“数字电视原理”理论实践一体化教学研究

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【摘要】理论实践一体化逐渐成为高校工科专业教师教学的一种重要的教学方法，本文针对工科课程“数字电视原理”的教学，提出了“课程理论讲解具体问题分析编程实验和讲解作用和效果演示总结”理论实践一体化的五步教学模式，将教学模式从理论灌输教育转向更为务实的专业素质教育。本文以二值图像游程编码和解码重构为例，深入阐述了五步教学模式实现的具体过程和采取的举措，并对新的教学模式体制下的专任教师提出了具体的要求。

【关键词】数字电视原理;教学模式;理论实践一体化;游程编码

1.引言

“数字电视原理”课程是高等工科院校广播电视工程专业重要的专业基础课和主干课程，是南京邮电大学广播电视工程专业开设的本科生主干课程，每年有一百多名学生学习64课时的“数字电视原理”课程。“数字电视原理”课程主要学习数字电视的原理的基本理论、处理方法。开设该课程的目的是通过分析电视机的基本工作原理，加深对前面所学专业基础课的认识。该课程要求学生在掌握有关数字电视原理的基本概念和方法的基础上，能够利用计算机编程实现图像信号和音频信号的各种信息处理，如游程编码、霍夫曼编码等。培养和增强学生创新意识和创新思维，提高实际动手能力和创新能力。

“数字电视原理”是一门理论性和实践性很强的课程。传统的理论介绍为主教学为主的教学方式，经常忽视理论的具体代码实现步骤，造成学生在学习时，普遍感到理论的概念抽象，对理论的理解仅限于表面认识。因此，对于这样一门重要的主干课程，把理论和实践相结合尤为重要。

理论实践一体化教学是课堂教学与实践之间相互协作的新教学模式，是以学生自觉、自主学习为主，由教师引导与监督相结合的教学方式，通过实践加强学生对理论知识的理解，通过理论来指导学生的实践，进行全面综合训练，提高学生的理论和实践相结合的综合应用能力。以“数字电视原理”课程为平台，以学生的综合素质能力提高为目标，对该课程的理论实践一体化教学研究是时代赋予当前专业教师的使命。

2.理论实践一体化教学模式

理论是实践的基础和源头。首先，要对课程的理论基础进行透彻剖析和深入的讲解，联系实践，配有具体的编程演示实例，使原本很抽象的内容变得生动具体，从而达到让学生理解基础理论和性质的目的。

本文在结合了“数字电视原理”课程中的具体理论和编程实践的基础上，作者提出一种“数字电视原理”课程教学中的理论实践一体化具体教学模式。该教学模式分为“课程理论讲解具体问题分析编程实验和讲解作用和效果演示总结”的五个教学环节，五个环节环环相扣，相互依存，把理论实践浑然天成般的融合在一起，从而激励学生的创造性思维，使原本很抽象的内容变得生动具体。同时，另一方面也需要满足学生课后实践的要求，给学生提供边学习边实践的机会，通过软件编程实现，观察处理之后的效果。不但可以巩固所学知识，还可提高学生的动手能力。为了让学生既能够掌握基本理论，又培养学生的动手能力。

2.1 课程理论讲解

针对“数字电视原理”课程所授内容离不开计算机编程实现，仅仅理论讲解是不够的。这就要求教师在课堂上既要进行理论分析和剖析作用，又要针对具体实例进行代码编程实验，再进行实例分析和演示效果，熏陶学生处理的思路和编程的技巧。

本文以信源编码原理一章中的游程编码为例，先阐述游程编码的定义：将具有相同数值（例如，像素的灰度值）的、连续出现的信源符号构成的符号序列用其数值及串的长度表示，游程编码思想是去除像素冗余。以图像编码为例，灰度值相同的相邻像素的延续长度（像素数目）称为延续的游程，又称游程长度，简称游程。另外，指出游程和游程长度的定义，游程是指具有相同灰度值的像素序列，游程长度是指灰度值相同的相邻像素的数目。

