“光電成像與計算機處理”全英語課程的實踐與思考

馬佩 常敏 陳輝 王璐瑤

摘要：高等教育的國際化勢在必行，大量高校開始進行課程的雙語以及全英語教學的改革。文章層層遞進地闡述了對于光電成像與計算機處理全英語課程的內容設計，課程的講授方式，以及課程的考核方式的探索、實踐與思考。在授課過程中，結合了教師講授與分組討論，以及分組進行前沿科學論文的閱讀及展示等多種教學方法;在考核方式中，結合了傳統的客觀題目解答和主觀的論文理解和展示的方法。希望通過多種講授與考核方式相結合的方法，提高學生的學習積極性和學習效果，促進學生對知識的理解和吸收，以及提升學生主動學習的興趣和能力。

關鍵詞：光電成像;計算機處理;全英教學;國際化

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0175-03

引言

教育形勢的大環境趨于國際化，高等教育的國際化要首當其沖[1]。第一，國際交流日益增多，我國留學生與來華留學的外國學生人數均呈現上漲趨勢，這部分留學生主要體現在高等教育的層次;第二，我國的高等教育，特別是研究生階段的教育，相較歐美等發達國家和地區，起步較晚，還在不斷地學習和創新中前進，一些國際最前沿的科學研究成果，仍然是以英語作為主要的交流語言;第三，高等教育培養出的人才即將進入社會，在全球經濟一體化的今天，很難不與各個國家的企業和人打交道[2-3]。因此，培養專業素質過硬、有國際化視野的工程人才需要在高等教育中實現，其途徑之一是通過全英語課程實現對學生的培養[4]。

一、全英語課程的背景

該課程共有學生27名，其中來自加納、南美洲、印度等地的留學生18名，上海理工大學的中國學生9名。絕大部分學生來自上海理工大學光電信息與計算機工程學院與德國科堡應用技術大學聯合舉辦的光電信息科學與工程專業（簡稱中德國際班），個別學生來自本校相關專業的在讀研究生。筆者擔任該門課程的任課教師，筆者結合自身在美國多年留學的學習和教學經驗，在課程教學中主動探索和實踐一些全英語課程教學方法，并且對全英語教學的過程進行總結與思考。

二、全英語課程的設置

光電成像與計算機處理課程包括兩個方面，一是光電成像，主要涉及應用光學方法進行的成像原理以及儀器的學習。二是計算機處理，主要是對于成像結果的計算機處理，體現為原始數據的信號處理以及獲得圖像之后的圖像處理。作為一門32個學時的研究生課程，該門課程結合了光電成像以及計算機處理基礎理論講解以及最新的前沿科研成果拓展介紹。該門課程具備前沿性，國際上的許多知名高校的相關學科也在其研究生培養計劃中設置了相似的課程[5-6]。

本課程設置的目的是使學生通過課程的學習，了解光電成像應用的范圍和進行光電成像的意義，充分理解以下（但不僅限于這幾個）概念：經典光學知識、彈性和非彈性散射、顯微技術等，掌握圖像處理的基本理論及技術，可以熟練運用一些工具進行光路的計算以及編寫實現圖像處理的程序。

