“多媒體數據處理”課程的研究性教學實踐

李莉

摘要：在討論研究性教學內涵的基礎上，以數據資源開發與利用專業的“多媒體數據處理”課程教學為實踐平臺，探索了研究性教學的幾種教學組織形式。結果表明，研究性教學能夠有效激發學生的學習熱情，培養學生的創新性思維。

關鍵詞：研究性教學；研討教學；案例教學；自主選題

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）37-0181-02

在大學本科生的教學實踐中，我們不難發現，面對某些專業課題的提出，學生給出的答案更多的是碎片式的知識點，而不是系統性的解決問題的思路。“授之以魚，未若授之以漁”，不僅讓學生學到知識，更應該讓學生提高自我學習的能力，進行創新性思維的培養。本文首先討論了研究性教學的內涵與基本特征，然后以《多媒體數據處理》課程教學為實踐平臺，將發現教學、研討教學、案例教學等幾種教學組織形式應用于研究性教學中。結果表明，研究性教學能夠有效激發學生的學習熱情，培養學生的創新性思維。

一、研究性教學在“多媒體數據處理”課程實施中的必要性

研究性教學是培養學生創造能力和創新精神的一種教學活動，是教師通過指導學生從自然、社會和生活中選擇與學科相關的專題進行研究，使學生在主動探索、主動思考、主動實踐的研究過程中，吸收知識、應用知識、解決問題、獲取新的經驗和展現個性，從而提高素質，培養創造能力和創新精神的一種實踐活動。研究性教學將學生知識、能力和素質培養設為教學目標，不再單純以增加學生頭腦中固定不變的知識為目的，而是將學習知識與研究問題相結合，增強學生以知識為基礎的對開放式情境的問題意識，提高學生的自主探索精神、創新意識和研究能力等。

“多媒體數據處理”課程主要針對大學本科層次的“數據資源開發與利用”專業開設，該專業的課程設置主要以數據資源的建設、開發和利用等數據建設生命周期為主線，目標是使學生將來成長為數據資源管理工程師。該類學生已經進行了相關專業的基礎課程的學習，具備了一定的知識儲備和實踐能力，傳統的灌輸式教學方式已經無法滿足其進行拓展性思維訓練和創新性實踐的需要。而研究性教學是一種以探索和研究為基礎的教學組織形式和教學方式，與該類學生的培養目標較為貼合。“多媒體數據處理”課程以多媒體數據為核心，將音頻、圖像、視頻等媒體數據的獲取、處理、存儲技術有機地整合在一起，揭示其內在聯系；對多媒體數據的格式、多媒體數據的傳輸、多媒體數據的應用等內容進行詳細地闡述，同時，還對大數據、數據可視化等新興技術進行延展學習。結合“多媒體數據處理”課程的特點，本文主要在課堂教學、課堂內外相結合、考核方式三方面進行了研究性教學實踐。

二、基于課堂教學的研究性教學實踐

與傳統教學模式相同，課堂是研究性教學非常重要的教學環境。如何進行科學有效的研究性課堂教學設計，是研究性教學的重要內容之一。本文在課堂教學中開展的研究性教學的教學組織形式主要側重發現教學法和研討教學法，下面分別給出一個教學例子。

（一）發現教學法

發現教學法是美國心理學家布魯納倡導的，他將科學家發現真理的認識過程引入教學之中，認為學生的學習與科學家的發現之間的差別“僅在程度而不在性質”。他注意調動學生學習的積極性，使自己成為一個發現者。

以“顏色模型”一節的課堂教學為例。在分別給出三基色原理以及顏色模型的基本概念之后，再重新將人眼對三種基色吸收規律曲線以及RGB顏色模型的示意圖放在同一張幻燈片上，然后等待1分鐘，如果學生沒有反應，則進一步提問：“這兩種之間是一致的嗎？”此時，有一部分學生便會發現其中存在的矛盾點，“RGB顏色模型三個坐標軸所對應的顏色與人眼敏感的顏色并不一致，因為人眼對三種顏色的敏感區間是有一定范圍的，而非單一頻率”，“這說明什么問題”，“顏色模型是為了便于研究，采用一定的數學方法，人為地對自然界顏色的近似建模，并不能代表自然界中所有的顏色”。由此，學生便從發現問題開始，經過思考問題，再到解決問題，摒棄了傳統的死記硬背的學習方式，而重在培養自我更新的能力。

（二）研討教學法

研討教學法需要教師做的最主要工作是設置具有一定研討價值的問題。在課堂上組織學生進行有一定深度、廣度的研究、探討，使學生通過教師引導、獨立思考、互相啟發、相互討論等方式，鍛煉其富有創造性的學習能力。

