机械专硕“机器视觉原理与应用”教学案例库建设
机械专硕“机器视觉原理与应用”教学案例库建设
[摘 要] 案例库建设与应用对于机械工程专业学位研究生实践创新能力的培养具有重要意义。在分析“机器视觉原理与应用”课程特点及案例教学需求的基础上，探讨了“机器视觉原理与应用”教学案例库的建设思路及架构，构建了视觉测量、缺陷检测、目标跟踪、机器人视觉、3D视觉、深度学习等6个技术专题的智能制造教学案例库，给出了典型案例的设计过程及主要内容。教学实践结果表明，机器视觉案例得到了学生的普遍认可，激发了学生学习的积极性，可以满足专业学位研究生“机器视觉原理与应用”课程的教学需求。
[关键词] 专业学位研究生;机器视觉;案例库;案例教学
[基金项目] 2020年度湖北文理学院研究生教育工程项目“‘机器视觉原理与应用’优质课程建设”（YZL202007）
[作者简介] 王中任（1974―），男，湖北黄梅人，博士，湖北文理学院机械工程学院教授，副院长，主要从事智能制造与机器视觉研究;陈科鹏（1988―），男，湖北麻城人，博士，湖北文理学院机械工程学院讲师，主要从事机器视觉技术研究;肖光润（1987―），男，湖北宜城人，博士，湖北文理学院机械工程学院讲师，主要从事机器视觉技术研究。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）11-0053-04 [收稿日期] 2021-08-23
引言
专业学位具有相对独立的教育模式，以产教融合培养为鲜明特征。美国、德国、日本和瑞士等发达国家高度重视专业学位发展，有力支撑其社会发展[1]。专业学位研究生的培养目标以培养满足特定行业需求为特色的应用型和复合型人才。具体而言，机械工程专业学位研究生要面向特定行业和产业需求，培养具有坚定理想信念、高尚道德情操和健全人格，具渥酆显擞盟学专业理论知识和实践技能，解决工程实际中有关技术问题能力的应用型、复合型、高层次的工程技术人才。从专业技术层面看，专业学位研究生需要具备较强的创新意识和实践动手能力，在本领域的某一方向具有独立从事工程设计与运行、分析与集成、研究与开发、管理与决策等能力。因此，专业学位研究生培养的师资、课程设置、教学方式方法和实践体系建设方面均有别于学位研究生，其中案例教学作为一种教学方式对提高教学质量具有重要作用。
教育部发布的《关于加强专业学位研究生案例教学和联合培养基地建设的意见》（教研〔2015〕1号）中指出：案例教学是以学生为中心，以案例为基础，通过呈现案例情境，将理论与实践紧密结合，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，从而掌握理论、形成观点、提高能力的一种教学方式。加强案例教学是强化专业学位研究生实践能力培养、推进教学改革、促进教学与实践有机融合的重要途径，是推动专业学位研究生培养模式改革的重要手段。近年来，专业学位研究生案例教学已经从人文社科和医学专业向工科类专业发展，并且越来越受到重视。
针对机械工程专业硕士研究生案例教学中出现的矛盾和问题，王家忠以“自动化智能化制造单元与系统实例”教学实践为例，提出化解矛盾的做法[2]。李艳针对机电一体化原理及应用课程教学的案例库建设方法，基于机电一体化的共性关键技术建立其课程教学案例库，提出集先进性、实用性和前沿性为一体的有关机电一体化课程规范化的教学案例库建设方法，以及案例教学、实践活动、实现应用等相互融合的案例教学实践思想[3]。
在智能制造和机器视觉相关课程的案例教学研究方面，王福斌以煤气混合过程智能多变量解耦控制系统为研究对象，构建了“智能控制”课程案例教学库，并给出了案例教学效果的保障措施[4]。陈章宝开展了图像处理课程中深度学习的案例教学研究，在图像特征提取与模式识别环节引入深度学习的方法，通过结合理论介绍与代码，实现从单层感知机模型、多层神经网络到卷积神经网络的建设，给出了深度学习的渐进式教学案例设计[5]。
本文以机械工程专业学位研究生“机器视觉原理与应用”课程教学案例库构建及应用为例，在分析课程特点及案例教学需求的基础上，探讨“机器视觉原理与应用”教学案例库建设的思路和架构，结合实践基地建设，给出了典型案例的设计过程及其教学应用效果。
一、课程特点及案例教学思路
近年来，随着人工智能、大数据和智能制造的快速发展，机器视觉技术应用越来越广泛，学习并掌握机器视觉技术已经成为机械专业硕士研究生就业和创业的核心竞争力之一。因此，面向机械工程专业硕士研究生，开设“机器视觉原理与应用”专业方向课程，具有重要意义。然而，该课程理论性强、多学科交叉特点鲜明、学生基础参差不齐、研究生学习主动性不足，这些都是目前课程教学中的突出问题。“机器视觉原理与应用”课程的主要目标有三个：（1）使专业学位硕士研究生了解国内外机器视觉发展的最新研究成果，以及机器视觉在典型行业中的应用;（2）使研究生掌握机器视觉基本概念、基本理论和主要算法;（3）使研究生具备运用理论和方法解决实际机器视觉问题的能力。
作为一门前沿理论与先进技术紧密结合的课程，为实现课程教学目标，必须在教学内容的组织和授课形式上创新，既要讲授前沿的理论知识，如图像识别、注意力机制、深度学习等，又要针对视觉测量、机器人视觉定位、缺陷检测、瑕疵检测、目标跟踪、三维视觉等先进技术的应用进行讲解和剖析。因此，不断积累与完善的课程案例库是开展案例教学的基本保证。“机器视觉原理与应用”课程教学案例库将以大量源于企业实际的工程案例引导研究生主动获取专业知识，并锻炼其多方面的能力，改变了传统的依靠教师讲授的单一模式，促进了教师与学生、学生与学生之间的交流与互动。然而，机器视觉作为不断发展完善的新兴技术，在理论与实践结合方面还有很长的路要走，不同行业、不同企业在工程案例实施的路径与着力点也各不相同。因此，在教学过程中只有结合实际，收集、整理、提炼工程案例，并有针对性地进行剖析和讲解，才能实现课程的教学目标。以案例为基础，通过呈现案例的真实工程情境，将理论与实践紧密结合，引导研究生从案例中发现问题，并学会分析和解决问题，进而掌握理论、形成观点、提高实践能力。这种教学过程有利于研究生实践能力的培养，同时有助于研究生形成讨论交流、团队合作的意识，了解新时期对实用型高级工程技术人才的实际需求。因此，将针对机械工程专业学位研究生的“机器视觉原理与应用”课程引入案例教学法，逐步建立内容丰富、体系完善的案例库是非常有必要的，不仅有助于培养解决问题的能力，还契合了机械专业学位研究生的人才培养目标。
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