“線上+線下混合式”數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革

談玲瓏　王月琴　鄔馮值

摘 要

數(shù)字圖像處理課程是培養(yǎng)信號(hào)處理方向應(yīng)用型人才的一門重要課程，在分析本課程教學(xué)中存在的問(wèn)題后，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)及考核方式上做改革，在優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上以專題形式劃分教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)各專題內(nèi)容特點(diǎn)設(shè)計(jì)形式多樣的線上線下相融合的教學(xué)方法，并優(yōu)化細(xì)分考核方式，形成教、學(xué)、做一體化考核方式。

關(guān)鍵詞

數(shù)字圖像處理;線上教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G434 ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.018

1 課程教學(xué)改革現(xiàn)狀

近年來(lái)，數(shù)字圖像處理課程組不斷地總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)生對(duì)該課程的教學(xué)評(píng)價(jià)效果，為提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，在教學(xué)大綱修訂、實(shí)驗(yàn)大綱修訂、結(jié)合圖像發(fā)展新動(dòng)態(tài)更新實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等方面做了大量工作，并在課程體系安排、理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上不斷做深層次的改革研究。課程組以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為導(dǎo)向嘗試在教學(xué)方法、教學(xué)手段和實(shí)踐教學(xué)等方面做改革創(chuàng)新，取得較好的效果，主要表現(xiàn)在：

（1）在課程體系方面，依據(jù)“信號(hào)與系統(tǒng)-數(shù)字信號(hào)處理-DSP技術(shù)-數(shù)字圖像處理”為主線的建設(shè)思路，積極對(duì)電信類專業(yè)開設(shè)的基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程的設(shè)置及課程前后的銜接做探討，以逐步實(shí)現(xiàn)信息處理方向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（2）在教學(xué)方法方面，改進(jìn)傳統(tǒng)的板書式教學(xué)，引入多媒體教學(xué)，直觀、生動(dòng)的展示圖像處理前后的差異。積極探索探索式、互動(dòng)式教學(xué)方法。

（3）在考核方式方面，由傳統(tǒng)的理論考試改革為分組實(shí)踐操作和考核論文的方式，進(jìn)行了課程考核方式的初步探索。

2 課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

《數(shù)字圖像處理》屬于應(yīng)用性課程，是培養(yǎng)信號(hào)處理方向應(yīng)用型人才的一門重要課程。社會(huì)對(duì)數(shù)字圖像處理的專業(yè)人才需求也相當(dāng)廣泛，同時(shí)該技術(shù)作為軟件開發(fā)的主流之一，其薪資待遇也相當(dāng)高。作為以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的高校，應(yīng)著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，以保證學(xué)以致用，學(xué)生與市場(chǎng)零距離結(jié)合。縱觀數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)現(xiàn)狀，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）數(shù)字圖像處理技術(shù)的復(fù)雜算法與本科生的實(shí)際掌握能力的矛盾。數(shù)字圖像處理理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)功底要求高，功能強(qiáng)大，可以用來(lái)做信號(hào)、圖像、視頻處理等，是一門很深的學(xué)問(wèn)，因此，在沒(méi)有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，沒(méi)有一定的項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，又沒(méi)有一個(gè)很好的切入點(diǎn)時(shí)，對(duì)于一個(gè)本科生來(lái)說(shuō)要掌握數(shù)字圖像處理技術(shù)比較難。

（2）數(shù)字圖像處理的知識(shí)體系寬廣與學(xué)時(shí)數(shù)的矛盾。數(shù)字圖像處理從開發(fā)者的角度看，最基本的算法理論部分就包括了圖像的預(yù)處理方法、圖像變化、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割、圖像壓縮編碼等，并且對(duì)于不同類型的圖片需要根據(jù)實(shí)際情況編寫適合的算法，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)的處理方法，這就很大程度上增加了圖像處理算法研究的難度。

