慕課背景下《遙感數字圖像處理》混合式教學實踐探索

王小美，張明媚

（山西能源學院，山西晉中 030060）

遙感技術作為一種觀測手段，對促進國民經濟及國防事業發展有著不可或缺的作用[1-2]。遙感圖像已不僅僅是科學研究和工程設施建設的基礎數據，同時，隨著數字地圖、衛星影像地圖的廣泛使用，已成為普通人生活的一部分[3]。遙感技術的一個核心內容就是進行遙感數字圖像處理。遙感數字圖像處理是隨著計算機技術發展起來的交叉學科，遙感數字圖像處理技術的興起和發展，為人們進行土地資源開發、研究環境狀況、研究全球變化提供了新的認識途徑[4]。該課程授課質量的好壞，直接影響學生處理和應用遙感圖像的能力，如何保證和提高數字圖像處理課程的教學質量是值得認真思考的問題[5]。隨著教育信息化的發展，多種教育資源涌現，知識獲取的渠道多樣，而且網絡上優質的慕課資源，給了學生更多的學習選擇。針對當代大學生喜歡上網、玩手機、思想獨立的個性特點，采用基于慕課的線上線下混合式教學，可推動課程的教學改革，有利于提高學生的學習興趣和積極性[6]。

1 課程現狀及存在問題

《遙感數字圖像處理》是遙感原理與應用課程的后續課程，本課程的重點在圖像處理，主要培養學生進行圖像處理的能力和利用相關地學知識結合遙感圖像進行圖像分析的能力。經過前幾次教學和2019版新的人才培養方案實施，目前該課程主要存在以下問題：

（1）本課程相對較難，課程內容較多，但課時比較少。課程總課時24 個，分為12 個理論教學課時，12個實踐教學課時。本課程的先導課是《遙感原理與應用》，學生對遙感的基本原理和基礎的圖像處理方法有了一定的基礎。但12 個理論課時對于傳授8 章內容稍顯不足，因此如何在有限的時間里把大綱要求的內容傳授給學生是本次教學重點改革的內容。

（2）遙感技術發展飛速，但教材的內容具有滯后性，且偏理論性，使得部分學生對遙感前沿技術和實際應用關注不夠，不利于學生的就業和進一步深造，因此需要在實踐課程里增加實際應用內容，這就要求學生要有更多的實踐練習時間和自主解決問題的能力。

2 慕課背景下混合式教學設計思路

慕課（MOOCs，Massive Open Online Courses）是一種大規模開放式的線上課程[7]，是一種利用互聯網技術進行的網絡課程，是對傳統教育的改革和創新[8]。慕課作為教育信息化的新生教學模式，能夠提升資源質量，從而實現優質資源共享[9]。慕課的出現能使學生共享到全國乃至全球的優質教育資源，學生可以反復觀看課程，更有利于理解所學內容，但慕課的缺點是缺少師生互動環節，學習效果的好壞全靠學生的自覺[10-11]。因此除了慕課的學習外，線下教學仍是必不可少的環節。

線下教學采用翻轉課堂教學模式。翻轉課堂的核心是顛倒傳統教學中知識傳遞與內化過程[12]。學生通過在課前觀看教學視頻學習新知識以完成知識傳遞，教師在課上引導學生對問題進行協作探究，以達到知識的遷移和內化[13]。翻轉課堂相比傳統教學模式，教師由原來的主導者轉變為引導者，課堂上師生之間的互動較多，且以學生為主，有利于培養學生小組協作能力，以學生為主的教學體驗更能提高學生的學習興趣和動力[14]。

慕課加翻轉課堂的線上線下混合式教學可使學生獲得更多的教學資源。該教學模式可以分為課前學習、課上討論與講解、課后復習3 個部分。教師和學生利用慕課和線上教學平臺進行線上學習和交流，線下課堂利用翻轉課堂以學生為主體進行教學；課后利用線上教學平臺進行復習和答題。該模式具體內容見圖1。

圖1 教學模式設計示意圖

3 課程改革實施方案

3.1 教學改革設計思路

《遙感數字圖像處理》課程線上學習資源為中國大學MOOC 平臺的國家精品課程——南京師范大學韋玉春教師的《遙感數字圖像處理》，線上教學平臺為超星學習通。但慕課資源缺少實踐教學視頻，需要重點對實踐課程進行教學設計。

本課程實踐內容主要為遙感數字圖像的處理與應用，以ENVI 為主要實習軟件，結合課程大綱，將實踐內容分為6 個內容，14 個知識點，每個知識點錄制時長不超過15min。視頻錄制會根據每個知識點的難易程度，采用不同的錄制方式，較簡單的知識，介紹此方法的應用目的和要用到的菜單，較難的內容，除了上述內容外，還會錄制具體的操作過程。實踐視頻內容、實驗指導書、實驗用數據都上傳到超星學習通，學生在課前通過在線觀看視頻和指導書進行練習。課堂上教師主要為一對一指導，針對某個學生遇到的問題具體指導，這樣學生有更多的時間思考和練習，有利于提高學生的操作技能和自主學習能力。

