任務(wù)驅(qū)動—小組協(xié)作教學(xué)法在《數(shù)字圖像處理》課程中的實(shí)踐應(yīng)用

馬寧+周則明+梁妙元+鄭君杰

摘要：將“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法與“小組協(xié)作”教學(xué)法相結(jié)合應(yīng)用于《數(shù)字圖像處理》的教學(xué)實(shí)踐，以任務(wù)為主線將理論知識有機(jī)融合，以小組協(xié)作為手段來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解。教學(xué)實(shí)踐表明任務(wù)驅(qū)動結(jié)合小組協(xié)作的教學(xué)方法能夠全面提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，有利于提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動；小組協(xié)作；數(shù)字圖像處理

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0158-02

《數(shù)字圖像處理》課程的實(shí)踐性和理論性都較強(qiáng)，課程教學(xué)過程中經(jīng)常涉及大量的數(shù)學(xué)公式與理論推導(dǎo)，這對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高，而理論知識的學(xué)習(xí)還需要編程來具體實(shí)現(xiàn)，這又對學(xué)生的編程能力提出了要求。目前，傳統(tǒng)的以課堂講解為主的教學(xué)模式主要面臨兩個難題：學(xué)生對課堂上大量的數(shù)學(xué)公式和枯燥的理論推導(dǎo)缺乏興趣，很難理解抽象的課程理論內(nèi)容；學(xué)生對實(shí)踐運(yùn)用比較感興趣，但是在前期的課程學(xué)習(xí)中僅僅學(xué)過基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)語言（如C、C++等），對高級編程語言（如C#、MATLAB等）的接觸較少或根本沒有，很難編程實(shí)現(xiàn)具體理論。這就造成了學(xué)生對課堂所學(xué)知識理解不夠、不透或不知如何運(yùn)用，繼而缺乏學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力，學(xué)習(xí)效果較差，最終導(dǎo)致課程的教與學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)。

針對上述教學(xué)現(xiàn)狀，我們將“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法與“小組協(xié)作”教學(xué)法的各自優(yōu)勢相融合探索出了一種實(shí)用的教學(xué)方法。該方法按照“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)、以興趣為牽引、以任務(wù)為驅(qū)動”的教學(xué)思路，利用實(shí)踐促進(jìn)并鞏固學(xué)生對課堂理論的學(xué)習(xí)興趣，從而加強(qiáng)對學(xué)生綜合能力的鍛煉。

一、“任務(wù)驅(qū)動”與“小組協(xié)作”的內(nèi)涵

“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法能夠很好應(yīng)用于以實(shí)驗(yàn)性、實(shí)踐性與操作性較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，它富有趣味性，能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性與好奇心，它把與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合的任務(wù)作為載體，使學(xué)生在完成特定任務(wù)時獲得知識與技能。“小組協(xié)作”學(xué)習(xí)起源于20世紀(jì)70年代，是以小組活動為主體而進(jìn)行的一種教學(xué)活動，它將教學(xué)與社會心理學(xué)的合作原理相融合，強(qiáng)調(diào)人際交往對認(rèn)知發(fā)展的促進(jìn)功能?！靶〗M協(xié)作”學(xué)習(xí)將班組授課制條件下學(xué)生個體間的學(xué)習(xí)競爭關(guān)系轉(zhuǎn)變成“組內(nèi)合作”、“組際競爭”的關(guān)系，將傳統(tǒng)教學(xué)與師生之間的單向或雙向交流轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘞蚪涣?，這不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)速度和效率，同時也促進(jìn)了學(xué)生間良好的人際合作關(guān)系的發(fā)展，增強(qiáng)了學(xué)生的心理品質(zhì)和推動了社會技能的發(fā)展。

