時間：2024-01-14 15:56:26
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關鍵詞：建筑工程；預決算；管理體制；控制措施
建筑工程預決算作為控制建筑工程項目投資的重要手段之一，在工程項目招標與企業經營管理水平考核中起著關鍵作用，也是審計機關掌握企業投資狀況并監督其經營管理的重要依據。但由于多種原因造成了我國建筑工程預決算在實際工作中還存在著預決算編制質量較低，工程造假削低失控，工程投資控制不科學等問題，為了適應市場競爭，提高建筑企業的整體競爭力，建立一個規范有序的建筑市場工程造價管理體系尤為重要。
1.建筑工程預決算存在的問題
1.1建筑工程預算存在的問題。由于我國許多建筑企業由于在自身財務管理制度方面還存在著許多不完善的地方，造成在進行工程預決算中出現了預算編制誤差較大，虛增工程量等問題，如果不加以控制的話，將給企業造成很大的財務損失。
1.1.1 工程預算定額不健全。許多建筑企業在進行工程預算編制的時候，常常會遇到諸如借用定額問題，例如在進行房屋建筑工程預算編制的時候參照工民建標準進行定額，這類定額的借用，因為沒有考慮到地域、建筑類型、施工技術水平等因素的影響，而造成預算編制的不合理。
1.1.2 計算方法存在問題。我國許多建筑企業在進行建筑工程預算的時候，經常會產生預算不準備的現象，之所以產生這種問題的一個原因在于工程預算定額的不正確，而另外一個重要原因是其計算方法也有較大失誤，特別是在工程預算中，在工程的間接費中，因為計算方法是以直接工程費為基數而導致工程造價產生失控的現象。因為在進行工程前期預算的編制過程中，僅能夠對有限的幾個材料的基價做出定價，而且價差是不能用于計算間接費用中，但是在工程的實際施工過程中，將會涉及到高達上百種材料，這些材料的預算價格除去規定的材料以外，都需要直接進入工程直接費用中去，材料費的增加是計算施工中間接費用的最為敏感因素，因為材料費越多的話，間接費也就越多。而且因為材料的價格收到市場供求和國家政策的影響，常常會造成材料預算價格與實際價格不符合的問題，導致間接費的準確性降低，工程造價失控。
1.1.3 人為因素對工程預算編制影響較大。我們知道，在工程預算的編制中，建筑公司對臨時房屋建筑工程的投資一般是有一個固定的公式可以計算，但是，這個計算公式并不是對所有的工程都使用的，特別是在建筑工程中，由于施工新的技術和機械的應用以及管理水平的不斷提高，勞動生產率也在不斷提高，同樣的一個施工工程，可能使用的施工人員大大減少，如果沒有考慮到這種可變的因素對施工工程的影響，最后會導致工程預算失真的問題，從而導致工程投資失控現象。
1.2建筑工程決算中存在的問題
1.2.1 高套定額。我國一些建筑企業在進行工程決算的時候，常常會出現高套定額的問題，高套定額就是在進行項目工程決算的時候降低工程標準，但是卻套用了高標準的定額，從而兩者之間存在很大的差距。例如，許多建筑企業在進行項目施工的時候，一般是使用人工挖土方的定額來套用人工挖基坑的定額，人工挖土方的定額單價一般為每100立方米732.39元，但是人工挖基坑的定額單價卻為每100立方米1150.41元，兩者定額單價差距很大，如果在進行工程決算的時候，采取高套定額的話，無疑將會提高了工程造價。
1.2.2 虛增工程量。虛增工程量是一些施工企業為了增加施工成本的一種重要方法，雖然有的時候，這種虛增工程量并不是施工企業人為因素所造成的。例如，一些建筑企業在基建工程的一個分項工程中，往往會存在人為重復計算工程量的問題，這種情況在一些隱蔽的工程中經常會出現；還有一種重復計算工程量的辦法就是施工單位在進行工程決算的時候，把一些在定額項目中已經列入決算的項目在其它定額項目中又列入其中，造成同樣一項工程因為兩次在定額在計算而被重復計費的問題。
2.控制建筑工程預決算問題的對策
隨著建筑公司財務管理的不斷健全，許多企業已經采取了較為成熟和完善的建筑工程預決算控制方法。
2.1建筑工程預算完善措施
2.1.1 根據實際情況編制建筑工程預算定額體系。針對建筑工程預算定額過程中的借用問題，建筑企業在進行工程預算的時候，可以考慮根據建筑工程的地域分布和類型以及施工技術水平等因素，結合實際情況，制定出一套較為完整的預算編制定額體系。在進行預算編制的時候，可以根據建筑工程的地域差異和實際施工水平，按照定額進行靈活調整，即在工程預算基礎定額基礎上，根據工程的施工難易程度，設置難易系數，從而最大提套施工的經濟效益，創造更多的固定資產，而且也要對技術發展和工藝進步所帶來的定額變化進行及時調整，不斷進行補充，控制部分工程造價失控問題。
2..1.2 提高工程造價計算方法的準確度。在進行工程造價預算的時候，常常會因為計算方法的失誤，導致工程施工過程中，材料的實際價格因為市場需求和國家宏觀調控政策的影響，而和工程預算價格不符合，最終造成工程造價失控。針對這種狀況，首先需要建筑企業在進行工程造價預算的時候，盡可能增加預算的材料種類，減少材料費，另外一方面。需要建筑企業能夠利用行業協會或者管理部門的作用，更廣泛手機材料的市場價格信息，針對不同的時間和區域，材料價格變動的周期性信息，制定出建筑工程調價系數。
2.1.3 準確計算施工期的人員數量。由于建安投資和臨時房屋建筑工程投資之間很難通過一個簡單公式就把二者聯系起來，因此，在進行施工項目預算編制的時候，應該盡可能按照實際施工狀況去計算施工期的人員數量，然后計算臨時性房屋的建筑面積和室外的工程量，最后再以相應的定額標準計算出較為準確的工程造價，從而避免由于公式的錯誤而導致的工程預算計算誤差。
2.2建筑工程決算完善措施
1）對于建筑工程決算中存在的高套定額的現象，我們要根據高套定額的不同，實施分類審核的方法，審核人員不僅要能夠熟練掌握工程組計算的規則，而且也要掌握建筑項目施工的要求和竣工圖紙，只有這樣，才能達到知己知彼。
2）嚴格控制決算，避免重復計算。對于一些建筑工程在決算中重復計算的問題，最為根本的控制方法就是要嚴格控制決算中的計算方法。例如，首先要加強審計人員的工程量計算技能，并且要達到熟練掌握的程度，并且也要項目主管部門有嚴格的隱蔽工程現場簽到和記錄制度，達到有證可查。
3.結語
建筑工程預決算是決定和控制工程項目投資的重要措施和手段，是進行招投標、考核企業經營管理水平的重要依據，也是審查機關掌握投資狀況，監督經濟活動的重要依據。因此，建筑工程預決算必須具有高度的科學性、準確性及權威性。
參考文獻
[1]熊曉花，鄒娟. 關于建筑工程預決算審計問題的幾點思考[J]中國管理信息化(綜合版)，2006（3）
[2]陳讓農. 建筑工程預決算中存在的問題及對策[J]經濟技術協作信息，2008（6）
“發現航程的真正之道并不在于尋找新的土地，而在于用新的眼光來看待事物。”公共預算決策模式轉型建立在政府治理理念的轉變基礎上，推動公共預算決策模式轉變的首要問題，便是實現政府治理理念的根本轉型。目前，盡管相關改革從宏觀上呈現出一定的方向性，但因不斷摸索、總結、完善的漸進式特性所致，改革本身卻顯示出一定的零散性和無系統性，政府常常選擇從一套假定中推論出的改革方案，同時也選擇建立在完全不同甚至相互對立的假設基礎上的其他改革方案。在總結發達國家政府治理經驗、同時結合我國政府實際的基礎上，筆者認為，我國新時期政府治理理念和模式的構建，應當圍繞“以公眾為中心，以結果為導向，以市場為基礎”三方面內容進行。
一、建立以公眾為中心的政府
建立以公眾為中心理念的基礎是機械論的政府觀，即視“政府為一信托機構，政府管理人員是受托人，信托機構和受托人都是為人民的利益而設”(享利·克萊，1829)，公共預算決策首先應該考慮的是決策在社會中的影響和如何為公眾提供更直接、更全面的服務，而不是考慮在正式結構中的個人所得和個人權力。這一模式強調“公民社會的復興”，尋求合作和個人參與來強化政府效能，官僚體制的作用是工具性的，公眾可以通過一定的途徑在決策中發揮更重要的作用。當政府傾聽企業和人民的呼聲，并在制定和實施政策時與他們保持合作關系時，政府預算決策的有效性就可以提高。如果政府缺乏傾聽民眾呼聲的機制，那么他們就不會對公眾的利益，尤其是弱勢群體的利益作出有利的反應，這些階層的公眾往往很難使他們的意見傳達到權力通道，如果政府不知道公眾需要什么，那么即使是懷著最好意圖的政府也不可能有效地滿足他們的需求，作出合理的預算決策。哈貝馬斯圍繞這一理念提出“理想對話共同體”和“溝通理性”等概念，在他所設想的理想決策環境下，沒有個人或理念上的層級限制，公開場合下所有意見都具有同樣的價值，而且為了徹底實現社會公正和理性，各種觀點都應當充分表達出米。顯然，這種模式的決策效率會受到影響，但參與對決策民主化的促進以及這種決策方式可能帶來的創新理念，會使額外的付出得到補償。
以公眾為中心意味著在公共預算決策方面為公眾提供更全面的信息、更高的透明度、更多的參與渠道。不論是討論公共資源的總體配置方式、支出優先項目的確定、設計社會援助計劃、確定征地動拆遷標準，還是制定經濟和社會中長期規劃都應如此。因為僅憑公共部門內部的專家無法獲得制定政策所需的全部信息，甚至得不到正確的信息。因此，如果排除公眾對公共預算決策的參與，必然會造成決策上的失誤。如果堅持公眾對預算決策的最終評判權，那么知情權和偏好表達機制便非常重要。越來越多的證據表明，當政府尋求了潛在使用者的參與，當政府預算汲取了社區的社會資源潛能而不是試圖與之作對時，這些預算可以取得更好的效果。其效益顯示在預算的實施更平穩，可持續性更強，政府機構得到的反饋更好。