（3）理論部分深?yuàn)W難懂。圖像處理的理論部分大致分為時(shí)域處理和頻域處理兩部分，學(xué)生經(jīng)常接觸到的是時(shí)域的處理方法，這種方法理解起來(lái)較為直觀、易懂。頻域的分析需要涉及到傅里葉變化，一方面由于學(xué)生初次接觸頻域，對(duì)頻域分析較為陌生，另一方面由于本科生對(duì)傅里葉變化原理理解不夠深入，致使傅里葉變化的應(yīng)用受到了限制，因此理解起來(lái)又更加深?yuàn)W難懂。

3 線上線下混合式教學(xué)模式構(gòu)建

3.1 線下教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化整合

數(shù)字圖像處理課程是一門綜合性課程，其內(nèi)容涵蓋范圍廣，對(duì)于電信類專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，通過(guò)學(xué)習(xí)該課程應(yīng)具備基本的圖像檢測(cè)能力，因而對(duì)課程的完整性要求非常高。本課程擬從以下三個(gè)方面優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容：

（1）強(qiáng)化理論知識(shí)，重視工程技術(shù)培養(yǎng)。數(shù)字圖像的經(jīng)典理論和核心內(nèi)容非常重要，在強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，注重將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的圖像處理問(wèn)題中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。首先將教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)定位成如何教會(huì)學(xué)生以“數(shù)字圖像”為對(duì)象，開展“處理”的相關(guān)工作。其次，該課程中“傅里葉變化”和“卷積”也是兩個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，這部分內(nèi)容是將圖像處理從“空間域”轉(zhuǎn)換到“頻率域”的關(guān)鍵，而“卷積”的學(xué)習(xí)則是變化域法應(yīng)用的重點(diǎn)[1-2]。

（2）提煉核心專題，構(gòu)建完整知識(shí)體系。傳統(tǒng)的課程講授順序按照教材編寫順序，順序講授的優(yōu)點(diǎn)在于學(xué)生學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)，由淺到深。順序講授導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)感到枯燥乏味，并且學(xué)生缺乏對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)完圖像處理課程后還無(wú)法完成一個(gè)具體的處理任務(wù)。

（3）以核心專題為主線，通過(guò)專題拓展和內(nèi)容劃分形成模塊化課程體系。在構(gòu)建了以核心專題為主線的知識(shí)體系后，可根據(jù)專業(yè)學(xué)科特色和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對(duì)各個(gè)專題的內(nèi)容進(jìn)行分解，大體可分解為：基礎(chǔ)內(nèi)容和擴(kuò)展內(nèi)容。例如：在圖像增強(qiáng)專題中，結(jié)合本專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，將偏向于工程應(yīng)用類的卷積模板設(shè)計(jì)和頻域處理方法作為基礎(chǔ)內(nèi)容，將偏向于理論類的圖像濾波器設(shè)計(jì)和小波變化作為拓展內(nèi)容，形成層次分明的課程體系[3-4]。

3.2 探索“線上+線下混合式”教學(xué)方法

在提煉出專題知識(shí)體系后，針對(duì)各專題知識(shí)內(nèi)容設(shè)計(jì)形式多樣的線上線下融合式教學(xué)方法，如圖1，充分利用線上教學(xué)資源讓學(xué)生融合到教學(xué)過(guò)程中，提高學(xué)習(xí)積極性。建設(shè)的線上教學(xué)資源包括：文本資源、圖片資源、音頻資源、視頻資源、微課資源、網(wǎng)絡(luò)鏈接資源等，線下教學(xué)資源包括：教學(xué)案例、教學(xué)PPT、問(wèn)題等。開展的多種形式的線上活動(dòng)，包括線上測(cè)試、問(wèn)卷調(diào)查、討論/答疑、頭腦風(fēng)暴、個(gè)人作業(yè)等，線下活動(dòng)包括組建團(tuán)隊(duì)、答疑、小組研討、講解與演練、總結(jié)回顧等[5]。

