數字圖像處理課程在線教學實踐

陳淑清 黃淋云

（莆田學院信息工程學院，福建 莆田 351100）

0 引言

近幾年來，隨著網絡技術的發展，涌現了許多在線教學平臺和在線交流工具軟件，為線上教學工作提供了便利[1-4]。主流的在線教學模式可以分成兩大類[5]，一是異步教學模式，需要教師提前準備有關材料或錄制教學視頻， 再發布教學平臺或其他網絡平臺上，學生可以隨時閱讀或觀看； 另一類是同步教學模式，即在線直播模式，需要教師和學生同時在線。在《數字圖像處理》課程在線教學過程中，根據需要穿插使用了這兩種教學模式之外，還用到了半同步模式。 本文以《數字圖像處理》課程為例，從教學準備、教學過程實施以及教學過程管理和學習成效評價三個方面來總結分析在線教學實踐的過程。

1 教學準備

1.1 教學平臺和支撐軟件的準備

工欲善其事，必先利其器。在整個教學過程中，先后使用了超星平臺及其配套的手機應用程序、騰訊會議、QQ、錄音錄屏軟件和視頻編輯軟件等工具。

首先根據學校現有的資源和課程特點，筆者選擇超星平臺來組織和管理課程教學過程。這是一個綜合性的教學平臺，支持資料分發、過程管理、作業發布、在線測試和討論等多種功能。學生可以通過與其配套的終端手機應用程序“學習通”訪問超星平臺上的課程資源，完成大部分的課程學習活動，并了解自身的學習進度。

其次，開展線上教學過程中還使用了騰訊QQ 軟件和騰訊會議軟件。 在過去的在線教學實踐過程中，筆者先后接觸了超星速課、超星在線直播和超星個人直播間加OBS 推流直播、QQ 群和騰訊會議等線上教學支撐工具。 在經過對比之后， 最終選擇了騰訊QQ和騰訊會議。 第一，這兩款軟件在手機和電腦上都可以使用；第二，使用QQ 群的好處是幾乎無需額外安裝， 幾乎所有學生的手機和電腦上配有QQ 軟件，而騰訊會議是非常輕量級的一個軟件，無論在手機還是電腦上安裝都極其方便；第三，QQ 群可以方便分享資料，可以存儲文件，方便學生隨時閱讀資料，可以作為超星平臺的有力補充。 尤其是開學初期，超星平臺的系統負荷陡增，系統卡頓、宕機等現象時有發生。

在開課前創建班級QQ 群， 把學生們聚集在一起。QQ 群適用于網絡不太暢通的時候，做一些理論課的重點導讀。采用這種方法，學生不必同步在線，對手機流量要求低，可以關照到網絡不暢的學生，方便他們學習。不足的是，不方便實時互動，如果實時互動的話，信息會比較多，比較亂。

騰訊會議適用于直播授課，使用騰訊會議可以分享桌面，師生隨時都可以發言，比較適合實時講授理論課、演示程序或者課堂討論。這個軟件既視感強，在使用過程中，主講人可以分享桌面并講解，其他學生隨時可以發言，可以實現無障礙交流。 而且在騰訊會議里需要切換主講人也很方便，只需當前主講人停止共享桌面，下一個主講人就可以開始分享桌面，很適合用于學生小組討論或主題分享。如果所有學生網絡暢通的話，這是一個很好的選擇。 如果只是個別學生網絡不暢通， 可以把上課過程錄屏錄音保存下來，然后再分發給學生們。

此外，還需要錄屏錄音軟件、視頻編輯軟件，其中視頻編輯軟件是可選的。現在可用的錄音錄屏軟件和視頻編輯軟件比較多。筆者選擇小巧的迅捷錄屏錄像工具來錄屏錄音，然后再用喀秋莎（Camtasia）軟件進行必要的視頻編輯，當然也可以直接使用喀秋莎軟件錄屏錄音并完成視頻剪輯。

最后， 還需要一些線下教學也會用到的軟件，如文字編輯軟件、課件制作軟件、圖片編輯軟件等。文字編輯和課件制作常用軟件有微軟Office 辦公軟件或WPS 軟件； 圖片編輯軟件有Windows 系統自帶的畫圖軟件或者功能更加齊全的Adobe PhotShop 軟件。這些軟件可以根據個人習慣選用， 與原來線下教學無異，能夠滿足課件制作和課程資料編寫即可。

1.2 教學資料和素材的準備

提前為學生推薦優質的在線學習資源，筆者在中國大學MOOC 網站上和學習強國上找到了武漢大學國家精品課程《數字圖像處理》的教學視頻。理論課部分，一般周日之前在超星平臺章節模塊發放下一周的學習目標和要求，一般包括學習目標、學習內容、計劃完學時和測驗等。 學習內容部分一般包括課件、推薦資料。值得一提的是，為了知識結構的完整性，一般一次發布一章的內容。

關于實驗課部分，教師提前把關于實驗目的、內容和要求的講解以及詳細的編程操作過程分段錄屏錄音，把視頻的內容按功能聚類分割，形成幾分鐘到二十幾分鐘長度不等的視頻。此外，還需要準備一份關于實驗目的、內容、要求和簡要實驗步驟的文檔。 準備好素材之后，再在超星平臺章節模塊提交發放實驗目的、內容及簡要步驟、實驗要求和演示視頻等。 同時，在作業模塊發放實驗作業，方便學生提交實驗報告。