從決策過程來看，以公眾為中心意味著決策更傾向于由下而上做出。也就是說，這種模式偏向于多中心分權化決策更甚于集權化的科層制，在政府部門間引入競爭機制在某種程度上可以說是對市場化模式的模仿。因此，與計劃經濟時代的情況不同，基層管理人員對預算決策會有相當的(但不是決定性的)影響力，而決策本身也更具針對性和代表性。技術手段的發展也為建立以公眾為中心的治理模式創造了條件，互聯網的發展正在轉變公眾與政府之間的溝通方式，構筑電子政府便是其中革命性的一步，在這種信息不受時空限制的快捷方式下，政府機構將通過安全的互聯網處理業務，電子民意調查、電子投票、電子選舉、電子郵件等多種方式被用于連接公眾的申請并保護隱私。“這一雙向性的運動重塑了民族——國家的權威，因為這一條道路可以使國家得以回應各種各樣的沖擊……使國家重獲(對公眾的)影響力。”這將大大加強公眾與政府的互動，推動了公民與政府官員的直接對話，提高了民意在政府決策中的份量，培養現代公民意識，推動民主政治的發展，同時也從根本上重塑了政府回應公眾需求的能力。
二、建立以結果為導向的政府
建立以結果為導向的政府，意味著不僅要重視公共資源的配置，還要重視公共項目的實施效率，即如何以最小的成本滿足公眾的需求。過去，這方面的焦點主要是腐敗問題，但當人們逐漸轉變觀念，將浪費、濫用和欺詐也視為一種腐敗之后，績效變得同清廉同樣重要，部分國家還通過出臺法律法規使績效和結果導向制度化(例如，1993年美國政府出臺《政府績效與結果法案》，要求每個聯邦機構提供五年期戰略規劃和每年的績效情況)。具體做法：一是將預算決策與績效聯系起來，包括對指定計劃提交以績效為基礎的預算，使指定計劃的具體績效目標與資金水平相一致，計劃負責人對目標的實現情況直接承擔責任；通過立法使計劃負責人對支持服務、固定資產和雇員福利承擔責任；在預算和績效衡量標準之間建立更緊密和廣泛的聯系等。二是取消重復和無效的計劃。政府通過行政審批制度改革和“日落法則”，定期不定期重新審視現有開支項目，取消那些已完成使命的計劃、無效過時的計劃，重新安排資源，使必不可少的重點計劃擁有更多的資金和選擇余地。三是擴大以績效為基礎的合同的應用。在公共事務日趨復雜，而同時政府機構編制和人員相對有限的前提下，各機構不得不更多地依賴于外部合同單位。隨著資金數額和合同種類的不斷增加，建立以績效為基礎的合同體系的必要性增加，合同的重點應放在要得到的結果，而不是工作的態度或付出多少努力和成本。四是將盡可能多的政府機構轉變為以績效為基礎的組織。賦予計劃負責人更大、更廣泛的重建工作團隊的權力和手段，充分利用信息手段使組織扁平化，減少管理中間層，增加直接與公眾打交道的服務提供人員，使公共部門反應更靈敏、工作更有效率。
績效衡量是以結果為導向治理模式的核心，人們普遍希望通過項目測量(如產出量、單位成本、有效性測量、服務質量測量、公民滿意度測量)和綜合測量(如副作用測量、分配測量、無形測量)來建立一個根據客觀結果對政府機構進行評估的系統，摒棄以往按所創立的項目或所花費的資金來證實自身合法性的傳統途徑。雖然績效衡量的標準上存在諸多爭議，但在一個決策民主化不斷推進和科學主義盛行的時代，結果導向和績效衡量已深入人心，具有持久的生命力。
三、建立植根在市場基礎上的政府
關鍵詞 模式分析 計算機視覺 教學改革
中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.03.015
Research and Practice on Course Group of Pattern Analysis and
Visual Processing for Graduated Students
SUN Han， CHEN Songcan， LIU Ningzhong， HUANG Yuanyuan， ZHU Qi
（College of Computer Science and Technology， Nanjing University of
Aeronautics and Astronautics， Nanjing， Jiangsu 210016）
Abstract By analyzing the teaching status of pattern analysis and visual processing course group， this paper puts forward the new teaching goal， which includes improving students' international vision， the ability of linking theory with practice， and promoting the engineering practice ability and innovative consciousness. Then this paper discusses the whole process of course group reform. Firstly the structure of teachers' group is optimized. And then the knowledge system of course group is sorted and the teaching mode is improved. Finally the practice system of course group is optimized and the assessment system is reformed.
Key words pattern analysis； computer vision； teaching reform
1 背景
我校模式分析與智能計算研究所師資團隊是江蘇省“青藍工程”創新團隊，主要研究領域包括智能數據分析、圖像處理和機器視覺等方向，承擔研究生和本科生的模式識別、機器學習、數據挖掘、智能信息檢索、數字圖像處理、計算機視覺等課程的教學任務。以往的教學過程中雖然積累了豐富的教學經驗，但當前新知識不斷涌現、新技術發展迅猛，對模式分析與視覺處理課程群的知識體系、實踐體系改進提出了新的挑戰。
近年來，國內外高校在該類課程教學上，已涌現出眾多新理念、新方法。Coursera聯合創始人Andrew Ng推出的機器學習課程，開啟了教育領域的MOOC時代，引領了教育教學方法的新革命。①深圳大學、②江蘇科技大學③分別進行了基于CDIO工程教育理念的計算機視覺課程教學改革實踐，實現多層次項目設計的教學模式改革，講座式、討論式、實踐式教學方法的探索。國防科技大學④在計算機視覺課程中引入研討式教學模式，通過案例教學、小組研討的方式來替代傳統的教學方式。華中科技大學⑤從教學內容國際化、教學方式國際化、教學成果國際化三個方面開展了計算機視覺課程的國際化建設。另外，也有高校進行了圖像工程課程群建設，⑥基于圖像分析與計算機視覺應用課程結合的項目協同創新能力培養實踐。⑦
在分析上述國內外高校該類課程改革的基礎上，我們重點以模式分析與視覺處理課程群的實踐教學體系改革為切入點，優化師資隊伍結構，梳理課程群知識體系，優化課程授課模式，完善課程群實踐體系，改革實踐考核模式，實現學生國際化視野、理論聯系實際、工程實踐和創新能力全面提升的目標。
2 模式分析與視覺處理課程群特點
模式分析與視覺處理課程群涵蓋了模式識別、機器學習、數據挖掘、數字圖像處理、計算機視覺等多門課程。該類課程存在以下特點。
（1）該類課程屬于多學科交叉，涉及的知識面既廣又深。由于該方向涉及計算機科學與技術、應用數學、自動化、電子科學與技術、信息工程等多學科內容，而學生在大學本科階段很難學習和了解如此多的知識模塊，這對研究生階段學習來說，具有相當大的挑戰。同時，對于每個知識模塊，所要求的數學基礎較高，理論具有相當的深度，理解和掌握不容易。
（2）該類課程既重視扎實的基礎理論，也強調良好的工程實踐能力。該類課程的基礎理論教學一直受到各高校的重視。隨著近年來產業界的迅猛發展，計算機視覺應用層出不窮，對學生的工程實踐也提出了更高要求，需要能夠在系統層次上有整體認知，同時要能對各功能模塊進行優化，提升系統的整體性能。
（3）該類課程所面向的選修學生面廣。該類課程既是多學科交叉，也面向計算機應用、電子科學與技術、自動化、應用數學等不同研究方向、不同水平層次的研究生開設。這對課堂教學和實驗實踐也帶來更大挑戰。
3 模式分析與視覺處理課程群改革舉措
針對上述分析的課程群特點，我們重點以實踐體系改革為突破口，通過優化師資隊伍結構，梳理課程群知識體系，優化課程授課模式，完善課程群實踐體系，改革實踐考核模式等舉措，實現學生國際化視野、理論聯系實際、工程實踐和創新能力全面提升的目標。
3.1 師資隊伍結構優化
為了學生能夠適應模式分析與視覺處理產業的快速發展，在課程群建設過程中更強調學生的工程實踐和創新能力培養。這首先對師資隊伍結構提出了新的要求。