任務(wù)驅(qū)動-小組協(xié)作教學(xué)是指學(xué)生采用小組學(xué)習(xí)的形式，合力完成課程任務(wù)的一種新型教學(xué)方式。它融合了“合作探究”與“任務(wù)驅(qū)動”兩種教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被應(yīng)用于一些教學(xué)實(shí)踐中。在任務(wù)驅(qū)動-小組協(xié)作教學(xué)中，教師不再擔(dān)任傳統(tǒng)教學(xué)中的主講者，而是將課堂的主動權(quán)交給學(xué)生，這種模式充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性和能動性。在教學(xué)過程中，以“任務(wù)驅(qū)動”為主線將枯燥乏味的理論知識有機(jī)融合，以“小組協(xié)作”為手段調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，從而完成對課堂內(nèi)容的教學(xué)和理解。

二、任務(wù)驅(qū)動—小組協(xié)作教學(xué)方法的實(shí)踐應(yīng)用

我們將任務(wù)驅(qū)動-小組協(xié)作的教學(xué)思想與《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)過程進(jìn)行結(jié)合，探索出一種實(shí)用的教學(xué)方法，其實(shí)施主要包括以下五個重要組成部分：

1.教學(xué)任務(wù)的設(shè)置?？茖W(xué)的選題是確保整個任務(wù)能夠順利實(shí)施的前提條件。任務(wù)的設(shè)置既要讓學(xué)生感興趣，又要與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合。任務(wù)主要來源于科研項(xiàng)目成果和最新研究熱點(diǎn)，比如衛(wèi)星遙感圖像的條帶噪聲去除、機(jī)場目標(biāo)檢測等。教師將最新的科研成果和研究熱點(diǎn)及時引入課堂教學(xué)，這能夠培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，促進(jìn)他們較早地參與科學(xué)研究，鍛煉他們的科學(xué)研究能力與創(chuàng)造能力。在第一次課上就對任務(wù)進(jìn)行介紹，讓學(xué)生初步認(rèn)識每個任務(wù)所涉及的圖像處理領(lǐng)域，要求學(xué)生圍繞該任務(wù)開展自主學(xué)習(xí)，并在規(guī)定時間內(nèi)完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.協(xié)作小組的分工。結(jié)構(gòu)合理的協(xié)作小組是開展小組協(xié)作學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，這決定著后面的小組協(xié)作能否順利高效開展。教學(xué)中遵循“各組實(shí)力盡量均衡”的原則，依據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、組織協(xié)調(diào)、口頭表達(dá)、編程實(shí)現(xiàn)等具體情況進(jìn)行分組，同時，每組指定一名組長，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個小組的工作，每個學(xué)生都要承擔(dān)一部分的工作，并在課堂上代表小組進(jìn)行階段匯報(bào)。

3.教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)是開展小組協(xié)作任務(wù)的核心。整門課程的教學(xué)內(nèi)容的組織與課堂設(shè)計(jì)應(yīng)該圍繞具體任務(wù)來進(jìn)行，注重針對課題內(nèi)容啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考和拓展學(xué)習(xí)。對于涉及的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題采用子專題的方式進(jìn)行授課。在每個子專題授課前，首先，應(yīng)布置學(xué)生自學(xué)相關(guān)的背景介紹，啟發(fā)學(xué)生開展自主思考。在課堂討論中，引導(dǎo)學(xué)生形成發(fā)現(xiàn)問題-提出問題-解決問題的基本思路。課后，積累解決問題所必需的基礎(chǔ)知識，獲取解決問題的方法和手段并編程實(shí)現(xiàn)，最后對專題涉及的問題進(jìn)行總結(jié)和歸納。實(shí)踐環(huán)節(jié)可選擇MATLAB作為編程工具。與VC 等復(fù)雜的編程環(huán)境相比，MATLAB更為簡單，自帶的圖像處理工具箱集成了大量的圖像處理函數(shù)，可以幫助學(xué)生方便地實(shí)現(xiàn)如對比度反轉(zhuǎn)、直方圖均衡化、分水嶺分割等經(jīng)典的圖像處理算法，有利于學(xué)生快速上手，讓學(xué)生將主要精力放在對算法思想的理解上，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。程序代碼也更易于理解，這也有助于教師對程序的講解。

