基于AIGC的OpenCV圖像處理與應(yīng)用課程教學(xué)模式探索

關(guān)鍵詞：AIGC；大語(yǔ)言模型；OpenCV圖像處理與應(yīng)用；計(jì)算機(jī)視覺(jué)；教學(xué)改革；深度學(xué)習(xí)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）36-0161-04 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

1 概述

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在眾多行業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。OpenCV作為一個(gè)開(kāi)源計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)，在圖像處理、圖像識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的OpenCV圖像處理與應(yīng)用課程教學(xué)面臨一些挑戰(zhàn)，例如教學(xué)方式單一、教學(xué)案例缺乏吸引力、學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想等。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，探索新的技術(shù)和方法，推動(dòng)課程教學(xué)改革，提升教學(xué)質(zhì)量勢(shì)在必行。

AIGC（AI Generated Content，即人工智能生成內(nèi)容） 是指利用人工智能技術(shù)自動(dòng)或輔助生成文字、圖像、視頻、代碼等內(nèi)容。AIGC目前已廣泛應(yīng)用于寫(xiě)作助手、AI繪畫(huà)、對(duì)話機(jī)器人、數(shù)字人等產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了文本生成、圖像生成、音視頻創(chuàng)作與生成、電影與游戲、科研與創(chuàng)新、代碼生成、內(nèi)容理解與分析等領(lǐng)域的應(yīng)用[1]。作為人工智能領(lǐng)域的前沿技術(shù)，AIGC正在以前所未有的速度改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞?、?chuàng)意過(guò)程和日常生活[2]。

將AIGC應(yīng)用于OpenCV課程可以有效解決傳統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，通過(guò)豐富教學(xué)手段、提升教學(xué)案例的吸引力和趣味性、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，推動(dòng)課程改革。AIGC作為人工智能新技術(shù)，對(duì)于高職教育的課程改革具有重要意義。

1.1 高職技能人才培養(yǎng)過(guò)程中遇到的困難和挑戰(zhàn)

1） 教學(xué)方法：高職的教學(xué)中存在教學(xué)模式過(guò)于傳統(tǒng)的問(wèn)題，傳統(tǒng)的教學(xué)方法往往側(cè)重理論傳授和技能訓(xùn)練，忽視了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]。

2） 教學(xué)內(nèi)容：計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域技術(shù)更新迅速，由于教學(xué)內(nèi)容的滯后，課程內(nèi)容經(jīng)常跟不上行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)生所學(xué)技能往往達(dá)不到企業(yè)的要求。

3） 教學(xué)資源：傳統(tǒng)的OpenCV課程設(shè)置過(guò)于注重理論教學(xué)，或者內(nèi)容講解偏向于知識(shí)點(diǎn)，而沒(méi)有形成綜合性的應(yīng)用，缺乏企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目的培養(yǎng)和真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致學(xué)生只能掌握片面的知識(shí)點(diǎn)，而缺乏實(shí)際的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力。

4） 學(xué)生特點(diǎn)：高職學(xué)生來(lái)源于不同層次，不同層次的學(xué)生學(xué)習(xí)能力不同，統(tǒng)一的課程設(shè)置難以滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。

1.2 AIGC 助力教學(xué)改革

在高職專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中，可以通過(guò)引入AIGC從以下幾個(gè)方面促進(jìn)教學(xué)改革：

1） 豐富教學(xué)手段，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)AIGC 實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室、互動(dòng)式教學(xué)等新型教學(xué)方式，增強(qiáng)課堂趣味性。例如，在OpenCV課程中，教師講解完“讀取和播放視頻”知識(shí)點(diǎn)后布置練習(xí)，學(xué)生在完成過(guò)程中若代碼出錯(cuò)，可隨時(shí)借助AIGC解決問(wèn)題。AIGC幫助學(xué)生快速掌握知識(shí)點(diǎn)，提升學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)，作為助教工具，AIGC減輕教師工作量，提高課堂效率。

2） 更新課程內(nèi)容，緊跟行業(yè)發(fā)展。AIGC可快速獲取最新計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)和發(fā)展動(dòng)態(tài)，為課程內(nèi)容提供實(shí)時(shí)更新，確保教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)需求同步。

