方案.江苏科技大学研究生来自全国各地,部分学生是非计算机专业出身,知识水平及应用能力差距较大;同时,该课程内容涉及广泛、综合性强,需注重实践能力的培养,这些都给教学带来了困难.
3.1加强教师素质培养与团队建设
CDIO模式的实施需要教师深刻理解CDIO模式的理念,具备丰富的工程实践经验,并能长期与企业在各个工业领域开展合作,因此,江苏科技大学作出關于培育CDIO模式师资力量的计划.首先,让青年教师到企业挂职锻炼,了解企业实际需求及工业的相關技术发展;其次,与企业签订合同,让教师参与企业产品研发,提高教师工程实践能力;再次,将教师企业挂职经历、参与企业合作研发产生的效益等作为晋职的考核指标之一.
本次教学改革打破传统系、教研室的观念,组建复合型“机器视觉”教学科研团队.该团队以机器视觉课程为主线,吸收数学、计算机语言、软件工程等基础课,工业控制、机器人学、人工智能、模式识别、机器学习等专业课,实现机器视觉课程和相關专业课程的融合,促进机器视觉与相關专业知识的互相渗透和有机结合,实现教师及实验资源的合理使用.
同时,学校要求本课题中从事机器视觉教学的教师,不仅从事机器视觉课堂教学,而且必须参与相關项目,从事实际项目设计、开发、测试等工作.目前,江苏科技大学的机器视觉教学科研团队,已与企业合作承担了若干与机器视觉相關的项目.通过参与项目的实际开发,提高了教师的教学科研能力,同时为CDIO模式的有效实施创造了有利条件.
3.2开展讲座式、讨论式、实践式教学
本次教学改革将机器视觉的教学内容分割成滤波器、特征提取与匹配、图像分割、图像匹配、目标跟踪、光流、三维重建、缺陷检测等若干研究主题.针对每个主题设计项目,教师围绕项目进行讲授,让学生理解每个项目的目标、任务、所涉及的基础知识、开发项目的基本过程.
在课堂教学中,教师采用提问式教学方法,激发学生的讨论热情,鼓励学生自发的讨论问题.
项目实施过程中,将3-5名学生分为1组,每组同学选择并完成不同的项目,达到将所学理论融入科研实践的目的.学校鼓励学生完善所做项目,积极参加大学生“挑战杯”、机器人大赛、电子设计竞赛等各种科技竞赛,增强学生就业创新能力.
最后,组织学生进行课题讨论,提炼总结创新成果,并要求学生提交计划、分析、设计、开发、测试等创作文档.通过项目创新设计思路的描述和分析讨论,使学生将机器视觉课程与专业课程体系有机地结合起来,深入消化、吸收所学知识,理解、掌握科研创新的方法及过程,激发实践创新兴趣.3.3创建实习实验室,设计真实的教学环境
CDIO教育体系旨在培养高素质的工程技术人员,注重将教学项目的全过程放在真实的产品开发环境中.江苏科技大学非常注重教学工厂型实习基地建设,课题组抓住洽谈机器视觉项目的契机,与符合专业发展方向的机器视觉企业建立了校企合作机制,创建了符合教学要求的产品研发实习实验室.产品研发实习实验室既是教室又是实验室,真正做到“教学和实践合一”.课程教学时,让学生在实验室中产品开发的实际环境下进行实训、研究.学生在实践中学习,学习中实践,有利于其构建扎实的“机器视觉”知识体系.
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在产品研发实习实验室中,要求学生严格按照企业规定进行实际产品研发,例如产品开发中的需求分析、概要设计、详细设计、软件编码、测试等工作要严格১
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教师参与产品开发,可将教师的最新研究成果应用于企业,也可通过企业的实际需求带动教师的科研工作.在此过程中教师能更好地指导学生,与学生形成默契的合作關系.
另外,课题组将公司的企业文化及管理思想引入实习实验室教学环节中,让学生在企业环境下掌握管理知识、学习管理经验、养成良好的职业素养,做到企业运营与教学管理的真正融合.通过这样的教学形式,培养真正适合企业需要的人才.
3.4培养学生合作精神,增强学生团队意识
“合作精神”与“团队意识”是CDIO教育理念精髓所在.社会的进步与现代企业发展的趋势都对高校人才“合作精神”与“团队意识”的培养提出了迫切要求.但中国人内敛的传统自我意识使学生之间缺乏交流与合作,以考试为中心的应试教育忽略了对学生“合作精神”与“团队意识”的培养,独生子女问题导致部分学生自我思想较重,缺乏相互理解、宽容、谦让的精神.
因此,为了培养学生的“合作精神”与“团队意识”需
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