線上線下混合式一流課程《數字圖像處理》的教學研究

楊絮　王宇　安曉峰

摘要：隨著人工智能和機器學習的快速發展，數字圖像處理技術已成為最流行的信號處理手段。針對傳統《數字圖像處理》教學一直存在課時少、教學模式單一、學生參與度低等問題，該文借助智能信息技術，結合自組織學學習理念，構建了兩形式、三階段有機結合的線上線下教學模式，制訂多元、立體化考核評價方案，激發學生的主觀能動性，使學生不僅掌握圖像處理的基礎知識，而且可以提升應用實踐能力。經過2年實踐，證明該教學模式是有效的。

關鍵詞：數字圖像處理混合式教學模式線上模式線下模式自組織學學習理念

中圖分類號：G421文獻標識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Teaching Research of Online and Offline Hybrid First-Class Course

Digital Image Processing

YANG Xu1? WANG Yu1? AN Xiaofeng2

（1.Changchun University of Science and Technology; 2.? Jilin Engineering Normal University， Changchun， Jilin? Province，130022? China）

Abstract： With the rapid development of artificial intelligence and machine learning， digital image processing technology has become the most popular means of signal processing. In view of the problems of few class hours， single teaching mode and low student participation in the traditional teaching of Digital Image Processing， with the help of intelligent information technology and the learning concept of self-organization， this paper constructs an online and offline teaching mode with the organic combination of two forms and three stages， and formulates a diversified and three-dimensional assessment and evaluation scheme to stimulate students' subjective initiative， So that students can not only master the basic knowledge of image processing， but also improve their application and practice ability. After two years of practice， it is proved that this teaching mode is effective.

Key Words： Digital image processing; Hybrid teaching mode; Online mode; Offline Mode; Self-organization learning concept

1 《數字圖像處理》傳統教學模式存在的問題

1.1線下教學模式存在的問題

1.1.1課時少內容多

在大多數高等院校中，《數字圖像處理》為專業課，課時較少，但是該課程綜合性極強、章節相對分散獨立、概念相對抽象[1]。該門課程涉及教學內容也較多，由于時間的原因，教學一般講解7～8章，主要包括圖像的獲取和預處理基本運算、圖像變換、圖像增強、圖像復原、圖像壓縮編碼、圖像分割、彩色圖像處理等，同時還有相對應的實驗教學。因此線下教學模式由于課時少導致在課堂上老師專注講解，和學生互動環節的時間比較少，無法及時得知學生的掌握情況，從而導致學生在課堂上的積極性下降，學習效果不好，教學質量無法得以保證[2]。

1.1.2模式單一

線下教學時，理論知識課堂老師采用PPT講解的方式進行，學生機械地聽講，完全處于被動的學習狀態，尤其對于數字圖像處理這種圖片分析較多，需要自己動手實踐才能深刻理解的課程，這樣的教學模式不僅會使課程學習不深入，而且慢慢導致學生失去對課程的興趣，從而導致學生對知識的消化困難，教學效果不佳。

1.1.3學生參與度低

傳統的線下教學模式，教師以課堂講授為主，學生開始選課時擁有的興趣隨著課程的難度加大逐漸消失，只是被動地機械接受知識，缺乏師生互動環節，導致教學難以持續提高。

1.2線上教學模式存在的問題

2020年疫情期間，課程采取單一的線上教學模式，雖然保證了學生的“停課不停學”，但是線上教學存在著眾多弊端。一是學生自制力差、監管不到位;學生存在刷課現象，播放著教學視頻同時做其他無關的事情，教師的講解根本沒人聽;二是存在客觀因素，比如網絡可能隨時出現問題或者有的同學不具備電腦設備，使用手機進行聽課，對于數字圖像處理的實驗并沒有用電腦實際操作，無法將理論知識和實際操作相結合;三是考試無法保證、成績無法評判;存在各種因素導致考核無法正常公平進行，從而導致成績評定結果無法保證。

1.3線上線下混合式教學方式

線上線下混合式一流本科課程是一流本科課程建設的重要著力點[3]，同時為了配合工程教育專業認證、“一流本科”教學和“金課”建設的要求，同時彌補傳統教學方式的不足，針對數字圖像處理課程，利用信息技術，搭建網絡教學平臺，建設網絡教學資源，形成線上線下兩種形式相混合的教學模式，實現課前、課中、課后三階段有機結合的教學內容和教學形式，體現網絡教學與實體課堂教學的結合，體現現代化教學手段對教學的促進作用，體現以學生為中心、加強能力培養的理念，達到培養創新型人才、提高教學質量的顯著成效。