本課程的具體教學內容和教學安排如下：

1.光電成像介紹（Introductionto Optical Imaging） 2學時

2.幾何光學（Ray Optics）? 2學時

3.波動光學（Wave Optics）? 2學時

4.組織光學（Tissue Optics）? 2學時

5.光學相干層析技術（Optical Coherence Tomography）? 4學時

6.顯微技術（Microscopy）? 4學時

7.光譜技術（Spectroscopy）? 2學時

8.圖像處理：圖像增強（Image Processing：Image Enhancement） 2學時

9.圖像處理：濾波（Image Processing：ImageFilters）? 2學時

10.圖像處理：圖像配準（Image Processing：Image Registration）? 2學時

11.圖像處理：圖像分割（Image Processing：Image Segmentation）? 2學時

12.前沿科技論文展示與討論（Journal Club） 4學時

13.課程總結與討論（Course Summary）? 2學時

由于本課程較為廣泛的教學范圍，并不采用單一的一本教材，而是從幾本參考書中，截取章節作為具體教學內容的閱讀材料。涉及的參考書目有：1）Saleh & Teich，Fundamentals of Photonics;2）Hecht，Optics;3）Born and Wolf，Principles of Optics;4）Siegman，Lasers;5）Ishimaru，Wave Propagation and Scattering in Random Media;5）Gabriel Cristobal，Optical and Digital Image Processing - Fundamentals and Applications.以上參考書目均為學科內認可度高、流傳廣泛的經典之作，深入淺出，在實際應用為教材的過程中起到了良好的效果。

三、全英語課程的教學方法探索與實踐

在授課階段，以教師進行講授為主，同時采用多種形式的互動式教學來提高學生參與度，并且能夠使教師及時獲取學生掌握情況的反饋。互動式教學的主要形式包括課堂提問與討論、隨堂測驗、分組完成課程項目、分組進行前沿科技論文的展示等。課外的拓展學習包括課前資料的閱讀，課堂內容的復習，科技文獻的閱讀等。

（一）課堂講授

由于本課程涉及的知識面較廣，既有理論學習，又有前沿科研成果的介紹，或是兩者穿插進行，信息量較大，而學生自身知識的深度和廣度都有限，很大程度上學習是依賴于教師在課堂上的講授。而如何將這些理論和實踐相結合的新知識有效地傳達給學生，筆者認為主要有兩點，第一是課程的課件要制作的豐富和吸引人;第二就是講課過程中的語言和方式要循循善誘，使他們能夠集中精力。本課程的課件花費了相當多的時間和精力。課件中以圖展示為主，如此設置的原因是，本門課程的主題即是光電成像以及圖像處理，本身就有豐富的素材，也需要應用這些圖像素材進行闡述，另外，大多數學習者對于圖形圖像的興趣和記憶程度都優于文字和公式。因此，課件中圖像的篇幅遠遠大于文字和公式，并且以清晰的邏輯，和知識的由淺入深來將每頁課件進行聯結。在講授的過程中，緊密地結合課件中的圖形圖像內容來進行豐富的闡述，容易吸引學生的注意力，發現這種講授的效率是比較高的。

（二）課堂實驗演示

在本課程授課過程中，采用了穿插進行課堂實驗展示的環節。例如，在光的衍射一節，利用衍射光柵和多色的燈光光源進行衍射的理論闡述以及實際應用舉例，收到了良好的效果。首先，充分地調動了學生的積極性，參與度達到了100%;第二，起到了促使學生積極思考的作用，經過實驗演示，學生自己產生了一些問題，并且主動思考問題的答案;另外，學生對于該章節印象深刻，達到了知識傳授的良好效果。

（三）課堂提問與討論

課堂提問與討論是行之有效的互動式教學方式。筆者進行提問的問題大多不是需要從學生那里得到正確的答案，而是比較開放性的問題，或是拓展類型的問題，例如，同學問在醫院中見到過什么樣的成像設備，這個成像設備的原理是否光學成像。有一些問題是采取自愿回答的方式，還有一些問題則采取按照座位隨機組成3—5人一個的小組來進行討論，討論后每個小組選取一名代表來進行發言。

（四）隨堂測驗

在授課的過程中，設置了5次非常簡短的隨堂測驗，來及時檢驗學生對一些關鍵知識點的掌握和運用程度。隨堂測驗的篇幅很短，每次只有5題，以判斷題和選擇題為主，輔以個別計算題。這樣的設置不會引起學生的恐慌，使他們以平常心來對待每次隨堂測驗。每次測驗之后，馬上就跟學生一起將答案探討出來，先是學生內部之間進行討論，對于不統一的答案再由教師進行解答并且闡明原因，相當于加深了對于知識點的印象。