近年來，課程教學團隊引進海內外具有深厚理論功底和較強工程能力的高水平師資4名，大大充實了機器學習、數據挖掘、圖像處理等課程的教學力量。對于現有教師隊伍，鼓勵教師跟產業一線企業廣泛合作，目前已與華為、中興等企業在視頻檢索、智能交通視覺處理等方面開展了實質合作。這些來源于產業界的高質量課題對科研和教學起到了良好的促進作用。
與此同時，通過研究生工作站、企業短期實習等渠道，鼓勵企業高級研發人員參與到學生實踐能力培養環節中，將實際項目進行適當切分或提煉，實現該類課程實踐環節的模塊化、專題化訓練。
綜上，通過引培并舉，優化校內師資隊伍結構；通過校企合作，積極吸引企業師資參與。良好的師資隊伍為該類課程的實踐體系改革提供了有力支撐。
3.2 課程群知識體系梳理與授課模式改革
模式識別、機器學習、數據挖掘、智能信息檢索、數字圖像處理、計算機視覺等課程既有一定的邏輯關系，也存在相互交叉的混雜關系。一般認為，模式識別、機器學習是模式分析與視覺處理領域的基礎理論課程，數據挖掘是建立在模式識別、機器學習和數據庫基礎上的應用類課程，智能信息檢索則是數據挖掘基礎上更為具體的應用實現。數字圖像處理為計算機視覺課程提供了基礎支撐，計算機視覺則是在綜合利用模式識別、機器學習、數字圖像處理、數據挖掘等知識模塊基礎上面向應用的系統實現。但是，這些課程也存在著知識點的交叉或重復。例如，模式識別和機器學習中都有貝葉斯參數估計、支持向量機模型等知識點，但視角和側重點有所不同；圖像處理、計算機視覺中都有顏色模型、成像模型等知識點，也同時存在與模式識別、機器學習交叉的知識點。
我們針對來自不同研究領域的學生群體，對該課程群的知識點進行系統梳理，既避免知識點的重復講授，也防止重要知識點的缺漏。課程教師集體討論，形成每門課程的核心知識集，和針對不同研究領域的選講知識集。學生在學習課程時，在掌握核心知識集的基礎上，結合自己的研究方向選擇相關的選講知識集學習。
在課程教材和參考書的選擇上，注重挑選國際上有影響力的教材。例如，模式識別的參考書為Richard O. Duda等人編著的Pattern Classification；機器學習的參考書為Tom M. Mitchell編著的Machine Learning和Christopher M. Bishop編著的Pattern Recognition and Machine Learning；數據挖掘的參考書為Jiawei Han等人編著的Data Mining：Concepts and Techniques；數字圖像處理的參考書為K. R. Castleman編著的Digital Image Processing；計算機視覺的參考書為D. A. Foryth編著的Computer Vision： A Modern Approach和Richard Szeliski編著的Computer Vision： Alogrithms and Applications。這些教材已被國內外著名大學普遍采用。同時，每門課程都提供相關的國內外頂級會議和期刊的列表，供學生課后追蹤研究領域的熱點問題。
在課堂授課環節上，注意采用靈活多樣的授課方式。對于核心基礎知識模塊，以教師講授為主，同時提供國內外該類課程的熱門MOOC網址給學生參考。對于選講知識模塊，鼓勵學生事先結合各自研究方向有目的自學，在學生報告的基礎上進行課堂討論方式進行。充分發揮學生學習的主體作用，也便于教師了解學生的水平和學習狀況。
除此以外，不定期邀請國內外著名學者來校做學術報告，讓學生充分了解該研究領域的最新前沿動態，并就熱點問題進行專題討論。
3.3 課程群實踐體系完善與考核方式改革
工程實踐和創新能力的培養是該課程群改革的重要目標。我們在上述師資隊伍結構優化、課程群知識體系梳理與授課模式改革的基礎上，著力進行課程群實踐體系的改革與完善。我們通過多層次菜單式的實驗項目選擇、項目牽引的創新能力訓練、學生綜合研究能力的全面考查等方面來實現。
首先，整合和優化課程群實踐內容，實現多層次菜單式靈活選擇。根據各研究領域的要求進行靈活搭配，根據學生個體的能力與水平選擇適當規模和難度的實踐內容，通過課程內的基礎實驗、課程間的綜合實驗、課程群的創新實驗來選擇和組合，如圖1所示。
圖1 多層次菜單式實驗內容示意圖
基礎型實驗內容主要是各課程核心知識點的實驗驗證，主要包括模式識別，機器學習，數據挖掘，圖像處理與分析，計算機視覺等課程的實驗。要求選課學生對這些基礎實驗必做，打下良好的研究基礎。
綜合探索型實驗在基礎型實驗基礎上，既有單門課程內總的綜合實驗，也有課程間知識的綜合應用。主要分為兩大塊，包括模式分析與機器學習方向的綜合實驗，以及圖像處理與機器視覺方向的綜合實驗。實驗目的主要是針對這兩大塊方向重點知識的綜合分析和比較，能夠熟練掌握和靈活應用。例如模式分析、機器學習、數據挖掘等方向都用到的線性判別分析、支持向量機、均值聚類等內容；圖像處理與機器視覺中的圖像特征抽取、視覺系統選型、目標檢測、特定平臺的算法優化等內容。學生可根據各自研究方向有目的的選擇兩塊綜合實驗的大部分內容。
在綜合型實驗基礎上，該課程群通過若干創新型實驗來檢驗學生理論知識掌握程度和實踐方法應用能力，為后續的研究課題開展打下良好的科研素養。主要內容包括人臉識別、二維條碼識別、車輛屬性識別、智能視覺監控、以及企業來源的關鍵技術等。這些項目實踐既涉及用到圖像處理與機器視覺的內容，也涉及模式分析與機器學習方向的知識。并且需要學生在綜合運用相關知識的基礎上有創新能力。
其次，重視各類項目牽引的創新能力訓練。一方面，鼓勵教師從國家自然科學基金、企業合作項目等研究中提煉出問題規模和難度適中的訓練項目，作為課程群的綜合能力訓練項目。另一方面，鼓勵學生參加挑戰杯、全國研究生智慧城市技術與創意設計大賽等各類具有挑戰性的競賽項目，以賽代練，提升學生的工程實踐和創新能力。同時，也鼓勵學生利用百度、微軟等相關研究領域的企業實習機會，參與產品一線的工程實踐能力訓練。
再次，注重考核環節，實現科研素養和實踐能力的全面考查。只有嚴格、公平、公正的考核，才能保證實驗實踐的質量和水平，才能提升學生的科研素養和實踐能力。我們主要在手段、方式方法上進行了改進。在題目選擇上，根據學生個體水平和研究領域要求的差異，在選題上有適當的難易區分度，讓每位學生都有鍛煉和提升的機會；在考核方式上，采用結題書面報告來檢驗學術論文的寫作能力，采用程序演示檢驗系統的設計與實現水平，采用上臺匯報的方式檢驗學生的表達能力，多管齊下全面檢查學生的綜合科研素養；在考核成績評定上，采用現場教師和學生共同評分的方式，公平合理；最后，通過網站展示、發表學術小論文、專利、軟件著作權等方式展示和公開優秀成果，激發學生的學習熱情，并由此形成積累，有利于學生實驗實踐氛圍的傳承。
4 結語
本文在分析國內外高校模式分析與視覺處理類課程群改革現狀的基礎上，以學生國際化視野、理論聯系實際、工程實踐和創新能力全面提升為目標，重點開展了師資隊伍結構優化、課程群知識體系梳理、課程授課模式改革、課程群實踐體系完善和實踐考核模式改革等工作，取得了良好的效果，并為校內其他課程群的教學改革作為示范推廣。
注釋
① https：///learn/machine-learning/
② 郭小勤，曹廣忠.計算機視覺課程的CDIO教學改革實踐.理工高教研究，2010.29（5）：98-100，148.
③ 史金龍，白素琴，龐林斌，錢強.研究生機器視覺課程的CDIO教學改革實踐.計算機教育，2013.9：40-43.
④ 陳芳林，劉亞東，沈輝.在《計算機視覺》課程中引入研討式教學模式.當代教育理論與實踐，2013.5（7）：112-114.
⑤ 王岳環，桑農，高常鑫.計算機視覺課程的國際化教學模式.計算機教育，2014.19：101-103.
關鍵詞:智能科學與技術專業;課程體系;教材建設
繼2004年北京大學率先在國內建立“智能科學與技術”本科專業之后,2005年,北京郵電大學、南開大學和西安電子科技大學;2006年,首都師范大學、北京信息科技大學、武漢工程大學和西安郵電學院;2007年,北京科技大學、廈門大學和湖南大學;2008年,河北工業大學和桂林電子科技大學;2009年,重慶郵電大學和大連海事大學;2010年,中南大學和上海理工大學先后經教育部批準先后設立了“智能科學與技術”本科專業[1-2]。在中國人工智能學會教育工作委員會的指導下,自2002年起,各相關專業教師定期召開智能科學與技術教育學術研討會,并出版教育論文專輯,大力推進了我國智能科學與技術教育的健康、快速發展,并對我國智能科學技術的人才培養和學科建設起到了極大的帶動作用。
作為一個發展中的新興專業,目前各高校仍主要結合自身基礎和特點建設該專業。如南開大學以智能技術與智能工程為核心專業課程[3];北京科技大學從社會需求角度出發,以提高學生軟件實踐能力為切入點[4];河北工業大學根據相關專業的就業現狀,以提高學生硬件實踐能力為著力點[5]。為了解決南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校共同面臨的課程體系和教材建設等問題,三校教師分別于2010年6月16日和8月2日在南開大學、河北工業大學進行了兩次研討,現將研討成果匯總于此。
1研討背景
“智能科學與技術”專業自開辦以來,不可避免地要回答如下3個方面的問題:
1) 來自用人單位的問題:“智能科學與技術”專業是做什么的?與其他專業相比優勢何在?