3） 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生動(dòng)手能力。通過(guò)AIGC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將實(shí)際項(xiàng)目作為課程案例，提升學(xué)生實(shí)踐能力。例如，利用AIGC設(shè)計(jì)“花卉識(shí)別系統(tǒng)”或“動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)”綜合項(xiàng)目，提供代碼及數(shù)據(jù)集網(wǎng)址，學(xué)生可修改完善代碼，進(jìn)一步提升項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力和代碼編寫(xiě)水平。

4） 實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。AIGC根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、興趣和能力，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)資源和輔導(dǎo)，滿足不同層次學(xué)生的需求。

2 AIGC 在OpenCV 圖像處理與應(yīng)用課程教學(xué)中的應(yīng)用

2022年以來(lái)，隨著ChatGPT、Bard、文心一言、智譜清言、通義千問(wèn)、訊飛星火等大語(yǔ)言模型的不斷涌現(xiàn)，教育領(lǐng)域可能成為ChatGPT等大語(yǔ)言模型最直接的落地場(chǎng)景。大語(yǔ)言模型已經(jīng)能夠深入理解并適應(yīng)不同教學(xué)場(chǎng)景，在多類(lèi)場(chǎng)景中為教師及學(xué)生提供精準(zhǔn)而個(gè)性化的幫助，推動(dòng)教育主體、教育模式、教育內(nèi)容發(fā)生范式變革。AIGC作為大語(yǔ)言模型技術(shù)的一種應(yīng)用，可以助力OpenCV圖像處理與應(yīng)用課程進(jìn)行教學(xué)改革，如對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行快速更新，有效促進(jìn)課程的實(shí)踐，并幫助教師調(diào)整教學(xué)方法等。

2.1 AIGC對(duì)OpenCV圖像處理與應(yīng)用課程教學(xué)的影響

AIGC技術(shù)的引入對(duì)OpenCV圖像處理與應(yīng)用課程教學(xué)具有顯著影響[4]，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1） 課程內(nèi)容的更新：傳統(tǒng)OpenCV課程側(cè)重基礎(chǔ)圖像處理技術(shù)，如邊緣檢測(cè)、特征提取、圖像濾波等，但這些內(nèi)容已不足以滿足行業(yè)需求。引入AIGC技術(shù)后，課程內(nèi)容可擴(kuò)展到機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN） 等高級(jí)主題，幫助學(xué)生掌握最新技術(shù)并培養(yǎng)創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。

2） 實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目的改進(jìn)：AIGC技術(shù)使實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目更貼近實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。例如，學(xué)生可利用預(yù)訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行圖像分類(lèi)和目標(biāo)檢測(cè)，教師可設(shè)計(jì)更豐富的實(shí)驗(yàn)案例，如花卉識(shí)別或醫(yī)療影像識(shí)別項(xiàng)目。這些項(xiàng)目不僅提高學(xué)生興趣，還能增強(qiáng)其解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3） 教學(xué)方法的調(diào)整：教師可利用AIGC技術(shù)備課，設(shè)計(jì)課程大綱、活動(dòng)安排及問(wèn)題任務(wù)。高職課堂注重教學(xué)做一體化，可針對(duì)每章節(jié)設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)，讓學(xué)生通過(guò)AIGC學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)并完成任務(wù)。同時(shí)，AIGC技術(shù)支持個(gè)性化教學(xué)，通過(guò)分析學(xué)生數(shù)據(jù)，為其提供定制化學(xué)習(xí)路徑和資源，滿足不同學(xué)生需求，提高學(xué)習(xí)效果與滿意度。

4） 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的變革：AIGC技術(shù)引入了基于學(xué)習(xí)過(guò)程的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。通過(guò)分析學(xué)生互動(dòng)、討論及項(xiàng)目完成情況，AIGC可以更全面、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果，超越傳統(tǒng)依賴考試和作業(yè)的評(píng)價(jià)方式。

