基于學習測量和自適應學習的“機器視覺”課程知識創新實踐研究

王 朗,耿慶田,葉凌箭

(1.浙江大學寧波理工學院，浙江寧波 315100；2.長春師范大學，吉林長春 130032)

基于學習測量和自適應學習的“機器視覺”課程知識創新實踐研究

王 朗1,耿慶田2,葉凌箭1

(1.浙江大學寧波理工學院，浙江寧波 315100；2.長春師范大學，吉林長春 130032)

本文基于學習測量技術對學生的學習行為客觀量化，評定其學習價值。通過自適應學習來重新設計和組織機器視覺課程的教學，重點強調深度學習階段課堂互動教學的案例選取和教學過程設計，為學生量身定制，滿足他們的個性化發展需求。在課前階段，學生通過優化整合的移動學習平臺來實現對學習目標內容的初步認知；在課堂教學階段，學生參加精心設計的互動教學活動,實現對知識的內化、構建和遷移。

學習測量；自適應學習；創新實踐

1 “機器視覺”在電信專業體系中的地位

“機器視覺”是電子信息專業一門重要學科。它面向未來智能工廠和知識自動化的應用發展，在助推“智能制造”搶占未來產業制高點中扮演重要角色，主要研究的是將計算機視覺技術用于工業自動檢驗、工件加工和裝配自動化以及生產過程的控制和監視。該課程所在體系主要包括“面向對象程序設計”“數字圖象處理”“機器視覺”“DSP原理及應用”“EDA電子設計”“網絡安全”“機器人視覺測量與技術”等課程。隨著計算機技術和人工智能、思維科學研究的迅速發展，機器視覺處理向更高、更深層次發展，能夠實現理解外部世界的類似人類視覺的系統，通過配備視覺系統的機器人發展和提高生產力水平。該課程要求學生能夠綜合運用數學、物理等基礎知識來分析和解決生產過程中的工程問題，對培養學生運用工程視覺分析、解決實際問題起到重要的作用。

2 基于學習測量和自適應學習的課程創新實踐內容

(1)實施符合本校應用型專業人才培養定位的工業視覺處理實驗課程教材(內部講義)建設、教學大綱修訂和教學內容優化，突出應用型人才培養目標。

(2)圍繞應用型人才培養目標進行課堂教學方法改革，完成基于學習測量的“移動課堂”軟件系統平臺，并結合課程內容和學生特點開展教學，完成對學習行為的數據描述和學習價值評定。

(3)加強課程的實踐教學環節，以學定教，加大實踐綜合性、實際應用性和創新性實驗項目。完成重新設計學習空間、轉向深度學習方法。

(4)強化科研訓練和產業實踐，豐富和完善“開放式教學環境”實踐教學體系建設。在“移動課堂”平臺上，引入外部資源，集成創客平臺導引。引導和鼓勵學生參加教師科研項目、學科競賽、創客活動，與企業聯合建立實習實訓基地、政府孵化平臺,建立微創新團隊，建設面向地方服務的教學團隊，不斷提高知識應用和創新能力。

3 基于學習測量和自適應學習的課程教學實施

3.1 教材建設、教學大綱修訂和教學內容優化

在課時數有限的前提下，挑選圖像描述、圖像識別應用及機器人控制這三部分章節進行重點教學，講授相應的方法論和工程項目設計案例，培養學生的工程觀念。在此基礎上，凝練其他教材中的內容，編寫適應學生使用的內部教材，結合科研項目開發經歷，建成由文字教材、實驗指導書、習題集及參輔教材、微課、翻轉課堂、項目案例等構成的全方位、立體化教學資源，為實現網絡共享做好準備。

3.2 搭建基于學習測量和自適應學習的功能平臺

重新設計學習空間、轉向深度學習。搭建基于“互聯網+”接口為載體的移動課堂平臺框架，在此平臺上設置深度學習任務，引導學生明確學習內容。通過移動課堂這一平臺，利用數據挖掘技術，實現對學生學習行為的客觀量化測量，評定其學習效果和價值。加強與學生的交流和互動，培養學生的課堂主體意識。其功能性設計如圖1所示。