4.參與積極性的調(diào)動。成員參與的積極性是小組協(xié)作任務(wù)順利進(jìn)行的催化劑。課堂理論內(nèi)容盡量“精且少”，講解方式應(yīng)該以學(xué)生自學(xué)討論為主、教師講解為輔，避免過深、過泛的內(nèi)容講解，不斷將最新的研究成果和國內(nèi)外前沿知識引入課堂，拓展本科學(xué)習(xí)的深度與廣度，實(shí)現(xiàn)“科研反哺教學(xué)”，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，加強(qiáng)學(xué)生對學(xué)科的認(rèn)識和了解。通過投票評選表現(xiàn)最佳組員等多種方式，使學(xué)生在小組協(xié)作教學(xué)過程中獲得成就感，增加自信心。

5.評價(jià)方式的選擇。課程的評價(jià)方式是保證小組協(xié)作取得理想效果的關(guān)鍵，同時也決定了學(xué)生參與小組協(xié)作任務(wù)的主動性與積極性。傳統(tǒng)的“平時成績+閉卷考試”的評價(jià)方式只會讓學(xué)生將注意力放在背記考點(diǎn)上。課程提高了平時成績所占比重（由原來的30%提高到50%），這要求每個小組在課程教學(xué)過程中完成“五個1”任務(wù)，即根據(jù)1個實(shí)際問題，精讀1篇文獻(xiàn)，提出1種解決方法，編程實(shí)現(xiàn)1種算法，撰寫1篇小論文。根據(jù)小組成員的完成情況和解決問題的能力進(jìn)行評分?？荚嚥捎瞄_卷筆試的方式，從考察學(xué)生分析問題和解決問題的能力的角度設(shè)計(jì)考試題目，重點(diǎn)考核學(xué)生對數(shù)字圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)理論的宏觀掌握。這種考核方式能夠充分檢驗(yàn)學(xué)生對課程重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的掌握程度，切實(shí)激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極主動性和提高他們的動手實(shí)踐能力。

三、結(jié)語

通過匿名問卷的方式調(diào)查學(xué)生對課程教學(xué)的真實(shí)感受，大部分學(xué)生反映課題任務(wù)的設(shè)置是比較合適的，有助于對課程知識點(diǎn)的深入理解，所有學(xué)生都認(rèn)為相對于個體學(xué)習(xí)的方式，采用小組協(xié)作方式學(xué)習(xí)的效率更高，部分學(xué)生表示對于為什么要學(xué)以及學(xué)了之后如何運(yùn)用有了更深入的理解和認(rèn)識。本文針對《數(shù)字圖像處理》課程的特點(diǎn)，結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐，探索出了一種融合“任務(wù)驅(qū)動”與“小組協(xié)作”的綜合教學(xué)方法。利用小組協(xié)作的教學(xué)方式鞏固了學(xué)生對課堂理論的理解、激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣和提升了他們學(xué)習(xí)的主動性，通過任務(wù)驅(qū)動的方式，培養(yǎng)了學(xué)生的分析問題、自主學(xué)習(xí)、編程實(shí)現(xiàn)、總結(jié)表達(dá)和解決實(shí)際問題的能力，讓學(xué)生真正地學(xué)以致用。

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The Practice and Application of the Task-driven and Group Collaboration Teaching Method in

"Digital Image Processing" Teaching

MA Ning，ZHOU Ze-ming，LIANG Miao-yuan，ZHENG Jun-jie

（College of Meteorology and Oceanography，PLA University of Science & Technology，Nanjing，Jiangsu 211101，China）

Abstract：Task-driven teaching method and group collaboration teaching method are combined together in the teaching practice of "Digital Image Processing".Taking the task as the main line of the organic integration of theoretical knowledge，the group collaboration as a means to arouse students' learning interest，and thus deepen the students' understanding of the course content.The practice has shown that the teaching method can improve students' comprehensive abilities and motivate their learning initiative.

Key words：task-driven；group collaboration；"Digital Image Processing"