2) 來自學生及家長的問題:“智能科學與技術”專業是學什么的?與其他專業相比優勢何在?
3) 來自教師自身的問題:“智能科學與技術”專業應該教什么?與其他專業相比優勢何在?
無論是做什么、學什么還是教什么,歸根到底是課程體系和教材內容。無論是研究生課程下移(帶來學生接受知識的困難),還是在其他專業教學體系基礎上做簡單的增、刪、改(帶來學生知識結構的凌亂),都是不行的,長此以往的后果將是沒有優勢,只有劣勢。
南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校的“智能科學與技術”專業建設都源于自動化專業基礎,而且都具有典型的工科特色;同時3所高校分別是教育部直屬“985”高校、教育部直屬國家“優勢學科創新平臺”建設項目試點高校和河北省屬“211”高校,3所高校的“智能科學與技術”專業分別于2006、2007和2008年招生。3所高校在“智能科學與技術”專業建設上的異同特點以及地域便利的條件,為優勢互補、交流融合提供了機遇。
2課程體系
根據研究任務的不同,智能科學技術涵蓋的內容可以劃分為智能科學、智能技術、智能工程三個層次[6]。
1) 智能科學:主要任務是研究人的智慧,建立人機結合系統理論,并用其模擬人的智慧。
2) 智能技術:在智能科學的框架內創建人機結合智能系統所需要的方法、工具和技術。
3) 智能工程:利用智能科學的理念和思想,充分運用智能技術工具創建各種應用系統。它是當前新技術、新產品、新產業的重要發展方向、開發策略和顯著標志。
根據上述智能科學技術的劃分,智能科學與技術專業的課程體系同樣劃分為理論、技術與工程應用3個層次,具體框架如圖1所示。
需要說明的是,由于課時、學時等因素的限制,有些課程需要包含未列入課程的部分內容。如智能科學與技術概論課程內含系統論的簡要介紹;智能控制系統包含可編程序控制器、智能傳感器、智能執行器等內容;智能工程包含若干典型智能系統實例。
3教材建設
經南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校的討論,一致認為工科專業應以技術和工程應用兩個層次為核心,并將人工智能導論和智能信息處理兩門課程的教材合并為智能技術。同時,根據南開大學側重理論、北京科技大學側重軟件、河北工業大學側重硬件的原則進行分工,編寫對應課程的教學大綱和教材內容。
3.1智能技術
本課程包括智能計算和計算機視覺兩部分,分別介紹以對人腦的物理結構進行模擬為主要特征的聯接主義智能技術和以模擬人類視覺處理為主要特征的計算機視覺兩部分。它是智能技術的主干內容;也是實現智能技術、組成智能系統的重要工具,屬于本專業本科生的專業基礎課。通過智能技術的學習,學生應能夠掌握智能技術的基本原理和方法。通過課堂講解、,并配合一定的作業練習、上機實驗等環節,學生應初步具備運用智能技術和方法分析和解決問題的能力。本課程擬定90學時,其中授課54學時,實驗36學時。
教材內容包括智能計算和計算機視覺兩部分,智能計算部分包括神經網絡、模糊理論和遺傳算法/蟻群算法,計算機視覺包括計算機視覺導論、計算機視覺理論基礎、圖像預處理、圖像分割、物體識別、圖像理解、雙目立體視覺、三維視覺技術、主動視覺。
神經網絡講授單個神經元(感知器)的動作原理,與實際生物神經元的對應關系;講授BP神經網絡的組成,網絡的特性和對非線性函數的模擬功能;介紹BP算法的優、缺點;講授H網絡的組成結構,H網絡在解決優化問題的優越性。模糊理論講授模糊集合的概念,建立隸屬度函數的概念;介紹模糊規則的建立原則,模糊規則與模糊系統收入輸出量之間的關系;介紹模糊化以及模糊量精確化的幾種常用方法。遺傳算法和蟻群算法只作簡要介紹,重點介紹這兩種算法的特點和成功的應用實例,使學習者有一個感性認識,明確這種類型算法的“迭代”特點以及總體最優目標與個體行為之間的聯系。
計算機視覺理論基礎主要介紹Marr的視覺計算理論、圖像的相關知識、傅立葉變換基礎;圖像預處理主要介紹像素亮度變換、幾何變換、直方圖修正、局部預處理、圖像復原;圖像分割主要介紹閾值處理方法、基于邊界的分割方法、基于區域的分割方法;形狀表示與描述主要介紹鏈碼、使用片斷序列描述邊界、尺度空間方法、基于區域的形狀表示與描述;物體識別主要介紹知識的表示、統計模式識別、神經元網絡、遺傳算法、模擬退火、模糊系統;圖像理解主要介紹并行和串行處理控制、分層控制、非分層控制;雙目立體視覺主要介紹雙目立體視覺原理、精度分析、系統結構、立體成像、立體匹配、系統標定;三維視覺技術主要介紹結構光三維視覺原理、光模式投射系統、標定方法、光度立體視覺、由紋理恢復形狀、激光測距法;主動視覺主要介紹從陰影恢復形狀、從運動恢復結構、主動跟蹤。
3.2智能控制理論與技術
本課程是“智能科學與技術”專業的一門重要專業課程,目的是使學生了解智能科學與控制理論結合所產生之智能控制理論的基本概念和應用價值;使學生熟知當前主流智能控制技術的種類,并掌握模糊控制、神經網絡控制以及進化計算、群體智能的基礎知識,了解智能技術與傳統控制方法的結合點;加強MATLAB仿真實驗的訓練,以使學生更好地理解基礎知識,培養學生使用高級智能控制方法解決實際控制問題的能力。本課程的學習將使學生加深對控制理論的理解,明晰智能技術在控制中的應用技巧,也為本科生繼續深造打下基礎。本課程擬定64學時,其中授課54學時,實驗10學時。
教材內容包括智能控制概論,介紹智能控制的發展歷程和應用領域,簡介幾種重要的智能控制方法;專家控制,簡介專家系統的基本結構,講授專家PID控制器的原理與設計方法;模糊控制,講授模糊數學基礎知識、傳統的模糊控制原理和控制器設計與實現方法、模糊PID控制的兩種形式,特別是PID控制參數的模糊整定技術;神經網絡控制,講授前饋神經網絡和遞歸神經網絡中幾種典型的網絡模型以及學習算法、基于神經網絡的線性系統辨識技術、神經網絡逆模控制等;進化計算與控制,講授進化計算的概念、遺傳算法的原理及其與其他智能方法的結合,介紹遺傳機器人學;群體智能與控制,講授蟻群算法的基本原理及其在控制問題中的應用,介紹群體機器人學。
3.3單片機原理與應用
本課程是“智能科學與技術”專業的一門專業課程,目的是使學生了解單片機的組成原理及常用控制算法的實現;掌握51系列單片機指令系統和一般匯編程序設計編寫方法;熟悉常用的單片機硬件擴展技術;在此基礎上,熟練掌握控制算法的單片機程序編寫與調試。本課程擬定54學時,其中授課38學時,實驗16學時。
教材內容包括單片機系統概述,介紹單片機定義、單片機發展過程及單片機硬件結構;單片機指令系統及程序設計,介紹指令系統和匯編語言程序設計;硬件資源及接口技術,介紹硬件資源和接口技術;單片機使用技術,介紹抗干擾技術、C語言應用程序設計;依次介紹PID控制器、狀態反饋控制器、模糊控制器、系統辨識、卡爾曼濾波、滑模控制器、最優控制器、魯棒控制器、自適應控制器、神經網絡控制器的歷史沿革、基本原理、常用形式和單片機具體實現方法。
3.4嵌入式系統
本課程以當前主流的嵌入式系統技術為背景,以嵌入式系統原理為基礎,以嵌入式系統開發體系為骨架,以嵌入式控制系統開發為目標,較為全面地介紹嵌入式系統的基本概念、軟硬件的基本體系結構、軟硬件開發方法、相關開發工具、應用領域、熱門領域的開發實例以及當前的一些前沿動態,為學生展示較為完整的嵌入式控制系統領域概況。本課程擬定64學時,其中授課48學時,實驗16學時。
教材依據嵌入式控制系統的特征,將控制算法、嵌入式系統硬件、操作系統、應用程序設計及組態軟件作為統一的技術平臺介紹,突出嵌入式技術在控制系統中應用的特點,重點介紹嵌入式控制系統軟硬件、電路、操作系統、實時性、可靠性等特性,從軟件體系結構及開發的角度出發,強調實時調度、Bootloader、BSP、嵌入式實時多任務系統設計、交叉開發與仿真開發等關鍵技術,并特別引入了工業控制中需要的電磁兼容性設計和大量的典型嵌入式控制系統實例設計。通過本課程的學習,學生不但可以學會使用工具開發嵌入式軟硬件,而且可以從總體角度選擇適當的技術和方法,全面規劃和設計嵌入式系統。
3.5智能工程
本課程是“智能科學與技術”專業的一門核心專業課程。面向智能技術的實際應用,著眼于解決工程應用中的技術問題,從典型系統設計案例分析出發,通過大量實驗提高學生的工程實踐能力。本課程擬定36學時,全部為授課學時。
教材內容包括智能工程概論,介紹智能工程現狀、工程設計原則和工程實際流程;常用傳感器原理,介紹傳感器一般特性、光電式傳感器和視覺傳感器;典型智能系統設計案例,包括智能移動機器人、智能電梯群控電梯等系統。
3.6智能機器人
課程通過對一個具有代表性的仿人機器人的拆解,將知識點拆解成6個主要教學模塊:1)機器人控制模塊,介紹各類控制模塊的原理與組成;2)機器人運動系統,介紹電機與舵機的原理與控制方法;3)機器人動作系統,介紹機器人各部件的協調控制;4)機器人視覺系統,介紹典型的超聲波、影像傳感器的原理與識別算法;5)機器人表現系統原理,介紹人與機器人的交互原理;6)機器人通信系統原理,介紹機器人之間的數據與信息傳遞方法。學生學習時,能夠與基礎知識相聯系,并能掌握機器人這門技術,為從事機器人產品研發工作打下堅實的基礎。本課程擬定54學時,其中授課44學時,實驗10學時。