每次發放資料之后，使用超星平臺的通知功能提醒學生學習，并在QQ 群通知學生。

2 教學過程實施

根據學生的網絡情況和課程的內容特征，理論課部分先后穿插采用了兩種不同的教學模式，分別是異步教學模式、同步教學模式。此外，有時還輔以半同步模式。 首先介紹異步教學模式和半同步模式，這種方式在開學初期用得比較多，主要考慮部分學生上網條件沒有準備好。 教師提前發布每周的學習目標和內容，引導學生錯峰學習。另外，除了教師自己組織學習資料之外， 給學生推薦其他平臺上現有的優質資源，比如中國大學MOOC 網或學習強國上的慕課。 在課堂上，主要以答疑和在線討論為主，對于部分重難點，教師采用QQ 群語音、 圖片和文字等方式進行重、難點導讀，幫助學生梳理重、難點。教師可以先發送語音講授知識點，然后在必要的時候配上圖片，最后再配上文字總結，以免學生們漏聽或誤聽。 需要配圖的時候可以打開課件或提前準備好的圖片，使用QQ 桌面截圖工具，很方便就可以完成截圖并粘貼出去。 采用這種模式，需要注意控制消息的發送速度，要考慮在線學生收聽的速度，也要考慮網速，以免消息亂序，給學生們帶來困擾，教師要及時和學生們互動，了解學生的收聽情況。 這種方式兼具同步和異步的特性，筆者把它稱為半同步模式，在線的學生可以馬上聽取教師講述的內容，有疑問也可以馬上反饋。 即便個別學生網絡不暢，也可以事后自己補上。 這種方式比較適合單一主題、小量內容的講述，可以作為異步模式的補充。

其次，同步的教學模式，也叫在線直播模式，這種教學模式要求學生和教師同時在線，需要實時傳送視頻，比較適合講授復雜內容和演示程序等，對網絡帶寬要求較高，在教學中后期，筆者所面向的學生的網絡帶寬基本上可以滿足在線教學的要求，個別學生網絡不穩定，如果碰到網絡不暢的情況下，教師可以錄屏錄音然后再分發給學生。筆者在教學實踐過程中采用騰訊會議分享桌面的形式，師生在同一個會議室里面，可以實現實時語音互動，既視感比較強，跟線下上課無異。個別學生網絡不暢可以委托教師或其他學生錄屏錄音。

實驗課采用異步為主，同步為輔的教學模式。《數字圖像處理》 主要是編程實驗， 筆者采用OpenCV+QtCreator 開發平臺來完成編程實驗。學生可以跟著超星平臺或者QQ 群發布的文檔或者視頻資料自行模仿，完成實驗。 大多數學生都可以按照視頻提示很好地完成實驗，還有個別學生在操作過程中會碰到一些問題， 可以在QQ 群或超星平臺的討論模塊留言，也可以在實驗課堂上提問。 如果遇到個別典型的問題，或者需要強調說明的地方， 可以采用在線直播模式，方便演示操作過程和及時討論。 實際上，到了后期有些基礎比較好的學生，只需要閱讀圖文版的實驗內容及簡要步驟基本上就可以獨立地完成實驗。在超星平臺提供了圖文版和視頻版兩種學習資料，學生們可以根據需要選用。 所有資料都可以無限次回看，克服了實驗教材短缺的問題。 這種方式深受學生好評。

3 教學過程管理和學習成效評價

首先考慮考勤管理。 因為學生的自覺性有限，在沒有督促的情況下，許多學生無法做到按計劃完成任務。 所以，教師和學生仍然需要按照課程表參與課堂學習活動。每次課前教師都采用超星平臺發布課堂簽到活動了解學生的到課情況。對于沒有及時簽到的學生，可以在QQ 群上追問，或請學生幫忙聯系一下，看看沒有簽到的學生到底有什么困難，為什么不能來上課。 此外，在課堂中間，可以適時穿插問卷調查，內容可以是簡單的課堂問答，以問卷的形式發出來，可以根據答卷的情況，了解有多少學生在線，有沒有學生中間脫逃。 在超星平臺，簽到活動和問卷等活動都可以統計分析。

在超星平臺發布章節資料的時候， 插入章節測驗，幫助學生及時了解自身的學習情況。 通過超星平臺可以查看學生的章節學習進度和章節測驗完成情況，對于沒有跟上計劃進度的學生，通過超星平臺上的教學預警功能發送手機短信提醒學生；也可以把全班學生的學習進度分析截圖發在QQ 群上，學生們在了解自己的同時也可以了解其他學生的學習進度，對進度慢的學生形成壓力，有利于學生們見賢思齊。 對于個別學習進度特別慢的學生，通過QQ 小窗私下委婉詢問是否學習上遇到什么困難。

為了調動學生學習的積極性，在課程中期安排了專題任務。 給學生一個主題，然后學生們分成3～5 個人一組，共同完成一個圖像處理問題，比如七巧板識別或紅眼去除。 要求學生們在小組內部先討論，然后在實驗課堂上分享成果。通過專題討論學生可以檢驗自身的學習成效，還可以鍛煉團隊協作能力，同時還可以體驗在線上分享的樂趣。

筆者從章節資料的學習進度、測驗結果、課堂簽到、課堂問卷、專題任務的完成情況和實驗報告等幾個方面來評估學生的平時表現和學習效果。這些只能作為平時成績，占課程總評成績的50%。 因為目前沒有完善的線上考試監考系統，沒有辦法保證考試結果的公平性和有效性，所以課程期末考試采用線下筆試的形式舉行。

4 結語

使用超星平臺及其配套的學習通手機應用程序、QQ 群和騰訊會議基本上足以滿足理論和軟件類課程的在線教學要求。在線教學方式倒逼教師必須準備更多可重復利用的學習資料以及更多地提供課后答疑，對編程實踐類的課程， 線上學習體驗不一定比線下差，甚至可能更好。 最大的問題是不好掌握自覺性差的學生的學習過程，難以客觀有效地評價學生基本理論、基本知識的學習成效。 關于線上學習質量的保障和學習成效的評價方式有待于進一步探索。