2.2 具体问题分析

以二值图像进行游程编码，这里二值图像是指图像中的像素值只有两种取值，即“0”和“1”，因而在图像中这些符号会连续地出现，通常将连“0”这一段称为“0”游程，而连“1”的一段则称为“1”游程，它们的长度分别表示为L（0）和L（1），往往“0”游程与“1”游程会交替出现，即第一游程为“0”游程，第二游程为“1”游程，第三游程又为“0”游程。下面以一个具体的二值序列为例进行说明。

2.3 编程实验和讲解

讲解编程代码的目的是让学生掌握理论实现的具体方法和技巧，提供学生模仿手段，缩短学生理论联系实际所需的探索时间，提高学生动手实践能力。本文应用MATLAB R2011b影像处理工具箱中提供的相关函数和命令，对二值图像进行游程编码并解码重构图像，游程编码核心代码和注释如图1所示。

2.4 作用和效果演示

课堂上通过运行代码，用来演示对二值图像进行游程编码并解码重构图像算法实现过程，具体的二值图像游程编码重构实验结果见图2。

图2 图像游程编码重构实例

学生可以见到理论到实际编程应用的整个过程和实验效果，从而增加对理论认识的深度，掌握理论付诸于实践的编程技术和实验技巧，同时提供相应方法实现的源代码供学生参考学习。

2.5 结论

有上面的理论分析和编程实验讲解，可以得到二值图像游程编码方法的特点：对于有大面积色块的图像，压缩效果很好，直观，经济，是一种无损压缩;但是对于纷杂的图像，压缩效果不好。并让学生思考如何改进传统的游程编码方法才能对纷杂的图像取得比较好的压缩效果。

总结的目的是进一步对原理、作用、编码实现方法、技术的优缺点进行总结，同时提出新的思考问题，让学生思考和练习。这一步骤可以进一步对教学内容进行总结，而且也加深了学生对所学知识的融会贯通并引导学生进行进一步创新和实验。

3.新教学模式对教师的要求

较之以前，“理论实践一体化”新的教学模式对专业教师素质有着更高的要求。首先，要求教师有着发现课堂理论教学和实际的联系并分析问题，这不仅需要教师有着更强的责任心，而且需要扎实的理论功底和分析能力。其次，“编程实验和讲解”和“作用和效果演示”需要教师课前对理论问题进行开发实现源代码，这不仅需要教师具备极强的编程能力，而且需要将理论与编程代码相结合的解释能力。最后，“总结”要求教师对整个过程进行剖析，让学生明白理论如何指导实践，实践又如何解决理论问题的过程，达到真正的“授之于渔”的目的，另外，还要在“理论实践一体化”教学的基础上给学生提出新的问题，引导学生的发现问题，主动积极主动去创造性的解决问题，这要求教师要有高屋建瓴的教学和科研水平。

4.结束语

本文根据“数字电视原理”课程的具体特点，结合教学理论和编程实践，提出“课课程理论讲解具体问题分析编程实验和讲解作用和效果演示总结”该课程教学的五步教学法。这种教学方式将理论与实践有机结合起来，学生可以从理论和实际实践两方面掌握数字电视原理课程知识和相关技术。素质教育是一项长期而又艰巨的任务，改革传统重理论轻实践的教学理念，将教学模式从理论教育转向更为务实的专业素质教育，还需要所有的教育工作者长期的、持续的、深入的研究和工作。

参考文献

[1]卢官明，宗.数字电视原理[M].机械工业出版社.

[2]杨淑莹，张桦.“数字图像处理”理论与实践相结合的教学模式[J].计算机教育，2009：84-86.

[3]汪石农，许钢，王冠凌.“数字电视原理”课程教学改革初探[J].课程教育研究，2012（3）：6-7.

项目基金：南邮教改研究项目（编号：JG00213JX15）。

作者简介：朱虎（1982―），男，安徽蚌埠人，博士，讲师，研究方向：图像处理、模式识别。