5） 教師角色的轉(zhuǎn)變：在AIGC支持下，教師從知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)引導(dǎo)者和促進(jìn)者，成為學(xué)生學(xué)習(xí)的輔導(dǎo)者和伙伴。這要求教師需要不斷提升自身專(zhuān)業(yè)技能，以更好地利用AIGC技術(shù)服務(wù)教學(xué)。

總之，AIGC技術(shù)在OpenCV課程教學(xué)中的應(yīng)用，不僅豐富了課程內(nèi)容，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目，調(diào)整了教學(xué)方法，還促進(jìn)了學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的變革和教師角色的轉(zhuǎn)變，從而提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代需求的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。然而，AIGC技術(shù)也存在局限性，如生成內(nèi)容的準(zhǔn)確性問(wèn)題及對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和批判性思維的潛在影響。因此，教師應(yīng)合理利用AIGC 技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方法，以實(shí)現(xiàn)最佳教學(xué)效果。

2.2 AIGC 在OpenCV 圖像處理與應(yīng)用課程教學(xué)中的實(shí)施過(guò)程

自2023年以來(lái)，我國(guó)AI領(lǐng)域發(fā)展迅猛，AI大模型如雨后春筍般涌現(xiàn)。其中，智譜清言和文心一言作為杰出代表，展現(xiàn)了獨(dú)特魅力和巨大潛力。

智譜清言由清華大學(xué)與智譜AI聯(lián)合研發(fā)，基于千億級(jí)語(yǔ)料庫(kù)，具備強(qiáng)大的語(yǔ)言理解和生成能力，可輕松應(yīng)對(duì)文本生成、分類(lèi)、機(jī)器翻譯、情感分析等任務(wù)。不僅在國(guó)內(nèi)外評(píng)測(cè)中名列前茅，還在特定任務(wù)上取得世界領(lǐng)先成績(jī)。例如，生成高質(zhì)量文章、摘要，準(zhǔn)確分類(lèi)主題和情感，翻譯流暢自然的譯文。其新一代基座大模型GLM-4性能顯著提升，接近業(yè)界領(lǐng)先的GPT-4。

百度推出的文心一言同樣表現(xiàn)卓越。作為知識(shí)增強(qiáng)型大語(yǔ)言模型，它在寫(xiě)作、文案創(chuàng)意、問(wèn)答、代碼等領(lǐng)域展現(xiàn)了強(qiáng)大能力，尤其在中文語(yǔ)境中表現(xiàn)突出。其豐富的插件商城（如PPT助手、長(zhǎng)文檔摘要問(wèn)答、學(xué)術(shù)檢索助手、思維導(dǎo)圖等） 極大拓展了應(yīng)用范圍。文心一言4.0版本在理解、生成、邏輯、記憶四大能力上均有顯著提升，尤其邏輯和記憶能力的提升幅度遠(yuǎn)超理解和生成能力。

在OpenCV教學(xué)中，我們主要采用國(guó)內(nèi)表現(xiàn)優(yōu)秀的智譜清言和文心一言進(jìn)行教學(xué)改革。以O(shè)penCV深度學(xué)習(xí)模塊DNN的教學(xué)為例，使用智譜清言演示教學(xué)實(shí)施過(guò)程，并通過(guò)AiPPT（https：//www.aippt.cn/） 生成DNN模塊的PPT。

目前，國(guó)內(nèi)基于AI大模型技術(shù)的PPT制作工具主要包括AiPPT、訊飛智文、清言PPT、文心一言的PPT 助手等，表1總結(jié)了它們的不同特點(diǎn)。

AiPPT作為PPT制作工具，具有智能排版、豐富模板、在線編輯、易操作、云存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提供大量圖表、圖片、圖標(biāo)等設(shè)計(jì)資源，制作的PPT美觀實(shí)用，易于修改，非常適合教學(xué)使用。因此，本課程教學(xué)中采用AiPPT作為PPT制作工具。

下面從課前備課、課中教學(xué)和課后拓展三個(gè)階段介紹整個(gè)實(shí)施過(guò)程：

1） 課前備課階段

① 生成教學(xué)大綱

首先，打開(kāi)智譜清言網(wǎng)站，輸入提示詞：“請(qǐng)生成OpenCV圖像處理與應(yīng)用課程的深度學(xué)習(xí)模塊DNN 章節(jié)的教學(xué)大綱”。系統(tǒng)會(huì)生成如圖1所示的內(nèi)容?？梢远啻翁釂?wèn)，選擇最符合需求的教學(xué)大綱。