教材面向“智能科學與技術”專業,同時兼顧信息類專業學生編寫,根據這類專業學生的知識結構和特點組織內容。從具體的機器人控制需求出發,將自動控制的基本理論和機器人控制特點相結合,講授機器人控制系統的組成、規律、特點和設計方法。理論上反映當前的最新進展,內容上考慮初學者的需求,側重普及性、實用性和新穎性,結構體系符合信息類和控制類專業學生的特點,力求簡潔、清楚,對技術的敘述遵循目標、問題、理論依據、實現方法、實際情況、發展方向的方式。做到重點突出,符合實際,滿足需要,指導性強。
3.7智能控制系統
本課程是“智能科學與技術”專業的一門專業課程,使學生了解智能控制系統的基礎知識;掌握智能控制系統中最新的智能傳感技術、智能控制器、智能執行能執行器及智能網絡與接口技術;掌握智能控制系統中多個關鍵硬件裝置的識別及其使用。通過學習多個智能控制系統的開發實例,學生應掌握智能控制系統的設計方法與技術,堅實地掌握最新智能控制系統知識,提高理論聯系實際的能力,并為學習其他課程的打下堅實基礎。本課程擬定64學時,其中授課48學時,實驗16學時。
教材內容包括概述,介紹智能控制系統的基本概念、基本內容和機構及其發展趨勢;智能傳感系統,講授智能數據采集技術、傳感器智能化的數據處理方法、多傳感器信息融合的方法、智能傳感器實現方法與典型實例;智能控制器設計,講授基于單片機的智能控制器設計及其應用、基于高性能嵌入式ARM的智能控制器設計及其應用、基于PLC的智能控制器設計及其應用;智能電動執行器,講授智能電動執行器的硬件實現技術,軟件設計技術以及典型的智能電動執行器實例及其應用;智能網絡與接口技術,講授無線傳感器智能網絡,工業現場總線網絡以及智能傳感器、智能控制器和智能執行器的網絡接口實現技術;智能控制系統設計實例,綜合利用前面的知識設計網絡化智能壓力傳感器的系統設計、基于聲音定位的智能機器人系統設計、基于微機電慣性傳感器的汽車多路況智能防撞系統的設計、大型設備的PLC智能控制系統設計。
4結語
通過南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校的研討,我們凝練出較完整的“智能科學與技術”專業課程體系,體現出本專業的特色;提出可供3所高校共同使用的教學大綱和教材內容,體現出學生培養的工程實踐導向。這些研究成果可以為開辦“智能科學與技術”專業的兄弟院校進一步研討提供藍本,也可以為籌建該專業的高校所參考。
注:本文受到北京科技大學教學研究會第六批教學研究課題、北京科技大學教育教學研究基金青年教師教育教學研究立項項目、河北工業大學教改項目(2010-12)支持。
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A Study on the Course System and Textbook Construction for the Discipline of
Intelligence Science and Technology
YANG Peng1, ZHANG Jian-xun2, LIU Ji-wei3, ZHANG Lei1
(1. Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China; 2.Nankai University, Tianjin 300071, China;
3. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
關鍵詞：數字圖像處理；教材；算法
作者簡介：孫水發（1977-），男，江西黎川人，三峽大學計算機與信息學院，副教授；夏平（1967-），男，湖北麻城人，三峽大學計算機與信息學院，教授。（湖北 宜昌 443002）
基金項目：本文系2011年三峽大學教學研究項目（項目編號：J2011059）、2012年三峽大學研究生課程建設項目“數字圖像處理”的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）16-0088-02
考慮到人眼是人類獲取信息的主要來源，圖像信息的一目了然及現代科學技術的發展，使得圖像處理的基本知識越來越重要，因此國內很多高校的諸多專業都開設了“數字圖像處理”相關課程。該課程主要面向高年級本科生及研究生，其任務是介紹數字圖象處理的基本理論與基本方法，并結合應用討論具體的算法分析及實現技術。主要內容包括：圖像的獲取與顯示、圖像的表示、圖像的空間操作及頻域操作、彩色圖像處理以及形態學操作等，具體涉及的技術包括圖像增強、圖像復原、圖像壓縮、圖像分割，以及為圖像分析作基礎的圖像表示與描述，以及基本模式識別的內容。但由于各類專業背景的差異、年級層次的不同，使得在教學上存在很大的不同。本文以筆者近年在給三峽大學（以下簡稱“我校”）醫學影像專業、數字媒體專業以及電子信息工程和通信工程幾個本科專業學生以及計算機科學與技術研究生的教學實踐，探討一些“數字圖像處理”課程的教學體會。考慮到教材的權威性及普適性，我們選用了由阮秋琦等翻譯，電子工業出版社2003年出版的岡薩雷斯版的《數字圖像處理（第二版）》教材。
一、教材分析
岡薩雷斯版《數字圖像處理（第二版）》教材是圖像處理領域的經典教材，據其官網http：//imageproces /顯示，該教材被超過50個國家的1000多所高校采用，實際情況應該遠遠超過這個數據。因此該教材具有較強的普適性、權威性等，該教材的主要特點分析如下。
1.自成體系
該教材從基本的圖像成像開始，到圖像的矩陣、表示這些基本的圖像處理概念，到后續的各個圖像處理技術的討論，都可以不用借助其他參考資料即完成內容的講解。
2.使用面廣
正如其官網顯示，在具有如此眾多的讀者情況下，一方面表明該教材得到廣大讀者的認可，另一方面也為廣大讀者創造了一個優勢，即一個公共的知識平臺，使得用該教材所學知識進行交流無障礙。
3.資源豐富
該教材本身是本理論性很強的教材，但由于資源豐富，使得該教材并不顯得那么枯燥。比如該教材有相應的網站，里面可以了解該教材的歷史版本；教材的所有圖片資料都可以在網站找到，方便做實驗驗證；網站有相應的論壇，可以借助網絡進行共同學習。
4.與實驗教學緊密結合
該教材有相應的配套實驗教材《數字圖像處理（MATLAB版）》，而且開發有相應的圖像處理程序庫DIPUM，與MATLAB版的DIP工具箱共同構成系統的圖像處理仿真實驗平臺。而且教材中的部分效果都有相應的源程序，讀者可以親自演示，加深對知識的理解。
二、授課對象分析
在筆者近年授課對象中，既有大一下學期的“醫學影像”專業的本科生，又有大三的數字媒體專業、電子信息工程和通信工程3個本科專業學生，更有研究生；由于自身研究領域是計算機視覺、生物醫學圖像處理，對于這些研究方向，圖像處理是基礎，對準備從事這方面研究的研究生其學習要求又不一樣，具體分析如下。
1.醫學影像學專業本科生
在該專業的培養目標中，明確提出“掌握常規放射學、CT、磁共振、超聲學、介入放射、核醫學等影像學基本操作技能，具有對常見病進行影像診斷和介入治療進行操作的基本能力。”顯然，了解數字圖像處理基本理論與方法，是正確理解這些醫學成像的基礎，并且是用好這些醫學影像原理的前提。但該專業畢竟是醫學專業大類，具體的圖像處理方法及其實現等并不是該專業核心需求。
2.數字媒體專業本科生
在該專業的培養目標中，明確提出“系統掌握數字媒體技術基本理論，具有計算機動畫和計算機游戲等數字文化藝術作品的設計、制作和技術創新能力的復合性人才”。而無論是計算機動畫還是游戲，都要求對圖像、圖形有基本的了解，包括獲取、表示、描述及處理等。但該專業的核心應該是在圖像、圖像及三維模型的應用上，而不是底層的具體處理過程。
3.電子信息工程與通信工程專業本科生
圖像處理一定程度上是二維的信號處理，因此對于系統學習過“信號與系統”、“數字信號處理”以及“隨機信號分析”的高年級電子信息工程與通信工程專業的學生來說，他們更注重數字圖像處理具體算法分析及實現技術。
4.計算機科學與技術專業研究生
智能信息處理是計算機科學與技術的一個重要研究方向，在智能信息處理領域，處理的對象通常是數字圖像，比如指紋、人臉、虹膜、智能視頻分析等等，因此掌握基本的圖像處理理論與方法是從事該方向研究的必要前提。而且對于我校計算機專業的研究生，通常有兩個原因使得他們對圖像處理的知識了解不夠深入：一種情況是其本科是計算機相關專業，沒有修習這門課；另一種情況是從其他專業轉到目前專業，修習過這門課程，但由于本科階段這門課開課時間比較晚，比如大三下學期或大四上學期，學生要么準備考研，要么準備找工作，學生的學習精力不足，學習效果不好。因此有必要讓學生進行系統的、深入的學習，為后續深入研究智能信息處理打下基礎。
5.專門從事圖像處理、計算機視覺方向的研究生
由于筆者從事醫學圖像處理、計算機視覺方向的研究，而這些方向的基礎即是數字圖像處理，因此對于自己指導的研究生，要求其對圖像處理知識的掌握更加深入；而且由于學生規模小，上課方式相對較自由，因此可以探討其他新的教學模式。
