游戲化的《圖像處理技術(shù)》實(shí)踐課程探索

廣東理工學(xué)院 周 瑩

《圖像處理技術(shù)》是計(jì)算機(jī)視覺的核心基礎(chǔ)課程之一，而打造新一代的信息化技術(shù)，形成數(shù)字化、智能化的立體式管理的新型制造業(yè)，計(jì)算機(jī)視覺是必不可少的。借鑒游戲中的激勵(lì)機(jī)制，針對(duì)《圖像處理技術(shù)》的實(shí)踐課程，從激發(fā)學(xué)生內(nèi)在和外在動(dòng)力，打造學(xué)習(xí)社群的方面出發(fā)，進(jìn)行實(shí)踐課程改革實(shí)踐。通過搜集學(xué)生反饋，得知學(xué)生的積極性有一定提高，學(xué)生對(duì)于趣味性教學(xué)方式接受程度高。

應(yīng)對(duì)新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命趨勢(shì)，保持經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量的發(fā)展，都離不開制造業(yè)的發(fā)展。將新一代信息技術(shù)，例如互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等，與制造業(yè)進(jìn)行融合發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)制造業(yè)全要素、全流程、全產(chǎn)業(yè)鏈的管理和改造，提升制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平，可以帶動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。特別是要將智能化技術(shù)全方面融入工業(yè)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同和智能化管控，形成較為完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系。這其中機(jī)器視覺技術(shù)是必不可少的，而《圖像處理技術(shù)》作為機(jī)器視覺的一門核心基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻。

《圖像處理技術(shù)》是電子信息類專業(yè)最為重要的專業(yè)課程之一，也是學(xué)習(xí)機(jī)器視覺學(xué)習(xí)的先導(dǎo)課程。作為一門實(shí)踐性要求高，應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)前沿的課程，以老師演示，學(xué)生練習(xí)為主的傳統(tǒng)的教學(xué)方式，呈現(xiàn)出明顯后繼無力的狀況。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生初接觸圖像處理的實(shí)踐課程時(shí)，具有一定的好奇心和興趣，但是一段時(shí)間之后，就出現(xiàn)學(xué)有乏力的情況。出現(xiàn)此類問題，主要在于沒有持續(xù)的激勵(lì)機(jī)制，沒有激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。針對(duì)這些問題，借鑒游戲的激勵(lì)機(jī)制，引入《圖像處理技術(shù)》的實(shí)踐課程教學(xué)中，并不斷更新實(shí)踐課程內(nèi)，跟上實(shí)際工作的步伐。

何謂“游戲化”，游戲化指的是將游戲中設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)元素和設(shè)計(jì)機(jī)制應(yīng)用于其他領(lǐng)域。這種方式會(huì)增加任務(wù)的趣味性，激發(fā)人們的深層動(dòng)機(jī)，提升完成任務(wù)的效率。基于此理念，游戲化也被應(yīng)用于教學(xué)情境中。這里主要是指將游戲的激勵(lì)機(jī)制引入實(shí)踐教學(xué)中。游戲總是能吸引人持續(xù)投入，就是其有一套完善的激勵(lì)機(jī)制，使人期待、使人行動(dòng)、給人反饋，形成循環(huán)。本文依據(jù)游戲中的激勵(lì)機(jī)制，從學(xué)生的自身動(dòng)力，來自外部的激勵(lì)和創(chuàng)造競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境等幾個(gè)方面入手，最終形成一種互相促進(jìn)的良性循環(huán)。

1 游戲化的激勵(lì)機(jī)制

1.1 激發(fā)內(nèi)在動(dòng)力

設(shè)計(jì)合理的難度挑戰(zhàn)曲線與明確的晉級(jí)路線。在游戲中，玩家有非常清晰和明確的目標(biāo)與升級(jí)路線，完成自己所在級(jí)別的任務(wù)，就可以進(jìn)入下一級(jí)別，并且的任務(wù)難度與現(xiàn)有級(jí)別是適配的，是需要“夠一夠”就能完成的任務(wù)。在教學(xué)過程中，如果實(shí)踐內(nèi)容太難，學(xué)生較為容易放棄，實(shí)踐內(nèi)容太過簡(jiǎn)單，學(xué)生又覺得太無趣，設(shè)置難度適當(dāng)?shù)膬?nèi)容是必要的。除了難度的設(shè)置，還有有明確的學(xué)習(xí)路線，讓學(xué)生知道還需要做的什么，還沒有做到的是什么，以及如何做到。這樣學(xué)生的主動(dòng)性會(huì)被激發(fā)，指導(dǎo)自己該如何做。同時(shí)，漫長(zhǎng)的學(xué)習(xí)過程會(huì)消磨學(xué)生的耐心，要讓學(xué)生對(duì)于自己處于何種位置，距離最終完成游戲還有多遠(yuǎn)。

1.2 激發(fā)外在動(dòng)力

即時(shí)且直觀的獎(jiǎng)勵(lì)是游戲中最為重要的激勵(lì)機(jī)制之一，游戲過程中過程中，當(dāng)玩家完成任務(wù)后，會(huì)收到金幣獎(jiǎng)勵(lì)甚至伴有一定的音效，主要的目的就是強(qiáng)化正反饋。在教學(xué)過程中，即時(shí)的反饋會(huì)讓學(xué)生對(duì)自己的表現(xiàn)有一個(gè)快速的判斷，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中調(diào)整自己，也可以激勵(lì)學(xué)生不斷進(jìn)步得到更多獎(jiǎng)勵(lì)。除了即時(shí)獎(jiǎng)勵(lì)，還必須考慮到學(xué)習(xí)過中，需要一定積累才能有成效的情況。可以借鑒游戲中獎(jiǎng)?wù)陋?jiǎng)勵(lì)，在積累了一定量之后，獲得對(duì)應(yīng)的稱號(hào)。這對(duì)于激勵(lì)學(xué)生克服眼前的枯燥，堅(jiān)持長(zhǎng)期目標(biāo)的學(xué)習(xí)有一定的激勵(lì)作用。