② 生成PPT

將生成的教學(xué)大綱內(nèi)容復(fù)制并修改，使其更符合教學(xué)需求，然后保存為.txt文件。接著，打開(kāi)AiPPT網(wǎng)站，選擇“導(dǎo)入本地大綱”，將保存的大綱.txt文件導(dǎo)入。

導(dǎo)入后，AiPPT會(huì)根據(jù)教學(xué)大綱生成對(duì)應(yīng)的PPT （見(jiàn)圖2） 。在生成過(guò)程中，可以對(duì)大綱目錄進(jìn)行進(jìn)一步修改（見(jiàn)圖3） ，然后選擇合適的模板（見(jiàn)圖4） 。完成模板選擇后，點(diǎn)擊“生成PPT”，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成與大綱內(nèi)容一致的PPT。

生成后，可以預(yù)覽PPT內(nèi)容，并根據(jù)需要進(jìn)一步編輯（見(jiàn)圖5） 。確認(rèn)無(wú)誤后，PPT可下載保存或直接分享，用于課堂教學(xué)。

③ 設(shè)計(jì)課程案例

a. 生成圖像識(shí)別案例。 打開(kāi)智譜清言網(wǎng)站，輸入提示詞：“請(qǐng)幫我設(shè)計(jì)一個(gè)OpenCV基于深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別案例”。系統(tǒng)會(huì)生成一個(gè)完整的案例設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖6） 。

b. 生成圖像數(shù)據(jù)集地址。 在智譜清言中輸入提示詞：“請(qǐng)幫我列舉5個(gè)寵物圖像數(shù)據(jù)集的下載地址，要將地址完整鏈接進(jìn)行列表展示”。系統(tǒng)會(huì)生成一個(gè)包含5 個(gè)寵物圖像數(shù)據(jù)集完整下載鏈接的列表（見(jiàn)圖7） 。

c. 生成圖像識(shí)別案例代碼。在智譜清言中輸入提示詞：請(qǐng)使用 OpenCV 的 DNN 模塊結(jié)合 ResNet50 編寫(xiě)一個(gè)用于識(shí)別不同寵物品種的圖像識(shí)別系統(tǒng)的代碼（見(jiàn)圖 8） 。

d. 生成DNN模塊實(shí)驗(yàn)。在智譜清言中輸入提示詞：請(qǐng)使用OpenCV的DNN模塊結(jié)合ResNet50設(shè)計(jì)花卉識(shí)別的實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖9） 。

e. 生成課堂討論問(wèn)題。在智譜清言中輸入提示詞：請(qǐng)對(duì)OpenCV的深度學(xué)習(xí)模塊設(shè)置三個(gè)討論問(wèn)題（見(jiàn)圖10） 。

f. 生成題庫(kù)。在智譜清言中輸入提示詞：請(qǐng)幫我生成 OpenCV 的 DNN 模塊相關(guān)的 10 個(gè)填空題、10 個(gè)單選題及其答案（見(jiàn)圖 11） 。

2） 課中教學(xué)階段

教師的課中教學(xué)過(guò)程如下：

① 教師首先講解備課階段生成的 OpenCV 深度學(xué)習(xí) DNN 模塊的 PPT，幫助學(xué)生理解 DNN 模塊相關(guān)的知識(shí)和技能點(diǎn)。在課堂講解過(guò)程中，針對(duì)知識(shí)點(diǎn)遇到的問(wèn)題，教師可以隨時(shí)在智譜清言或文心一言中搜索答案。

② 教師講解備課階段設(shè)計(jì)的寵物識(shí)別案例的設(shè)計(jì)思路和過(guò)程，并對(duì)代碼的實(shí)現(xiàn)思路與本次課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行融合分析。

③ 教師選擇備課階段準(zhǔn)備的課堂討論問(wèn)題進(jìn)行提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生思考，并組織學(xué)生分組討論和上臺(tái)演講，以提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和表達(dá)能力。

