基于混合式教學的“數字圖像處理”課程建設

徐志剛 朱紅蕾

[摘 要] “數字圖像處理”課程理論性強、公式繁雜，主要章節間缺乏連貫性，學生學習難度較大。此外，傳統的課程教學只注重圖像處理算法原理講解，忽視學生創新意識、思想道德和團隊精神的培養。針對這些問題，基于OBE理念，開展了“數字圖像處理”混合式教學課程建設。通過突出學生中心、重新構建課程知識體系、融入任務式學習方法和課程思政元素、改變課程考核模式等途徑，提升課程的“兩性一度”。通過三年的教學實踐，“數字圖像處理”混合式教學課程建設取得了顯著的成效。

[關鍵詞] 數字圖像處理;混合式教學;OBE;任務驅動;課程思政

[基金項目] 2017年度國家自然科學基金項目“基于稀疏建模的褪色/變色石窟壁畫彩色圖像超分辨率重建方法研究”（61761028）;2019年度教育部產學合作協同育人項目“基于沉浸式任務驅動的數字圖像處理云課程建設”（201902072038）;2019年度甘肅省教育廳大學生就業創業能力提升項目“基于多學科融合策略的‘大數據+大學生創業能力提升實踐”（902022）

[作者簡介] 徐志剛（1977—），男，甘肅張掖人，博士，蘭州理工大學計算機與通信學院副教授，主要從事圖像和視頻處理、機器學習研究;朱紅蕾（1977—），女，山東聊城人，碩士，蘭州理工大學計算機與通信學院副教授，主要從事圖像和視頻處理、機器學習研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）34-0115-04? ?[收稿日期] 2021-05-29

一、引言

自2016年中國正式加入《華盛頓協議》以來，工程教育專業認證工作在國內各高校得到了廣泛響應。這一工作的深入開展對于我國工程技術領域人才培養模式的變革具有重要意義[1]。工程教育專業認證的核心是基于學習產出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE）。OBE教育模式強調“學生中心、成果導向、持續改進”，重視學生能力的培養和素質的提高[2]。在此背景下，OBE理念逐漸成為國內工科專業課程建設與改革的指導依據[3]。

目前，基于OBE理念，國內眾多高校的學者針對不同課程的建設開展了一系列探索。比如，王永泉等[4]基于OBE理念，對課程教學設計、教學實施和課程評價各關鍵環節的原則、要點和形式標準進行了探討。崔文超等[5]基于OBE理念，提出通過基于項目驅動的教學方法對“數字圖像處理”課程進行改革。田偉等[6]對“數字圖像處理”課程的教學目標、內容和考核模式進行改革，突出了以學生為主體、以成果為導向的教學模式創新。夏潤秋等[7]通過設置不同階段的項目，培養并提高學生對數字圖像處理相關知識的理解與運用能力。曲蘊慧[8]針對混合式教學課程特點，將OBE理念與混合式學習方法有機結合，通過重設課程目標、改進教學方法和考核評價認定標準，促進了教學效果以及學生綜合能力的提高。上述這些工作，為OBE理念下的課程建設提供了寶貴經驗。

“數字圖像處理”是面向計算機科學與技術等專業開設的一門必修課程。近年來，隨著人工智能技術和大數據處理技術的發展，對圖像和視頻數據處理的需求快速增長，“數字圖像處理”課程的重要性也日益凸顯。因此，基于OBE理念，探索“數字圖像處理”課程混合式教學的組織模式及內涵建設具有積極意義。

二、“數字圖像處理”傳統教學中存在的問題

“數字圖像處理”課程主要包括圖像處理和圖像分析兩部分內容。由于數字圖像處理的主要章節相對獨立、缺乏連貫性，課程理論性強、公式復雜、概念抽象，涉及的理論和方法既包含時域（空域）和變換域（頻域為主），也包含線性代數、概率統計、信息論、集合論、信號處理等學科的知識，對于普通本科院校數學基礎一般的學生而言，難度較大。同時，傳統的“數字圖像處理”課程教學模式還存在以下幾方面的問題。

（一）課程采用“一言堂”的教學模式，學生參與度不高

傳統的“數字圖像處理”課程教學以課堂講授為主。學生往往剛接觸這門課時有一定的興趣，認為圖像處理內容新鮮有趣，但一旦涉及復雜度較高的章節，這種視覺沖擊產生的興趣則很快消失。同時，在課堂教學過程中，學生處于被動接受的狀態，參與度不高。這顯然有違“以學生為中心”的OBE理念，同時也不利于學生學習主動性的培養。

（二）課程教學質量難以持續提高

數字圖像處理知識點繁多，教學內容豐富，應用性強。受學時等因素的制約，要對課程涉及的眾多知識點都進行詳細講解并讓學生消化理解是比較困難的。這導致很多學生對于課程內容囫圇吞棗，難以形成知識點之間的有效聯系和系統化的知識體系，從而使得教學質量大打折扣。

（三）課程提供的學習資源有限

在以往的教學過程中，受授課條件限制，提供給學生的學習資源除了教材、參考書之外就是課堂上教師講解過程中提供的應用案例。這些學習資源總量非常有限，難以滿足不同層次學生個性化的需求。

（四）課程教學未考慮思想政治元素的嵌入

以往的教學設計主要考慮知識的傳授，在教學內容及教學方法方面都缺少思想政治教育內容的嵌入，對于課程中蘊含的思想政治元素也未能充分挖掘。

三、“數字圖像處理”混合式教學課程建設

（一）混合式教學課程建設概況

基于OBE理念，規劃了“講授+在線課程”的混合式教學模式。“數字圖像處理”混合式教學課程平臺自2018年開始建設。課程平臺按照“課程資源”“活動庫”“作業庫”“任務庫”和“試卷庫”模塊進行內容組織。經過三個年度的建設和運行，在課程內容建設、學生實踐能力和學習主動性提升、教學質量促進等方面，“數字圖像處理”混合式課程均取得了良好的效果。