三、授課說明
岡薩雷斯版《數字圖像處理（第二版）》教材雖然公式不多，但理論性較強。對于前面提到的5類學生，教學內容及方法肯定需要進行區分，具體說明如下。
對于低年級的“醫學影像學”專業和高年級的“數字媒體”專業本科生，他們的共同特點是需要對圖像處理的效果有較好的掌握，相反對于處理的原理他們僅僅需要了解，而很多數學的內容，比如頻域圖像處理僅僅需要點到即可。但由于年級及專業背景的不同，教師講授的方法肯定也要不同。對于低年級的“醫學影像學”專業學生，需要給學生介紹一些圖像處理的工具軟件，并進行課堂的演示，逐步把他們帶入到圖像處理的世界；而對于高年級的“數字媒體”專業本科生，由于他們已經具有較好的計算機基礎知識，而且用過相關的圖像處理軟件，比如PhotoShop，因此這門課程的目的更多的是通過圖像處理算法的學習，吸引他們探究相關圖像處理軟件功能原理的興趣，從而達到綜合、系統應用相關圖像處理軟件的目的。
對于高年級的“電子信息工程”和“通信工程”專業本科生，岡薩雷斯版《數字圖像處理（第二版）》教材對他們來說不能算很難，但相對來說要在有限的學時（比如我校只有32個學時）講完整本書的內容也不切實際，因此教師通常需要對課程的內容進行有針對性的裁剪。比如在我校，這兩個專業都會講授“多媒體通信”這類數據壓縮相關的課程，因此原教材中的第八章可以不講；而多尺度分析相對來說要求數學功底深，因此對于本科生點到即可。后續的第11和12章的內容顯然超過了電子、通信本科生的知識范圍，但可以當作課外讀物推薦給學生，特別是對于有計劃從事圖像處理的學生，比如畢業設計選擇了相關方向的學生。
對于計算機科學與技術專業的研究生，通常選這門課程的目的是要準備從事智能信息處理方面的課題研究，因此這本教材的知識面廣、自成體系等上述優點得到充分的體現，甚至有學生說是他們的“寶典”。但顯然，研究生教學與本科生教學有很大的區別，特別是針對各種層次、類別的研究生更是如此：比如有些研究生偏向工程應用，僅僅需要了解算法本身及其應用性能即可；但有些研究生偏向算法研究，則需要仔細推敲各個算法后面蘊含的本質。因此采用了分組的方式，每組成員先針對所涉及的研究方向開展資料查閱、討論等過程，逐步形成一個主題鮮明的報告，并在課堂上進行匯報，教師進行點評和進一步講解。這種方式提高了學生的參與程度，加深了學生對知識的理解。
對于筆者指導的研究生，由于涉及的研究方向為計算機視覺、生物醫學圖像處理等，則岡薩雷斯版《數字圖像處理（第二版）》教材的內容是基礎，而且學生數量少，學習方式可以很靈活。因此，為這些學生開了個讀書班，以3個學生為一組，每周教師和所有研究生一起討論教材里面涉及的每個知識點，不留死角，發現問題記錄下來，討論完后找資料，在下次討論時再解決，通過這種方式使學生系統掌握數字圖像處理基礎知識、基本理論和方法，為學生今后開展相關方向的研究打下了堅實的基礎。
四、總結
“數字圖像處理”是高校面向本科專業及研究生專業開設的一門重要專業課程，岡薩雷斯版《數字圖像處理》教材的權威性、內容的自包容性以及支撐資料全等優點，使其成為一部普適性很高的教材。本文結合筆者在不同專業、不同教學層次中的教學體會，研究基于該教材的教學方法，具有一定的理論與實踐意義。該書第三版的中文版也于2011年出版，相信會對該課程的教學起到進一步的促進作用。
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[關鍵詞]計算機工程 集成電路 無線網絡
中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）31-0298-01
隨著現代科學技術的日益發展，越來越多的項目都需依靠計算機工程來開發、運用和完成。在飛速發展的21世紀，計算機工程所研究的內容包羅萬象，其專業學科更是相當廣泛。因此，計算機工程專業沒有一個完全限定的范圍。就目前而言，計算機工程專業主要包括：軟件工程、編程原理、數據結構與算法、網絡編程、微處理器和接口、軟件技術與工具開發、算法設計與分析、軟件系統架構。另外，計算機工程和電子工程密不可分，所以部分的電子工程專業也納入計算機工程學的研究范圍。
電子計算機工程是一個主要以電機工程學和計算機科學的部分交叉領域為內容的工程學，它的主要任務是設計及實現計算機系統的處理。計算機工程師通常受過專業的電子工程（或其他與計算機工程有關的電機工程學分支）、軟件設計和軟硬件集成綜合技能的培訓。工程師的主要課程有電學、系統分析、統計、模擬和數字電路、電子計算機輔助作圖（CAD）、微處理機和微控制器、微波技術、光學技術、機械加工、數據通訊、計算機網絡和技術報告寫作等。基礎知識包括數學、物理、計算機，邏輯思維、創造性思維、人際交流能力等。
計算機工程師的工作涉及很多計算機的硬件和軟件方面的內容，其關注范圍包括微處理器、個人電腦、超級計算機和電路設計（特別是集成電路的設計）等。計算機工程并不僅僅關注計算機系統本身的工作，還致力于多個計算機組成更大規模的分布式系統。涉及計算機工程的常見工作包括為嵌入式系統、微控制器、超大規模集成電路的編寫設計軟件代碼和固件，此外還常常結合模擬的傳感器、混合信號集成電路的設計，以及參與操作系統的設計。計算機工程和機器人的研究和設計也有一定的關聯，特別是那些大量依靠數字系統來進行電動機、電腦輔助溝通、傳感器相關系統監視、控制的機器人系統。
根據不同的研究、應用側重，計算機工程可以分為下面這些專業領域。
一、軟件代碼、密碼學和信息安全
主條目：信息安全
從事這一分支領域的工程師的工作包括信息的編碼、解碼，設計開發密碼技術、網絡安全、知識產權保護等。隨著信息化的到來，計算機系統和互聯網的安全成為一個關系到國家安全的問題，許多國家設立了專門的機構進行這一分支學科的研究。在民用領域，移動電話通信的保密也是這領域計算機工程師的工作重心之一。
二、通信和無線網絡
主條目：無線網絡
這一分支是電子學、通信技術和計算機科學的交叉領域，主要關注無線網絡的通信質量和效率。高質量的無線網絡對于軍事上的遠程控制至關重要，同時對于擴展民用便攜設備的功能也至關重要。這一領域的工作人員需要研究信號的調制、解調，高清信號的壓縮，可容錯系統，以及降低信號在傳輸過程中出錯的幾率的方法。他們的研究涵蓋了從基礎的信號理論到實際的通信產品的廣大范圍。
三、計算機編譯器和操作系統
主條目：編譯器和操作系統
這一領域主要包括計算機編譯器和操作系統的設計和開發。研究人員會設計更新的操作系統體系結構、更有的程序分析技術和提高程序可靠性。
計算科學與工程
計算科學與工程是一個較新的分支領域，和數學學科交叉較多。這一領域的工程技術人員主要考慮更優的計算方法、建模方法。他們的理論在超大規模集成電路的設計驗證、半導體器件制造參數的確定、雷達系統的分析方面有著重要的應用。
四、計算機網絡、移動計算和分布式系統
主條目：計算機網絡和分布式計算
這個分支學科重點研究由多個計算機構成一個整體，并通過合理的方式來提高其共同工作時的效率。現代的科學技術研究、日常生活常常涉及大量數據的處理，這時，基于計算機網絡的計算機集成系統（計算機集群）就能發揮其高超的計算能力，這在氣象監測預報、生物科學探索等情況應用廣泛。
五、計算機系統：體系結構、并行計算和可靠性
主條目：計算機體系結構和并行計算
這一領域的工程技術人員主要致力于研究提高計算機系統可靠程度、安全性和運算性能的方法。他們的工作可能包括設計用于多線程任務的微處理器等。他們也從事新的基礎理論、算法和計算機工具的設計開發工作。
六、計算機視覺和機器人學
主條目：計算機視覺
通過機器“觀察”外部信號的改變，并做出合適的處理，可以進一步提高計算機的能力。這一技術的前提是開發出高效的視覺傳感軟硬件，即能夠快速捕捉周圍環境的信息，并在短時間內用合適的信號來指代這些信息，然后還需要在計算機系統內部進行處理，最后讓類似機器人的設備做出反應。這是人們一直希望能夠實現的。當然，要研制出高性能的機器人，還需要強大的人類行為建模、圖像處理以及人機界面等等。
七、嵌入式系統
主條目：嵌入式系統
這一專業領域內的工程師主要從事嵌入式系統的設計，致力于提高其速度、可靠性和工作特能。嵌入式系統存在于許多日常產品，從小型的收音機到大型的航天器中都可看到它的身影。現代的移動設備功能日漸強大，離不開高性能的網絡技術和嵌入式系統。
八、集成電路設計、測試和計算機輔助設計
主條目：集成電路、超大規模集成電路和集成電路設計
計算機工程的集成電路分支主要包括電子學和電子系統的相關知識。這一領域主要致力于提高下一代超大規模集成電路及相關電子系統的速度、可靠性以及能源效率。 工程師利用有關的軟件算法、硬件架構技術可以實現集成電路的低功耗設計。
九、信號、圖像和語音處理
主條目：信號處理和圖像處理
計算機工程的信號分支主要研究、開發與人機交互相關的內容，包括語音識別和生成、醫學科技圖像、通信系統等。這一領域的其他工作還包括計算機視覺開發，例如人類的臉部特征識別。
現如今的電子信息社會，計算機技術已經普及到了各行各業，人們的日常生活和辦公已經離不開它了。我們要充分利用電子計算機技術，讓計算機技術更好地服務于我們的生活。
參考文獻
[1] 百度維基.