（五）分組科技論文展示

課程之中的一項任務是分小組進行一次科技論文的展示，自愿結合，教師給出主題，文章自選后發給教師進行認定，通過后即自行準備PPT和排練，最后在課堂上進行展示。此環節設置的意義在于，在學習知識的過程中，不應當只是滿足于學生有沒有掌握具體的知識點，而是在于，學生能否將課上所學的知識，真正轉化為自己的內容，這一點可以通過科技文獻的閱讀和展示來進行加深和證明，與知識點的學習相輔相成。科技文獻的閱讀需要學生不僅僅有相關的知識作為基礎，并且還會使學生理解為什么要做這件事，怎樣通過現有的知識儲備去實現某個目標，從而解決一個問題。本課程本學期共有27位同學，每3人一組，恰好分為9組，每組的選題也不一樣，有光片顯微技術、拉曼成像、內窺膠囊技術、光學相干層析技術、圖像分割、圖像識別等，選題具備廣泛性。

（六）分組完成課程項目

為了加強學生對課程內容的理解，課程設置兩個課程項目，由2—3人分組進行完成。其中一個項目涉及光學設計和計算，以及用程序實現干涉的效果，從而加深對于光的干涉的理解。另一個項目為編寫程序以實現兩幅圖像的配準，從而對圖像處理的知識點進行練習。

（七）課程考核

由于本課程并非需要學生進行知識點的死記硬背，而是通過掌握相關知識而去解決相應的問題，并且平時學生在課堂的參與度較高，因此課程的考核形式也不以期末考試的形式出現。課程的考核分為平時成績占比40%，隨堂測驗占比20%，科技論文展示和課程論文占比40%。這樣的考核方式可以較大程度地調動學生的積極性，盡可能多地參與到課堂的活動中，另外也能夠保證科技論文展示和課程論文的質量。

四、學生反饋

教學活動的反饋是推動其不斷進步的重要環節，以往的教學活動反饋主要來源于考試分數這一客觀信息與學生評教這一主觀信息。但兩者皆為打分為主，很少有學生主動在評教系統中提供具體反饋，教師從分數中無法得出具體的有效信息。因此，筆者在課程結束之際，收集了學生對該課程的反饋，包括課程中的優點與不足，以及希望后期如何改進課程。

五、教學活動后的總結與思考

從中德國際班光電成像與計算機處理全英語課程的課堂反饋與教學效果來看，本次課程的多種教學形式起到了良好的效果，同時，也發現了一些現象，可以在以后的課程中，采取相應的措施進行應對。在課堂上提問與討論環節中，同學們的參與度較高，不會出現教師冷場的情況，通過這個過程可以發現，同學們在課堂上還是非常積極地進行思考的。隨堂小測驗也是一個很成功的探索，同學們積極性很高，每次測驗完，都會發生比較熱烈的討論，核對答案的時候，也有很高的熱情，可以在今后的課堂中繼續推行。分組課程論文展示從最后展示的結果來看，同學們都有很充分的準備，查閱了大量資料，展示的效果甚至超過了筆者的預期，而且從學生的反饋來看，他們對這種方式非常認可。當然，問題也客觀存在，不論是課堂討論，還是科技論文的展示，中國同學在表達方面的積極性以及效果，都不如外國留學生，這與國內一直以來的授課方式和課堂氛圍是有關的，中國學生普遍不愛發言，不喜歡表達自己，加之本課程為全英文課程，中國學生對于英文表達的自信心有所欠缺。

參考文獻：

[1]許娜，周建亮.全英文課程研究性教學的探索與實踐[J].教育教學論壇，2017，（24）.

[2]耿有權，彭維娜，彭志越，et al.我國學術型研究生培養模式運行狀況的調查研究——基于全國14所重點高校問卷數據[J].研究生教育研究，2011，（6）：28-34.

[3]宋傳君.研究生全英教學課程有機合成的探索與實踐[J].教育教學論壇，2018，（39）：161-162.

[4]葉蓓.高校實行全英語教學之我見[J].科技信息，2009，（23）：610+758.

[5]李春艷，龔江，石培春.計算機數據處理課程的教學探索與實踐[J].中國電力教育，2012，（34）：67-67.

[6]盧菁，徐伯慶，陳家琪，等.中德合作國際班C語言程序設計全英語教學心得[J].教育教學論壇，2015，（40）：215-216.