圖1 課程移動平臺功能性設置

平臺大致分為三個模塊：課程資源、師生互動、創新平臺。

3.2.1 課程資源模塊

該模塊主要包括課程資源、教學內容回顧、課堂激勵等。課程資源從內容上分為課前、課中和課后三個階段，這樣把預習、課堂互動、課后作業與反饋系統有效地結合起來。把手機這一工具作為課堂教學的必要組成部分穿插在課堂中。

(1)首先實現學生的分組管理，每個課程班在課代表的組織下建立一個微信群，為師生提供一個可以隨時隨地交流互動的平臺。目的在于根據教學效果和教學進度進行分類推送內容。

(2)課前預習，溫故而知新，教師先把預習內容和預習問題發送在微信群里。

(3)課堂教學和反饋。課堂上可以穿插課堂小測驗，調整課堂氣氛。每次課堂檢測只需1～2分鐘。課下，對課上測驗情況進行統計記錄，計入平時成績，給予激勵。

(4)課后提升。通過平臺上傳課后作業，先進行小組互評，然后教師批閱和答疑。同時，定時開展開放性討論，提升學生發現和解決問題的能力，教師可以根據群內學生的活躍程度，給予他們一定的平時分獎勵，并加入到課程考核中，將學生學習效果作為課堂教學質量評價標準。

3.2.2 師生互動模塊

實現學生的自管理，教師在線上或線下解答課程中一些疑難點，通過后臺操作實現對學生作業或創新作品的管理和綜合評價。

(1)課前，學生可以隨時隨地通過微信群對預習內容提出問題，教師大致了解學生學習的難點，上課重點講解。

(2)課后，通過微信窗口接收學生的課程疑點，使學生能夠結合教師的指導擴展學習廣度和深度。

(3)接受學生對教學內容和進度的實時性建議，進行及時調整。增強學生與教師的互動，提高學生對所學課程的進一步認識。

3.2.3 創新平臺模塊

(1)引入一些外部創新型企業或業界資源，彌補教學資源短板。

(2)搭建與創客活動、學生社會實踐、企業實習聯系的橋梁。讓學生不局限于校內，共享外部創新資源，培養學生的工程觀念，提升學生的內在價值。

3.3 基于數據的學習行為測量分析和轉向自適應學習

從學習者的角度來看，既有基本的可直接反映其行為的操作，如視頻學習、關鍵字搜索、互動問答；也有間接反映其行為的操作，如學習時間分布、發帖和回帖的高峰時段、主題聚集度以及與最終成績的關聯。通過對收集到的數據進行全方位的分析，總會發現一些平時看上去不太起眼的問題，得到一些有用的結論。從教學策略的制定者和教師角度而言，可以更好地了解學生，針對他們反饋出的問題進一步改善教學方法，提高學生的教學體驗。對學生的學習行為進行客觀量化，一方面對其學習行為進行數據描述，另一方面評定學生的學習價值。有利于教師調整教學策略，有針對性地進行個別化教學，且能隨時預測學習者在某個具體時間點要取得進步所需的內容和資源類型。

利用通用的大數據框架來處理學生行為數據是大勢所趨，隨著收集的數據逐漸増多，數據更加全面，為了不讓技術成為束縛行為分析的因素，架構一個通用的大數據平臺是很有必要的，它可將毎天產生的數據作簡單的統計和分析，并把所得結果展示給學生和教師。

在傳統的課堂中，想要對學生的行為進行分析是非常困難的，唯一反映學生學習效果的只有成績，對于學生的學習過程是一無所知的，基于學習測量和自適應學習的教學平臺為我們提供了很好的解決方案，將學生的學習數據進行全面的收集，通過對數據的分析，真實地反映學生的實際學習過程，有助于教師有針對性地進行教學內容和教學方式的設計。

[1]NMC地平線報告2016(高等教育版)發布[EB/OL].(2016-02-06)[2017-01-03].http://sohu.com/20160216/n437557822.html.

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2017-04-06

浙江省教育規劃課題項目“基于學習測量與自適應學習的電信專業‘機器視覺’課程的知識創新實踐研究”(2017SCG234)；寧波市教育規劃課題項目“基于互聯網+的高校移動創客教育平臺探索”(2016YGH033)；浙江大學寧波理工學院教研課題項目“‘互聯網+’視閾下手機課堂在電信專業‘數字圖像處理’課程的實踐研究”(NITJG-201617)。

王 朗(1980- )，男，講師，從事機器視覺研究。

G40-057

A

2095-7602(2017)08-0135-03