根據混合式教學的特點，課程考核也進行了改革，減少了考試成績的比例（降至60%），提高了平時學習情況的成績（提高為40%）。平時成績包括線上學習成績、課堂小組討論成績、課后測驗/作業、實驗成績、小組互評組成，這樣能更真實地反映學生的學習情況，調動學生的學習積極性。

3.2 教學改革實施情況

（1）課前在線學習。

開課前在超星學習通建立課程班級群和課程平臺，教師把教學資源在發布到學習通里，主要包括課程大綱、教學用PPT、章節測試題、自己錄制的知識點微課視頻、優質慕課資源等。教師每次課前在學習通上發布課程公告，布置學習任務。學生根據教師發布的學習要求進行自學自測，并可以通過教學平臺、微信、QQ 等進行課前答疑。

（2）翻轉課堂教學。

教師收集學生在慕課學習中遇到的困難，并根據學生自測情況，設計課堂教學，課堂上師生可以直接進行互動，面對面交流，實現知識的有效傳遞。主要教學環節包括：

課堂開始前利用學習通進行課前簽到，教師在學習通里查看學生的到課情況。

課堂上教師先提出一個能代表本節課主要內容的問題讓大家分組討論，例如“圖像濾波”這一章，提出問題“圖像在空間域和頻率域濾波有什么聯系與區別？”學生分組討論后，每個小組代表進行發言，教師根據學生討論結果檢測對本章內容的掌握情況。

教師先就本節內容梳理知識點，可以利用PPT 展現或者在黑板上繪制思維導圖，這樣更有利于學生對整個章節內容的掌握；然后再根據學生前面環節的討論情況，進行本章重難點的講解。例如在“圖像濾波”這一章，教師先梳理圖像濾波的兩大類方法：空間域濾波和頻率域濾波，然后再分別梳理這兩類方法下面具體的濾波方法，并總結每種濾波方法的優缺點和適用情況，最后再對重難點進行詳細講解。通過知識點梳理環節，學生對本章內容了解得更加清楚，理解得更加透徹。為防止課堂上學生走神，可以在講解過程中穿插提問、移動平臺小測驗、頭腦風暴等互動環節。這些內容提前在學習通設計好，課堂上通過舉手、搶答、搖一搖選人等多種方式鼓勵學生積極互動。

最后進行線上隨堂測驗，主要考查學生對本節課知識點的掌握情況，并根據測驗情況安排課后復習內容。

（3）課后復習鞏固。

教師課后利用線上平臺進行線上討論、線上答疑和作業布置與批閱。具體包括：①教師根據課堂學習效果和測驗，錄制易錯點微課上傳到教學平臺，供學生反復學習，但微課的內容不做強制學習，只是供學生復習用。②教師在學習通平臺上發布以任務為導向的討論話題，以檢測學生利用理論知識解決問題的能力。例如，給出一幅含有噪聲的遙感影像，讓學生選擇合適的濾波方法進行去噪處理，并實驗驗證，將結果上傳到學習通。③學生可以借助社交軟件或者直接在學習通給教師留言，教師隨時答疑。這樣的安排，提升了課堂教學效果，使學生學會主動思考，學會解決問題。

3.3 實施效果與反思

慕課與翻轉課堂相結合的混合式教學應用到測繪2019 級《遙感數字圖像處理》課程學習中，學生的學習熱情明顯高于往屆學生，自主思考能力也得到了提高，教學滿意度由之前的90%提高到了94.3%，實踐動手能力也得到了提高，學生非常認可混合式的教學模式。

經過實踐也發現一些問題：①有的學生自覺性不夠，課前的學習視頻沒有認真觀看，影響課堂效果。下一步會逐步完善混合式教學線上學習成績的評定。②小組討論容易時間過長，影響了教學進度，這就要求教師控制好課堂的節奏。今后的教學中仍要不斷反思和改進，以獲得更好的教學效果。

4 結語

慕課與翻轉課堂相結合可以有效解決《遙感數字圖像處理》課程內容較多、課時少這一問題，能有效提高課堂效率。慕課學習充分利用了互聯網教育資源，可以使學生足不出戶就享受到更優質的教育資源，翻轉課堂轉變了傳統的教學課堂，實現了以教師為主導向學生自主學習的轉變。慕課的自主學習和翻轉課堂，都以學生為中心，激發了學生的學習自主性和積極性，培養了學生創新能力和解決問題的能力，教學效果優于傳統教學模式。