2 線上線下教學模式的實踐過程

《數字圖像處理》課程線上線下結合式教學從教師、學生兩個角度出發，構建在線學習、課堂學習兩種形式，課前、課中、課后三階段相呼應的教學模式。在線學習借助雨課堂、中國慕課MOOC軟件開展教學。使用雨課堂教師可以將自己的教學資料和課后評價等內容發送給學生，同時接收學生的學習情況結果。通過中國慕課MOOC中教學視頻擴展學習，例如：學生觀看空間域圖像增強的學習講解教學視頻自行進行拓展和深入學習。線下課堂學習師生互動式教學，提高課堂的教學質量，學生個性化學習，教師個性化進行指導，提高教學效率。

2.1課前線上學習

2.1.1教師線上活動設計

以培養具有家國情懷的社會主義“新工科”人才為目標，采用將思政教育融入課程教學之中，通過點點滴滴的啟迪，打造有溫度的課程。因此教師在課前階段通過雨課堂發布對應章節的教學資源和思政教學內容，引導學生從馬克思辯證唯物主義哲學角度理解圖像的一般規律和研究方法，增強學生的馬克思主義理論自信感[4]。同時教師將本節課的教學任務和課前測試習題下發給學生，引導學生結合所發送的資料進行自組織學習。教師可以通過QQ群反饋學生學習情況，督促學生完成雨課堂任務。

2.1.2學生線上活動設計

課前學生結合自身學習能力選擇不同的學習方式，對于學習能力強的同學，可以結合教師所發的資料自主學習，對疑問知識點做出標記，利用網絡資源進行自我答疑或者在課堂向教師請教;學習能力相對差點的同學可以協作學習，與同學共同討論，所有同學完成相應學習任務后參加課前測試，檢測自學結果，最后學生帶著問題課堂上針對性聽課[5]。

2.2課中課堂學習

2.2.1教師課堂講解

課堂使用傳統黑板和電子屏幕相結合，教師理論講授環節著重核心知識的梳理，以學生為中心，按照OBE（Outcomes-based Education）教學理念，對知識體系進行梳理，編制課程幾個章節的思維導圖。上課時學生可以按小組坐在一起討論問題，拓展思維和學習方法，教師講授完列舉出各個小組討論的問題，實現互動式學習。對每個組不同的疑問教師進行針對化講解，個性化指導，實現以學生為主體的學習環境。課堂上師生的互動不僅會答疑解惑，還可以鍛煉學生的分析問題能力。

2.2.2學生課堂學習

課堂上學生主要結合課前學習時不懂疑問聽講，有針對性的聽課，對教師列舉的小組問題討論學習，充分調動了學生學習的積極性，相互幫助學習，同時保證每個學生都能和教師互動。最后以組為單位協作學習，匯報小組學習成果并且整理后通過雨課堂提交測試答案，使老師得到學生知識掌握情況的反饋，及時進行下一步的教學。

2.3課后在線學習

2.3.1教師課后總結

教師在課程結束后，通過中國慕課MOOC平臺提供拓展學習資料，如數字圖像處理MOOC空間域圖像增強教學視頻和實體翻轉課堂形式，引導學生自主深度學習。最后教師綜合學生通過雨課堂反饋得到的總結報告，學生測驗后的教學成果等信息反思教學效果，來改進下一次課程的教案設計、資料總結、測試題設計和課外拓展資料難度的選擇，結合大數據進行學生學習情況分析，督促學習狀況。

2.3.2學生課后反思

首先，學生在聽完課程講解后，繪制出各章節的思維導覽圖，構建課程知識體系，將知識融會貫通，做到聽完課后頭腦中有完整的理論體系，為實驗實踐型學習打下堅固的基礎，圖1為18級學生繪制課程章節思維導圖。

其次，學生對測試結果進行分析，從中反思與總結，仍具有疑問的知識點可以通過QQ群再次反饋給教師進行解答。學有余力的同學利用網絡擴展資源進行深度學習，深度理解數字圖像處理課程的難點。實驗實踐課程在課后階段完成綜合性報告，從工程問題中提煉，覆蓋數字圖像處理課程的主要知識點，完成對知識的綜合應用能力的考察。學生課后綜合性實驗報告如圖2所示。