1.3 創(chuàng)造整體氛圍

在游戲過程中，時(shí)常需要組隊(duì)等情況，玩家之間就會(huì)互相合作，同時(shí)，玩家之間有互相競(jìng)爭(zhēng)。但不論是競(jìng)爭(zhēng)還是合作，都在玩家之間建立聯(lián)系，增添玩家對(duì)游戲的黏度與忠誠(chéng)度。同時(shí)，游戲過程中會(huì)出現(xiàn)，玩家分層的情況，有的越來越強(qiáng)，越來越投入，而又的越來越弱，越來越不想投入其中，于是游戲中為了平衡這種情況，會(huì)隨機(jī)搭配不同程度的玩家，讓較為弱勢(shì)的玩家受到鼓勵(lì)，較為強(qiáng)勢(shì)的玩家能夠有機(jī)會(huì)帶動(dòng)和領(lǐng)導(dǎo)其他玩家。這樣的方式造就了整體的氛圍，身處于環(huán)境中會(huì)受到感染，得到強(qiáng)化。

2 《圖像處理技術(shù)》課程改革實(shí)踐

2.1 點(diǎn)亮技能樹

基于游戲設(shè)計(jì)中適當(dāng)?shù)碾y度曲線與晉級(jí)路線，在實(shí)踐教學(xué)過程中，為學(xué)生設(shè)計(jì)技能樹，技能樹的最終點(diǎn)是完成一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字圖像處理軟件，由此而延伸出圖像預(yù)處理、圖像分割、圖像特征提取和圖像識(shí)別等分支，而圖像預(yù)處理又可以延伸出圖像灰度變換、圖像平滑和圖像銳化等分支，依次類推，將實(shí)踐課程中需要掌握的技能，展開在技能樹上，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是點(diǎn)亮技能樹的過程。

在學(xué)生點(diǎn)亮技能樹的過程中，教師主要處理以下兩類問題：一是遇到難度較大的技能點(diǎn)時(shí)，給學(xué)生講解與演示，降低學(xué)習(xí)難度，減少因畏難情緒而放棄的情況；二是給出整體情況的反饋，在每個(gè)技能點(diǎn)上學(xué)生整體的情況，每個(gè)學(xué)生攀爬技能樹的情況，定期反饋給學(xué)生。

2.2 獎(jiǎng)懲游戲與數(shù)據(jù)追蹤

基于游戲中的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，在教學(xué)過程中，針對(duì)短時(shí)學(xué)習(xí)與長(zhǎng)時(shí)學(xué)習(xí)進(jìn)行外部獎(jiǎng)勵(lì)。每當(dāng)學(xué)生點(diǎn)亮技能樹上技能點(diǎn)時(shí)，根據(jù)每個(gè)技能點(diǎn)難度的不同，獲得不同的積分。若第一次失敗，再次挑戰(zhàn)仍然可獲得對(duì)應(yīng)積分，每個(gè)技能點(diǎn)積分只能獲取一次。每次實(shí)踐課程中，前三名完成的同學(xué)可以獲得額外積分。而在每一個(gè)大的完整的技能塊完成后，統(tǒng)計(jì)該段時(shí)間內(nèi)，學(xué)生的積分情況，對(duì)于名列前茅的同學(xué)和取得較大進(jìn)步的同學(xué)，獎(jiǎng)勵(lì)定制版的實(shí)物獎(jiǎng)?wù)潞蛯W(xué)習(xí)用品。

2.3 創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)社群

在實(shí)踐教學(xué)過程中，同樣可以借鑒游戲中組隊(duì)的方式，增添學(xué)生之間的互動(dòng)，通過活動(dòng)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于群體的歸屬感，最終形成自發(fā)的學(xué)習(xí)。將班級(jí)建設(shè)為學(xué)習(xí)社群，在社群中學(xué)生可以再次組隊(duì)，整個(gè)社群需要完成對(duì)應(yīng)的打卡任務(wù)好共同學(xué)習(xí)任務(wù)。包括以某一個(gè)小項(xiàng)目為題，例如“恢復(fù)因抖動(dòng)而模糊的圖像”，學(xué)生自行組隊(duì)進(jìn)行解決，每位同學(xué)都必須擔(dān)任至少一次組長(zhǎng)。以及要求每個(gè)小隊(duì)搜集現(xiàn)有的圖像處理技術(shù)的應(yīng)用，并進(jìn)行展示與演講，評(píng)選出優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)與組長(zhǎng)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。

3 評(píng)價(jià)與展望

為提升《圖像處理技術(shù)》這么課程的實(shí)踐課程效果，借鑒游戲中的激勵(lì)機(jī)制，增強(qiáng)課程趣味性，激發(fā)學(xué)生深層次的動(dòng)力，將班級(jí)打造為學(xué)習(xí)社群，通過學(xué)生互動(dòng)，增強(qiáng)其對(duì)社群歸屬感，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，形成學(xué)生之間互相促進(jìn)的良性循環(huán)。實(shí)踐展開后，搜集愛學(xué)生的反饋意見，許多學(xué)生更傾向于這種具有一定趣味性的學(xué)習(xí)方式，不喜歡枯燥的學(xué)習(xí)方式，也反饋了自己學(xué)習(xí)積極性有一定的提高，仍有少數(shù)學(xué)生沒有積極參與其中，認(rèn)為要完成學(xué)習(xí)任務(wù)太多，在這方面仍有待改進(jìn)。