3.3 整合網(wǎng)絡(luò)資源，探索多樣化教學(xué)手段

隨著通信技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)式教學(xué)推進(jìn)教育資源共享，將學(xué)習(xí)由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，將教學(xué)模式由單向灌輸轉(zhuǎn)為雙向互動(dòng)。本課程借助移動(dòng)教學(xué)助手——藍(lán)墨云班課，開展多種形式教學(xué)。在云班課中，教師可將課程的課程大綱，課時(shí)詳細(xì)信息，任課老師資料，教材與視頻等資料上傳至班課中，實(shí)現(xiàn)課程的在線化。學(xué)生可在線學(xué)習(xí)資源，對(duì)課程預(yù)習(xí)，學(xué)習(xí)，下載資料及課后復(fù)習(xí)。同時(shí)，老師可以自行編輯，制作，發(fā)布課程，將資料、教材在線化，系統(tǒng)課程數(shù)據(jù)也將進(jìn)行統(tǒng)計(jì)生成可視報(bào)表。在2016級(jí)電子信息工程4班開展數(shù)字圖像處理課堂教學(xué)改革，利用藍(lán)墨云班課作為線上教學(xué)工具，記錄課堂教學(xué)過(guò)程中互動(dòng)教學(xué)數(shù)據(jù)，包括簽到、課堂表現(xiàn)情況等，如圖2所示。課后可在該平臺(tái)中發(fā)起問(wèn)卷調(diào)查活動(dòng)，統(tǒng)計(jì)分析線上教學(xué)效果，充分做好網(wǎng)絡(luò)教學(xué)設(shè)計(jì)與在線教學(xué)過(guò)程的互動(dòng)交流。

3.4 優(yōu)化考核方式，實(shí)施教、學(xué)、做一體考核

在新的教學(xué)方法上，可以讓學(xué)生提交作品，考核作品的設(shè)計(jì)過(guò)程，作品的功能性，可用性等方面，此部分也可以加權(quán)計(jì)入總成績(jī)。這樣，考核方式變?yōu)椋浩綍r(shí)成績(jī)+實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告+作品成績(jī)?？荚嚪绞讲捎媒虒W(xué)做合一的綜合的評(píng)價(jià)體系，真實(shí)的反應(yīng)學(xué)的知識(shí)和能力。檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)某一門課程掌握程度的考核方法，其內(nèi)容就是課程的核心知識(shí)和能力。在制訂《數(shù)字圖像處理》課程的考核方式時(shí)，應(yīng)當(dāng)從學(xué)生的課堂出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)操作、團(tuán)隊(duì)精神、軟件開發(fā)等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。比如，結(jié)合學(xué)生的設(shè)計(jì)思路、方法和最終軟件開發(fā)情況評(píng)定成績(jī)，重點(diǎn)考核學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)際工作能力，從而促進(jìn)學(xué)生技能和創(chuàng)新能力。課程考核成績(jī)的組成：包括平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)、軟件開發(fā)情況成績(jī)，分別占20%、40%和40%。平時(shí)成績(jī)和軟件開發(fā)過(guò)程中的成績(jī)，教改后的評(píng)價(jià)主體不僅有老師的評(píng)價(jià)，還在項(xiàng)目實(shí)踐的時(shí)候增加學(xué)生自評(píng)互評(píng)的環(huán)節(jié)，同一小組形成同行評(píng)審機(jī)制，防止每次分組后，只有一個(gè)學(xué)生在做，其他學(xué)生模仿的局面，充分發(fā)揮每個(gè)人的積極性。

4 結(jié)論

通過(guò)以上方式和手段，以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力為導(dǎo)向，通過(guò)項(xiàng)目為載體，推進(jìn)《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)方式改革。由于數(shù)字圖像處理課程的授課對(duì)象基本為大三和大四的學(xué)生，通過(guò)教改，學(xué)生可以很自信地走上公司和企業(yè)，展現(xiàn)自己在課堂上做過(guò)的作品，企業(yè)也需要?jiǎng)邮帜芰?qiáng)的學(xué)生。因此，該教學(xué)改革充分體現(xiàn)了“教學(xué)與實(shí)踐零距離，畢業(yè)與上崗零過(guò)渡”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。

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