1．其中首要的一步，也是至關重要的一步就是確定項目．可以看出，項目的設計是整個教學的前提，項目的好壞直接影響到教學的開展．根據數字圖像處理課程的內容體系，同時結合專業教師的研究方向和研究內容，確定項目“車牌識別系統”來組織整個數字圖像處理課程的教學內容．車牌識別系統分為圖像采集、圖像預處理、圖像校正、車牌定位、字符分割和字符識別等部分，并將它們作為子項目與數字圖像處理的相關教學知識點建立對應關系，車牌識別項目貫穿整個教學內容的始終．整個項目教學過程見圖2．從圖2可以看出，數字圖像處理的內容基本上可以通過車牌識別系統這一具體項目組織起來．除此之外，在實驗課和實訓課程中，也結合學生的興趣以及指導教師的研究專長和所承擔的課題，還設計了如人臉識別系統、計算機自動閱卷系統、圖像碎片拼接系統、三維全景圖的設計、計算機視覺的立體匹配及三維重建技術以及高光譜圖像壓縮等案例．
二、教學改革成果與分析
2013年以信息與計算科學專業11-1班為對照班，2014年以信息與計算科學專業12-1班為實驗班，2個班級學生的學時數一樣，學生起步幾乎也是一樣，講授的數字圖像處理課程主要內容相同．在11-1班中采用的是傳統教學模式，講授理論上的圖像處理原理和方法；在12-1班中采用項目教學法進行教學．為了驗證在數字圖像處理課程中應用項目教學法的效果，對2個班級分別進行了數字圖像處理理論知識測試和編寫一個圖像邊緣提取的程序．理論知識測試結果見表1（滿分100分）．編程題是通過在線考試系統完成的，由計算機給出的成績，編程題測試結果見表2（滿分20分）．
三、結束語
1攝像機定標
三維計算機視覺系統應能從攝像機獲取的圖像信息出發，計算三維環境物體的位置、形狀等幾何信息，并由此識別環境中的物體，圖像上的每一點的亮度反映了空間物體表面某點反射光的強度，而該點在圖像上的位置則與空間物體表面相應點的幾何位置無關。為了定量地描述光學成像過程，我們首先定義以下三個坐標系：圖像坐標系、攝像機坐標系與世界坐標系。
攝像機采集的圖像以標準電視信號的形式輸入計算機，經計算機中的專用模數轉換板變換成數字圖像。每幅數字圖像在計算機內為數組，行列的圖像中的每一個元素（稱為象素，pixel）的數值既是圖像點的亮度（或稱灰度，若為彩色圖像，則圖像上象素的亮度將由紅、綠、藍三種顏色的亮度值來表示）。如圖1-1表示，在圖像上定義直角坐標系、，每一個象素的坐標分別是該象素在數組中的列數與行數。所以，是以象素為單位的圖像坐標系的坐標。由于只表示象素位于數組中的列數與行數，并沒有用物理單位表示出該象素在圖像中的位置，因而，需要再建立以物理單位（例如毫米）表示的圖像坐標系，該坐標系以圖像內某一點為原點，軸與軸分別與、軸平行。攝像機成像幾何關系可由圖1-2表示。其中點稱為攝像機光心，軸和軸與圖像的軸與軸平行，軸為攝像機的光軸，它與圖像平面垂直，光軸與圖像平面的交點，即為圖像坐標系的原點，由點與，，軸組成的直角坐標系稱為攝像機坐標系。為攝像機焦距。
圖1-2 攝像機坐標系與世界坐標系
攝像機坐標系與世界坐標系之間的關系可以用旋轉矩陣與平移向量來描述。因此，空間中某一點在世界坐標系與攝像機坐標系下的齊次坐標如果分別是與，于是存在如下關系：
其中，為的旋轉矩陣，為的平移矩陣，定義為
、、為坐標變換過程中沿軸，軸，軸三個方向的平移量。
下式是針孔模型下的透視投影變換：
從上面的的步驟我們可以得知，需要求解的參數有、、。旋轉矩陣――的旋轉矩陣包含了9個參數，為了運算簡單起見，我們在實驗中規定世界坐標系的三個軸方向與攝像機坐標系的三個軸方向平行，從而世界坐標到攝像機坐標的變換可以不做繞軸旋轉，這時旋轉陣為單位陣，此時，三維世界坐標系到攝像機坐標系的坐標變換方程可以簡化為：
而平移矩陣包含的三個參數、、，這三個參數和攝像機的有效焦距，可以在攝像機拍攝的時候預先設定，這樣就完成了攝像機標定的工作。
2人體骨架的三維重建
現在得到了攝像機參數，下一步就是從一個已知的二維關節點坐標出發，求出該點的三維坐標。
從圖1-2的透視投影的針孔模型可以知道，連接攝像機光心和成像點之間有一條投影直線，該投影直線上所有的點投影到二維平面都成像于同一個點。所以可以先假設某一個基準點的三維坐標為已知，然后從該點出發，利用關節點之間骨骼的連接關系及人體骨骼長度知識依次求出其他關節點的三維坐標。而人體的骨骼近似剛體，所以假設骨骼的長度近似不變。
圖1-3是本文所用的人體模型，假定第12個或第15個關節點為基準點，即人體的最低點為基準，該關節點的坐標為已知。假如已知的第15個關節點的三維坐標為，要求第14個關節點的坐標，則有如下關系：
即：
其中表示點與之間的距離。為人體模型中小腿的長度，其中已假設為已知，而坐標和是通過上一章中的跟蹤得到的，這樣只需求解方程就可以得到了，即可以求得第14個關節點的坐標值了。從上方程可以看出，的解將會出現以下三種可能：
1. 有兩個解，說明該關節點有兩種可能的位置，這種二義性是由于二維坐標向三維坐標恢復本身固有的問題，可以通過用戶的交互以及人體運動的連續性原則消除這種二義性。
2. 只有一個解，此時該解就是所要求的值。
3. 無解，產生的原因有兩個：一是跟蹤得到的二維關節點坐標存在誤差，這種情況可以通過人工交互重新跟蹤來解決；另一個是作為先驗知識的人體骨骼長度過短而產生的無解，這時可以適當地調整骨骼長度，然后再進行計算。
由于人體運動是連續的，所以圖像序列中相鄰幀之間人體關節點的三維位置是連續的，變化不大的，即相鄰幀之間的人體運動中存在一些關節點，這些點的位置在一定的時間內保持穩定或者只做很小的位移。
3小結
本文在人體二維骨架的基礎上，通過攝像機標定的基礎知識對人體模型進行了三維重建，最終獲得了整個人體的三維運動序列。本文提出的重建方法還存在一些限制和不足之處，還需要進一步的改進和完善。
參考文獻：
關鍵詞：人才培養；數字媒體技術；課程體系；游戲開發
1 背 景
江蘇省政府和南京市把計算機軟件產業作為優先鼓勵發展的支柱產業，作為新興戰略性產業的重點發展。南京市政府特別重視計算機與信息產業的發展，提出提升規模、企業發展與創新的主要目標[1-2]。早在2011年，南京市委和市政府就提出《關于以打造一谷兩園軟件產業集聚區為重點高標準建設中國軟件名城的意見》，提出將南京建設為中國軟件名城的目標，計算機軟件產業業務收入預期達到4 000億元以上，并在2020年初步建成世界軟件名城。從軟件技術與專業人才培養角度來說，數字媒體技術作為計算機軟件產業中的一個重要發展方向，虛擬現實技術與人工智能近年來日臻活躍，越來越顯現出發展的活力與潛在的前景。數字媒體技術專業學生從總體上講應具有較扎實的計算機和數字媒體基礎知識，掌握數字媒體基礎、圖形圖像處理、音頻視頻處理、流媒體、虛擬現實、游戲編程等專業基礎知識；具備包括虛擬現實、多媒體編程、網絡游戲、數字圖像處理和計算機視覺等專業技術的能力，具有圖形、圖像、音頻、視頻處理及數字媒體應用系統開發的能力。
2 數字媒體技術專業預期形成的專業與人才特色
依據數字媒體產業中游戲行業對人才的迫切需求，以學生系統能力培養為主線，以新型應用型工程技術人才為培養目標，將當前游戲開發中的最新編程平臺與先進技術引入專業課程體系，按照網絡游戲與手機游戲開發工程師的知識和實踐能力組織課程的設置，通過計算機圖形學、三維建模、移動游戲開發編程、網絡游戲開發編程、Unity3D開發引擎的游戲開發技術等專業課程的設置，突出以游戲開發工程師為培養目標的學生實踐能力鍛煉。數字媒體技術專業依托行業內企業多年的數字媒體產品開發經驗與培訓能力，進行產教融合與校企合作辦學，突出以游戲開發為主的數字媒體技術方向的專業特色，更好地滿足人才培養目標定位需求，并為后期工程教育認證打下基礎。