④ 布置備課階段設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)作業(yè)，要求學(xué)生自行搜索花卉數(shù)據(jù)集并設(shè)計(jì)花卉識(shí)別系統(tǒng)。圖 12 為學(xué)生設(shè)計(jì)的花卉識(shí)別系統(tǒng)。

3） 課后拓展階段

① 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目拓展。學(xué)生在課堂上完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，可以引導(dǎo)學(xué)生在智譜清言中搜索如何使用另一種深度學(xué)習(xí)模型（如 MobileNet SSD） 進(jìn)行花卉識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的拓展，培養(yǎng)學(xué)生制作綜合項(xiàng)目的能力（見(jiàn)圖 13） 。

② 個(gè)性化學(xué)習(xí)。學(xué)生可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況，針對(duì)不太理解的內(nèi)容繼續(xù)向大模型提問(wèn)，以進(jìn)行深入理解（見(jiàn)圖 14） 。

③ 作業(yè)批改。學(xué)生將完成的課后作業(yè)文件“DNN 模塊練習(xí)”上傳到智譜清言中，并輸入提示詞：請(qǐng)對(duì)這個(gè)練習(xí)題進(jìn)行批改?？梢钥吹?，智譜清言會(huì)對(duì)“DNN 模塊練習(xí)”文檔中的每個(gè)題目進(jìn)行詳細(xì)的批改和提供建議（見(jiàn)圖 15） 。

④ 答疑解惑。學(xué)生對(duì)于 DNN 模塊中不理解的部分，可以繼續(xù)向大模型提問(wèn)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)該模塊相關(guān)內(nèi)容（見(jiàn)圖 16） 。

以上對(duì) AIGC 在 OpenCV 圖像處理與應(yīng)用課程教學(xué)的實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了闡述，由此可以看出，AIGC 能夠大大減輕教師的備課工作量，成為教師教學(xué)的有力助手和學(xué)生學(xué)習(xí)的導(dǎo)師。學(xué)生在課后學(xué)習(xí)中遇到困難時(shí)，可以隨時(shí)向大模型提問(wèn)，從而獲得針對(duì)性的、及時(shí)有效的指導(dǎo)。課下的“智能助手”與課上教師的教學(xué)相配合，為每個(gè)學(xué)生提供更有益的學(xué)習(xí)路徑 [5]。

3 結(jié)論

本文闡述了 AIGC 技術(shù)對(duì) OpenCV 圖像處理與應(yīng)用課程教學(xué)的影響，以及該技術(shù)在 OpenCV 課程中的應(yīng)用實(shí)施過(guò)程。通過(guò)本課程的實(shí)踐可以看出，AIGC 的引入不僅提高了教師的工作效率和教學(xué)質(zhì)量，還提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。AIGC 在其他課程中的應(yīng)用同樣具有類(lèi)似的效果和意義，因此具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

隨著教育信息化的進(jìn)一步發(fā)展，AIGC 有望與其他教育技術(shù)（如虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)等） 相結(jié)合[6-8]，形成更為完善的教育體系。例如，將 AIGC 與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，可以為學(xué)生提供更具沉浸感的 OpenCV 課程體驗(yàn)，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。AIGC 技術(shù)還可被應(yīng)用于 OpenCV 課程評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的數(shù)據(jù)分析，為教師提供有針對(duì)性的教學(xué)建議。此外，AIGC還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化評(píng)價(jià)，減輕教師的工作負(fù)擔(dān)。

AIGC 技術(shù)的應(yīng)用將促使教師角色從傳統(tǒng)的知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)設(shè)計(jì)者、引導(dǎo)者和輔導(dǎo)者。同時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也將發(fā)生變化，從被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)向主動(dòng)探索、實(shí)踐和創(chuàng)新。總之，AIGC 技術(shù)在 OpenCV 課程教學(xué)中的應(yīng)用具有廣泛的前景。通過(guò)不斷探索和研究，我們有望實(shí)現(xiàn)教育資源的優(yōu)化配置，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)更多具備創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才。