數字圖像處理課程翻轉課堂實踐探索

曹芳+趙繼勇

摘 要 針對數字圖像處理課程特點和目前傳統教學過程中存在的主要問題，將翻轉課堂教學模式引入數字圖像處理課程。通過梳理翻轉課堂教學設計總體結構，將微課等教學資源發布在微信公眾平臺，進行翻轉課堂教學實踐的探索，最后對教學效果進行分析與評估。

關鍵詞 翻轉課堂；微課；數字圖像處理；教學資源

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）18-0128-03

Practice and Exploration on Flipped Classroom in Course Tea-ching of Digital Image Processing//CAO Fang， ZHAO Jiyong

Abstract Based on the characteristics of Digital Image Processing and the main problems of traditional teaching， the flipped classroom method is used in digital image processing courses. According to sort out the framework of flipped classroom learning， publish the micro

courses and other teaching resources on the WeChat public platform， the teaching practices of flipped classroom is explored， and the tea-ching effects is analyzed and evaluated in this paper finally.

Key words flipped classroom； micro courses； digital image pro-cessing； teaching resources

1 前言

《國家教育事業發展“十三五”規劃》指出，在推進高等教育發展的背景下，如何改變傳統教學形式，引導學生在課程教學中主動學習，培養實踐操作能力，是高等院校開展職業化教育的一項迫在眉睫的工作。數字圖像處理是一門涉及電子學、光電探測、數學和計算機等領域的綜合性交叉學科，已經成為高等院校電信類專業學生的一門重要的專業課。在數字圖像處理課程的教學實踐過程中，需探索適應應用型、職業化教育需求的教學新模式。

數字圖像處理課程教學現狀 數字圖像處理技術與實際生活聯系緊密，部分學生已經具備圖像處理的基本知識及技能。

1）課程采用“你講我聽”的傳統教學模式，教師以PPT的方式進行授課，學生以記筆記的形式記錄重要知識點，往往剛接觸這門課時有一定的興趣，認為圖像處理知識新鮮有趣，但是這種視覺沖擊產生的興趣并不能維持太久，一旦觸及專業知識，就會影響接受效果。在這樣的被動教學過程中，學生的參與度不高，不利于學習主動性的培養，不利于實際應用和拓展。

2）數字圖像處理課程知識點繁多，教學內容豐富，應用性強，但由于學時的限制，教師對知識點的講述不能過細，學生消化時間也相對減少，限制了學生對知識點的掌握，導致教學質量大打折扣。

2 數字圖像處理翻轉課堂模式的優勢

翻轉課堂譯自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生，教師提供以教學視頻為媒介的學習資源，課前學生自主觀看、學習教學視頻，課堂上則進行師生互動、協作學習、釋疑解惑以及交流研討等活動的一種新型教學模式。傳統的教學過程由知識傳授和知識內化兩個階段組成，教師在課堂上完成知識傳授，學生在課后通過作業或實踐來完成知識內化，屬于先教后學。翻轉課堂是將知識傳授和知識內化兩個階段翻轉，課前學生通過觀看教學視頻，對課程內容進行自學；課堂上學生通過小組討論、教師引導等方式，實現知識內化，表現為先學后教的模式。

數字圖像處理翻轉課堂教學改革思路如下：

1）教師錄制微課發布至微信平臺，課前學生觀看教學資源完成知識傳授，課堂上通過師生互動、生生互動的方式實現知識內化；

2）設計緊扣教學內容的“案例庫”，讓學生在解決實際問題的過程中掌握理論知識，提高學生的探索意識和探索能力，進一步提升學生的崗位任職適應性；

3）調整數字圖像處理課程的教學目標，弱化公式推導，強調課程實際應用；

4）整理全書知識點，細化知識模塊，基礎性問題由學生課前自學，重點、難點問題由教師在課堂上講解并安排討論，擴展性問題由學生課后實踐操作。

3 翻轉課堂教學設計與實施

筆者連續兩年在數字圖像處理教學中采用翻轉課堂的新模式，取得理想的教學效果[1]。數字圖像處理課程翻轉課堂教學設計總體結構如圖1所示[1]。

教學目標 針對數字圖像處理課程特點，重新定位課程教學目標，提取全書知識點，細化知識模塊。

1）降低教學深度、拓展廣度。弱化數字圖像處理各種常用方法的復雜公式推導和大矩陣計算，即降低深度強調經典數字圖像處理技術的原理和編程應用，即拓展廣度。在教學內容中穿插實際應用案例，調動學生的學習興趣。如在講多圖像平均法時，以夜晚拍攝的含噪星系照片為例，按照大學物理實驗中消除隨機誤差的平均思想，對圖像進行去噪處理。將教材中的理論知識和實際應用融會貫通，讓學生真正地理解應用知識點去解決實際問題，激發學習的興趣。