3 數字媒體技術專業建設的主要內容
3.1 以游戲開發為主要特色的課程體系建設
突出以游戲開發為主要特色的數字媒體技術培養方向，主要專業基礎與專業課程由以下組成：數字媒體技術基礎、計算機網絡、算法與數據結構、計算機圖形學、三維建模、操作系統、面向對象程序設計、網絡游戲開發編程、移動游戲開發編程、游戲UI設計、游戲算法、游戲開發技術、圖形處理技術等。課程的總體分布與關系見表1。
我們多選用新出版的優秀教材，將教材的適用性作為教學過程控制的主要監測點。對于知識更新較快的課程，組織有經驗的教師自編教材并及時修訂，跟蹤反映數字媒體技術產業的新技術、新成果。
3.2 實踐實訓基地建設
產學研結合的實踐教學模式是計算機類專業辦學的一大特色[3]，學院始終把創建校外產學研實習基地工作放在重要位置，使得學生獲得實際的研究、開發、設計的實踐教學機會，全方位、系統地培養學生的技術應用能力和創新能力[4]。目前，數字媒體技術專業依托的計算機工程學院，同東軟集團股份有限公司、中軟國際集團有限公司、南京麥瑞克科技有限公司、江蘇萬和等多家大中型企業簽訂了《共建教育實習基地協議書》。通過校外實習基地，學生能夠參與數字媒體產品開發過程，在實踐中加強學生的實際工作能力[5]，從而達到培養綜合素質高、創新能力強、富有團隊精神的應用型高級數字媒體技術專業人才的目標。學生從第6學期的專業實習、第7學期的工程項目實踐與畢業實習參與到學院合作方――南京麥瑞克科技有限公司的研發項目中，專業實習與工程項目實踐是數字媒體技術方向的重要教學環節。通過專業實習與工程項目實踐，學生能夠系統地掌握游戲開發的知識體系和整個流程，以及具體案例的開發過程，鍛煉自身的實踐動手能力。學生在實訓中掌握了企業項目實際管理流程，提高了適應能力。學生以實踐開發小組為單位完成相關系統功能與模塊設計，撰寫相應的策劃文檔以及開發規范文檔，根據設計選擇相應的技術進行資源優化和打包，對于系統進行集成開發與部署。開發報告應包含組員角色及分工、系統的分析和設計報告、項目開發流程管理的要點、實踐總結等內容，并附有軟件系統的完整開發用例源代碼。指導教師根據實踐的情況，包括實踐小組的講解和演示，總結實踐開發的收獲、創新與成果。
專業實習是綜合性實踐環節，通過專業實習可以讓學生理解游戲系統的完整開發過程。專業實習涉及游戲UI設計、三維建模、圖形處理技術等核心專業基礎及專業課程。通過專業實習，學生可以在游戲開發的方法和技術、系統分析與設計、計算機軟硬件的配置與管理、虛擬現實開發等方面得到鍛煉。通過建模，學生可以完整地理解游戲場景系統開發的整個過程。例如在游戲場景房屋模型制作項目，通過三維建模與一些基本的操作命令，學生可以搭建常見游戲場景中的房屋模型，完成房屋模型制作的工作，為以后制作大型場景打下技術基礎。
工程項目實踐涉及面向對象程序設計、C#程序設計、移動游戲開發編程、游戲開發技術等核心專業課程。工程項目實踐的內容包括聯機火線戰爭、虛擬旅游、跑酷類游戲等綜合性游戲開發項目，讓學生對游戲的開發流程有詳細的了解，熟練使用Unity游戲引擎工具，在游戲的策劃―游戲的界面交互設計―游戲的開發邏輯―游戲優化―游戲―游戲上傳等整個游戲開發全生命周期內進行綜合性工程項目實踐，同時工程項目實踐有利于培養學生的書面表達能力、全面策劃思考能力、自主學習能力、需求研發能力和探索創新能力。
3.3 合作辦學
2016年起，金陵科技學院計算機工程學院與澳大利亞昆士蘭理工學院（QUT）合作，采用“2+2”聯合培養模式，共同培養數字媒體技術專業的本科人才。QUT課程體系采用CDIO工程教育思想，著重鍛煉學生的綜合素質和能力。自2016年開始學院在數字媒體技術專業人才培養方案中嵌入NIIT（National Institute of Information Technology，印度國家信息技術學院）課程模塊，培養具備國際視野的數字媒體技術專業人才。2016年數字媒體技術專業的計劃招生人數為40人，班級為正常教學班，不單獨針對國外學習而組班。在新生入學教育時，鼓勵學生通過雅思考試，在大學三年級申請去昆士蘭理工學院深造。數字媒體技術的人才培養借鑒了澳洲高等教育教學的先進模式和成功經驗，包括外方優秀的教學形式、考核方式及評估標準。合作教育將由引進外方優秀教師與中方資深教師共同完成。在大學一年級下學期做雅思考試動員，相應的英語課程引導學生進行雅思綜合英語、雅思口語、雅思讀寫、雅思聽說、英語語言和文化、學術英語課程的學習，為雅思考試做好準備。通過雅思考試的學生可以申請出國學習，國外第二階段的專業課學習將采用全英文學習。通過國外的系統學習，學生將全面地掌握網絡游戲、手機游戲、虛擬現實等數字媒體相關的基本理論與方法，能綜合運用所學知識與技能去分析和解決數字媒體領域的實際問題，同時擁有專業和外語雙重素質，成為富有責任心和創新能力的國際化應用型優質人才。出國的學生完成昆士蘭理工學院后兩年的專業課程學習，畢業時將獲得雙學位證書。未出國的學生按照教學計劃繼續完成國內的學業，畢業時將具有較強的計算機技術應用能力，能熟練使用常見游戲開發及虛擬現實軟件，掌握信息檢索、文獻檢索、資料查詢的基本方法，具有獨立獲取知識、較強的綜合分析與管理的能力及一定的科學研究能力。
昆士蘭理工學院數字媒體技術專業的8門專業基礎課為：Programming for Visual Design、Real-time 3D Computer Graphics、Data Structures and Algorithms、Databases、Computer Games Studies、Virtual Environments、Software Development、AI for Games。我院數字媒體技術專業大一、大二的教學計劃中與之對接的課程是：視覺設計編程、實時3D計算機圖形學、算法與數據結構、數據庫系統原理、計算機游戲基礎、三維建模、面向對象程序設計、游戲開發中的人工智能8門課。由于這8門課程基本為專業基礎課，因而數字媒體技術專業大一、大二的教學計劃對于國內和準備去國外學習的學生而言都通用，可以做到跟后續專業課程的無縫對接。在教學計劃中，我院上述8門課程使用昆士蘭理工學院的教材、課件等教學資料，按昆士蘭理工學院的要求完成教學任務。視覺設計編程（Programming for Visual Design）課程以C#課程為切入點講授數字娛樂產業涉及的編程技術；三維建模（Virtual Environments）主要講解三維建模內容；游戲開發中的人工智能（AI for Games）以講解游戲算法為主。將國外實時3D計算機圖形學、游戲開發中的人工智能、視覺設計編程、三維建模與實時渲染技術等最新的課程逐步地引入我院數字媒體技術專業的教學體系，不斷促進專業水平的提高。
4 結 語
實踐證明，我校數字媒體技術的人才培養計劃的實施，進一步完善了應用型工程型本科人才培養體系，國內IT企業能深度地參與本專業的人才培養，校企融合共同培養適應“長三角”地區數字媒體技術的人才；同時，通過國際合作開闊了學生的視野，為南京以及長三角的游戲產業高層次的軟件開發人才培養打下基礎。我校數字媒體技術專業將強調對游戲開發能力培養，注重從游戲算法的角度解決游戲開發中遇到的實際問題。今后我們將進一步精選企業課題，將課題與學生工程項目實踐、畢業設計高度結合，實現學生實習到就業的無縫對接。
參考文獻：
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