以圖像增強中的同態濾波這一知識點為例，在傳統教學模式中，講清楚同態濾波的概念和過程就完成教學要求了，但這樣，學生便缺少了思考的過程，認識不深，在遇到類似的問題時不能觸類旁通。在學習這一知識點之前，學生已經進行了空域和頻域增強中基本內容的學習，完全可以利用已掌握的知識解決面臨的問題。實施步驟如下：

（1）將學生以3人為單位進行分組（以3組為例）；

（2）給出一張照度不均勻，暗區細節不清楚的樣圖，請每一小組利用已有知識對其進行增強處理，使得最終獲得的圖像動態范圍擴大，對比度增強；

（3）20分鐘討論時間并給出解決方案；

（4）15分鐘總結及拓展時間。

實施過程中，最為重要也是需要教師提前進行設計的是第三個步驟。面對問題，學生很可能在一開始無從下手，這就需要教師給予階段性的合理的提示和引導。從圖像形成的機理開始考慮，對其進行建模，其中較為關鍵的是如何將自然現象映射為物理量；其次，在出現物理量無法分離的情況下，如何利用數學的方法對其進行變形；最后，針對模型的構建目標，找到合適的濾波器。第四個步驟總結與拓展也是不可或缺的。在小組都提交了自己的解決方案之后，教師要對其進行修正和點評。在完成這一任務的基礎上，教師進一步給出一幅加了噪聲的、動態范圍窄、細節模糊的樣圖，面對更高難度的任務，由各小組給出答案。這便是內容拓展的部分，是引發學員思考，將零散的“知識碎片”融合為科學性、系統性思維方式的過程。

三、組織學生綜合利用課堂內外的時間進行案例式學習

案例式學習是指學生針對教師提前設置的微型研究課題，通過思考、問答、研究和辯論的形式，對問題進行分析研究，做出判斷和決策的一種學習活動過程。圖1給出了案例式學習的流程。需要提前準備的環節是微型課題的設置和學生分組，這兩項工作都離不開教師的參與，特別是課題的選擇，如何選取難度及范圍都適度的課題是至關重要的一環。需要學生在課下完成的任務主要是對課題的自我學習，學習的深度、廣度和學生的理解程度直接影響到課上交流的效果。

在“多媒體數據處理”的教學實踐中，選題是針對重要章節進行的，例如在“視頻編碼標準”一章中，設置了“H.264與AVS的對弈”一題，旨在讓學生通過查閱相關資料，了解視頻編碼標準的中外最新進展，并從比較中找出差距，確定我國在相關技術領域未來的研究熱點。通過其中的文獻檢索、文獻閱讀、分析總結、小組討論等環節，能夠大大提高學生的自主學習能力。

四、基于自主選題的課程報告

這一環節主要是對課程考核方式進行的改革。傳統的理論考核方式通常采用閉卷筆試的形式，優點是學生的成績可量化，具有可操作性，能夠考察學生對一些知識點的掌握程度。但其最大的缺點是理論與實踐脫節，容易造成知識的“碎片化”。由于《多媒體數據處理》課程具有理論與實踐并重、跨學科、知識覆蓋面廣等特點，傳統的考核方法無法覆蓋所有的知識點，更關鍵的是無法考察學生在面對問題時如何思考、解決，有沒有形成良性循環的思維體系。因此，在考核方式上，將筆試、自主選題報告、實驗三個部分相結合，每部分成績的比例根據學生對課程內容的掌握情況而定。如果學生在平時課堂上對知識消化吸收得很好，可以減輕筆試所占的比重，甚至可以取消筆試。

根據實踐情況看，學生對自主選題部分表現踴躍，選取自己最擅長的或者最感興趣的部分進行匯報。比如，有一位非常擅長PHOTOSHOP的學生做了以“色彩與光影”為題的報告。他用軟件模擬了幾種典型的顏色模型的形成過程，不僅講清了原理，還更加形象、直觀，使大家眼前一亮。

五、結束語

本文是以“多媒體數據處理”課程教學為實踐平臺，對研究性教學進行的初步探索。相對于傳統灌輸式的教學方式，研究性教學在一定程度上改善了該課程的教學效果，比如，提高了學生的學習主動性；使教與學形成了一個良性循環；促進了學生對知識的系統化認知等。但還存在一定的問題有待解決，比如，在學生討論問題時，如何實現機會均等；有些討論選題不夠深入或不夠嚴謹，不能充分調動學生參與討論的積極性等。因此，一個較為完善的研究性教學模式，需要在后續的教學實踐中不斷去探索和完善。

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