2）提取知識點，細化知識模塊。筆者根據教學目標，梳理、整合課程知識點，結合多年的教學經驗，把學生不易掌握且應用性較強的知識提取出來，凝練成小知識模塊。如“圖像平滑”作為一種重要的圖像預處理手段，它的效果直接影響到后續的各種圖像處理效果，學生只有熟練掌握了“圖像平滑”，才能為后續圖像處理技術的學習打下基礎。筆者將圖像平滑技術常用的方法進行細化、分解，第一層分解為空間域濾波和頻域率濾波兩個單元；再對每單元依據理論的層層遞進性進行第二層分解，形成相應的微單元，同時通過思維導圖的制作，增強微單元學習的直觀性。endprint

翻轉課堂教學的實施步驟 數字圖像處理翻轉課堂的教學實施分為課前學生預習、課上交流與總結、課后鞏固和課程考核。

1）課前學生預習。根據數字圖像處理課程的特點，選擇微課的教學手段。課前，教師把要求學生掌握的教學要點、課程PPT和錄制好的微課上傳至微信平臺，學生關注微信號后，利用手機即可觀看微課視頻。在每段視頻發布的微信界面中會提供學習任務單，主要包括學習指南、學習任務等。要求學生在規定時間內自學相關內容。微課的時長控制在10分鐘以內，短小精悍，便于吸引學生的注意力。為方便翻轉課堂的實現，每段微課最后會留2～3道思考題，便于學生在課堂上展開討論，加深對知識點的理解。如圖像壓縮編碼一節的教學中，提出問題：圖像為什么要進行壓縮編碼？圖像的冗余有哪些表示形式？微課的制作宜采用講授與演示的方式，選擇錄屏軟件Camtasia Studio 8+PPT制作微課。

2）課上交流與總結。在進行課堂教學時，教師會首先根據微課內容進行提問測試，以檢驗學生課前預習效果。全班30名學生分成10組，針對課前觀看的微課中布置的思考題，小組內討論，嘗試尋找解決辦法。每組派出一名代表上臺發言，教師將學生發言中存在的問題整理在黑板上，師生共同討論并尋找答案。發言內容涉及定義、方法、具體步驟、實例和結果討論等方面。

3）課后鞏固。課后以作業和圖像處理作品為主要手段，督促學生鞏固、深化知識點。具體形式除了常規的課后作業練習以外，教師還可以給出圖片，讓學生進行處理。通過實際操作，將課程中講授的理論知識和實踐相結合。

4）課程考核。以平時成績、實踐成績以及筆試成績作為考核依據。平時成績由5%上課提問+10%小組討論成績+10%匯報成績組成。為培養、提高學生的團隊合作精神，其中的匯報成績為小組整體打分，組內每位學生的表現都會影響到整個小組的成績。實踐成績包括10%實驗完成情況+15%作品效果。筆試成績側重考查對基礎知識、基本原理的掌握情況，占總成績的50%。

數字圖像處理翻轉課堂教學改變一張試卷決定成績的方式，采用靈活、自主的考核方式，側重于課程的應用，有助于培養學生自主學習的探索意識，達到最佳的教學效果。

4 實踐效果分析

為了有效評估實施效果，筆者采用問卷調查、考試成績分析和座談等方式，對南京理工大學紫金學院2012級、2013級電子科學技術專業的學生進行調查。問卷調查結果顯示，大多數學生能夠接受并愿意嘗試翻轉課堂的新模式，他們希望參與課堂教學，而不是被動聽講。通過兩個學年翻轉課堂的實施，如圖2所示，教改班在期末成績考核中的平均分高于對比班級，且80分以上學生比例較高。座談中，學生認可課堂上更多的主動學習和交流時間有助于提高其實踐應用能力。要達到翻轉課堂的有效目的，也要求教師在熟練掌握微課設計方法和技巧的情況下，慎重選擇合適的知識點，精心設計微課。這也促進教師與時俱進，不斷地更新知識，有利于教師自身素質和教學水平的提高。

在教學實踐過程中也暴露出一些問題：

1）部分成績較差的學生，大多缺乏自主學習能力，課前不觀看微課視頻、課堂上不參與問題研討，最終只會惡性循環、越來越差，因此，下階段考慮將課前預習部分納入考核體系；

2）課堂教學活動中部分學生的參與度還有待進一步提升，后續翻轉課堂實施時，可以選擇更加多元化的活動豐富課堂互動環節，提高學生的參與度。

5 結語

本文介紹了南京理工大學紫金學院電子科學與技術專業數字圖像處理課程翻轉課堂的教學改革。經過兩個學年的教學實施，教改之后的課程教學在學生中取得較好的反饋。為保證翻轉課堂的有效實施，本文從課前預習、課上組織、課后作業和成績考核四個方面進行策劃，總結了實施過程中發現的問題并提出解決方案。

高校教學的特征不只是答疑解惑，更重要的是培養學生應用知識解決實際問題的能力。教學實踐表明，基于微課的翻轉課堂應用在數字圖像處理教學中是可行的，這種新教學模式有助于培養學生獨立學習、自主學習和應用知識的能力，有助于提高教學質量。

參考文獻

[1]鄧立華，謝迎娟，張秀平.“電力工程基礎”翻轉課堂教學的實施與思考[J].電氣電子教學學報，2016，38（5）：10-12.endprint