2.4考核評價方案

建立一個合理的成績測評體系是《數字圖像處理》線上線下混合式教學得以成功的保障。由于授課形式多樣化，教學重點關注過程的形成性評價，因此考核的主體和手段應該更加多元、立體，包括：平時成績不再是單一的簽到考核，而是為線上線下的每一次學習賦分[5];實驗實踐中鼓勵分組協作，而不再是上交“千篇一律”的實驗報告;測試結果不是學習的結束，而是及時反饋給學生，指出其不足之，處力圖達到學生實時了解自己對學習內容的掌握情況，作為下一輪學習的起點，充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用，從而形成完整的教學閉環。因此，數字圖像處理課程的考核方式應該從學生出勤、學習態度、實驗成績和課堂互動積極性綜合評價。2018級普通班雨課堂某次測試成績統計圖如圖3所示。

3 學習效果分析

數字圖像處理課程采用線上線下混合式教學模式比傳統教學有明顯的優勢。經過多年不間斷的課程改革和建設，采用實際應用案例引導學習學生開拓了思路，互動式師生學習方式豐富了學生的課堂體驗，提高了學生的求知欲和學習的主動性，學生學習成績和能力有了很大提升，學生從知識目標、能力目標及素質目標等方面全面地掌握各種圖像處理和分析的方法，了解圖像處理發展方向。

4 學生課程反饋

教師在對學生教學指導、點評分析的同時，也應該接受學生們的監督。學生可以給老師進行留言或者反饋，隨時提出合理的建議，對教師上一節課的教學內容和行為提出意見，與老師共同努力使線上線下混合式教學模式更加正規，實現教師教學和學生學習合作進步的最大化，從而提升教師的教學效率和質量，提升學生的學習效果和能力，達到教學相長的目的[6]。因此，我們對2018級學生對數字圖像處理課程的教學進行調查研究，其反饋結果如圖4所示。

5結語

2020年，教育部提出了“以學習者為中心，基于自組織學習理念構建混合教學模式，通過在線平臺自主學習與線下課堂協同學習有機結合”的教學模式改革理念，該文基于這種理念，針對數字圖像處理課程，首先分析了傳統的單一線上和線下教學模式的不足，提出了一種線上線下混合式教學方案，以學生學習為中心，總結出“任務→模塊→系統→創新”的教學體系，輔之以在線學習、翻轉課堂等教學模式，實現了由“教”到“學”學習方式的轉變，提高了學生的學習積極性及學習效果。同時，借助在線平臺的資源豐富性和開放性，教師更容易將數字圖像處理的發展動態引入到在線學習和討論中，人工智能的優越性能以及未來的新穎應用會激發學生主動去探索它的發展歷程和背后相關的人文故事，這個過程中教師更容易將辯證思維、愛國情懷和服務社會的責任心等因素融于學生的討論中，充分發揮該課程的全程育人、全方位育人的思政格局，更加符合全面綜合應用型人才的培養。

參考文獻

[1] 范春年，馬利.“以學生為中心”的數字圖像處理課程在線教學設計與實施[J].計算機教育，2021（2）：35-40.

[2] 唐曉芬，郭輝.以創新能力培養為目標的數字圖像處理課程教學改革研究[J].計算機教育，2021（8）：112-115，120.

[3] 楊曉宏，鄭新，田春雨.線上線下混合式一流本科課程的內涵、建設目標與建設策略[J].現代教育技術，2021，31（9）：104-111.

[4] 王鑫，陶思亮，齊久祥.大學生思想政治教育“新三同”線上線下協同探析[J].思想理論教育，2021（10）：107-111.

[5] 李琛.基于在線開放課程的線上線下混合式“金課”教學應用研究[D].石家莊：河北師范大學，2020.

[6] 程學云，丁衛平，管致錦，等.基于建構主義理論的C++程序設計線上線下混合式金課建設[J].計算機教育，2021（11）：157-161.

作者簡介：楊絮（1980—），女，碩士，副教授，研究方向為信號處理。 王宇（1974—），碩士，副教授，研究方向為圖像處理。

安曉峰（1970—），男，碩士，副教授，研究方向為信號處理。