信息化時(shí)代“圖像處理技術(shù)”課程建設(shè)與實(shí)踐

袁 華，莫建文，林樂平

（桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院 廣西 桂林 541004）

隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，對電子信息工程專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了新的要求，專業(yè)課的教學(xué)與實(shí)踐顯得尤為重要。與此同時(shí)，學(xué)生獲取知識的方式與偏好也發(fā)生了巨大變化，知識點(diǎn)模塊化、時(shí)間碎片化的學(xué)習(xí)行為特征尤其突出，傳統(tǒng)的教學(xué)資源和教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足新形勢下學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，為適應(yīng)新時(shí)代創(chuàng)新性、復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，課程建設(shè)與改革旨在培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)和應(yīng)用實(shí)踐能力的創(chuàng)新性人才；同時(shí)根據(jù)課程的特點(diǎn)和自身優(yōu)勢，精選案例將遵紀(jì)守法、科技強(qiáng)國等思政元素與課程知識點(diǎn)緊密結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生的法律意識，提高學(xué)生的社會責(zé)任感，加深愛國情懷[1]。

“圖像處理技術(shù)”是高等教育電子信息工程專業(yè)的核心專業(yè)課，在專業(yè)知識體系中占有重要地位，課程要求學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識面廣，而且實(shí)踐性強(qiáng)[2]。本課程嘗試在以下幾個(gè)方面進(jìn)行課程建設(shè)與改革，并取得了一定效果。

1 課程建設(shè)的主要內(nèi)容

1.1 整合課程資源

本課程知識點(diǎn)多，涉及圖像采集與量化、圖像變換、圖像增強(qiáng)、數(shù)字水印、圖像融合和圖像檢索等方面的內(nèi)容；同時(shí)圖像處理技術(shù)發(fā)展成熟、算法豐富、技術(shù)更新迭代快；另外，實(shí)踐軟硬件環(huán)境多樣、示例程序、課程知識點(diǎn)視頻、外延式教學(xué)輔助資料和視頻以及課堂互動、隨堂測試小題等資源眾多。由于學(xué)時(shí)受限，教師在教學(xué)過程中，知識點(diǎn)往往不能全面展開或深入探討，造成學(xué)生知識面不廣、專業(yè)深度不足。因此需要整合資源，將相關(guān)資料融入統(tǒng)一的平臺，同時(shí)還需要形成過程性考核的定量評價(jià)以便后期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與總結(jié)。

利用課堂派、雨課堂、愛課堂等在線教學(xué)輔助平臺，整合教學(xué)資源，強(qiáng)化過程管理，增加量化考核指標(biāo)，將知識學(xué)習(xí)融入課前、課中、課后全過程。本課程在實(shí)踐中采用“課堂派”一體化智慧教學(xué)平臺[3]，該平臺以課堂教學(xué)為中心，實(shí)現(xiàn)線下課堂教學(xué)與線上資源的深度融合，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)場景，使得教學(xué)活動全過程管控，其課程管理模塊結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 課程管理模塊結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)課程特點(diǎn)和資源建設(shè)實(shí)際情況，利用平臺將課件、視頻、資料、作業(yè)、測試題等教學(xué)資源有效整合在一起。在課程教學(xué)模塊的“互動課件”中設(shè)置互動環(huán)節(jié)，既可以添加課前預(yù)習(xí)“引導(dǎo)問題”，也可以增加課中教學(xué)的“互動答題”，同時(shí)平臺提供了學(xué)生學(xué)習(xí)課件的統(tǒng)計(jì)信息（包括查閱次數(shù)、下載次數(shù)、評論數(shù)、學(xué)習(xí)頁數(shù)、學(xué)習(xí)總時(shí)長等信息）和學(xué)習(xí)狀態(tài)得分；在“作業(yè)”子模塊中可以增加線上作業(yè)，在“測試”子模塊中可以設(shè)置各個(gè)知識點(diǎn)的隨堂測試小題，這兩個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)客觀題自動批改，設(shè)置在總評成績的權(quán)值后可以自動計(jì)算成績，同時(shí)，提供的文本查重功能可以減少抄襲現(xiàn)象；“資料”子模塊中上傳了知識點(diǎn)仿真程序、團(tuán)隊(duì)自行錄制的基于OpenCV 和深度學(xué)習(xí)的圖像應(yīng)用教程教學(xué)視頻和基于Python 的示例程序，學(xué)生能使用手機(jī)、平板等移動設(shè)備隨時(shí)進(jìn)行訪問和學(xué)習(xí)，打破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的時(shí)空限制，平臺提供了學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)和反饋信息，有助于課程團(tuán)隊(duì)調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)資源。在教學(xué)過程中通過動態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析功能了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和難點(diǎn)，及時(shí)做出調(diào)整和總結(jié)。另外，各模塊采集的量化考核數(shù)據(jù)，有助于形成全面的能力評價(jià)體系。

1.2 創(chuàng)新教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)中往往根據(jù)課程知識設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，著重培養(yǎng)學(xué)生對知識點(diǎn)的認(rèn)識和理解能力，沒有結(jié)合具體應(yīng)用劃分功能模塊和對接實(shí)際工作需求，代入感不強(qiáng)，很難調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，難以有效培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，教學(xué)氛圍和效果欠佳。本課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，在具體應(yīng)用中需要考慮多方面的問題，需改變以獲得學(xué)分為目的的學(xué)習(xí)方式，打破以往“重解題、輕理解、不會應(yīng)用”的學(xué)習(xí)慣性，增強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)能力和工程實(shí)踐能力。本課程在實(shí)踐中利用平臺開展以課程知識體系為主線、線下應(yīng)用實(shí)踐為輔線的雙線混合式教學(xué)模式。在主線教學(xué)活動中，按課前、課中、課后過程，結(jié)合科研工程案例，利用平臺開展翻轉(zhuǎn)課堂形式的教學(xué)活動，將工程案例按知識點(diǎn)拆解，對其中的重點(diǎn)難點(diǎn)作為課前問題，讓學(xué)生收集整理資料并在課堂上闡述，還可以在課件中設(shè)置預(yù)習(xí)問題、添加互動答題，在視頻資料中添加互動環(huán)節(jié)，在課堂互動中增加問卷、搶答、提問、彈幕等[4]，平臺提供了全過程教學(xué)管理。

在輔線教學(xué)活動中，結(jié)合科研項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、學(xué)科競賽、優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)作品，結(jié)合課程核心知識點(diǎn)，精選案例，開展項(xiàng)目式教學(xué)[5]。開課之處即在平臺上發(fā)布課程實(shí)踐作業(yè)，自選或自定課題（課程知識點(diǎn)相關(guān)）、自由組隊(duì)、報(bào)告查重、綜合驗(yàn)收，最后對作業(yè)進(jìn)行總結(jié)，選擇部分優(yōu)秀作業(yè)讓小組全體成員介紹成員分工、項(xiàng)目原理與算法、軟硬件實(shí)現(xiàn)與效果展示并接收全體同學(xué)和教師的問詢，從而提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、報(bào)告撰寫、表達(dá)與溝通能力。從最近3 個(gè)學(xué)年的實(shí)踐效果來看，總體參與度和積極性較高，學(xué)生的專業(yè)綜合應(yīng)用能力逐步得到了增強(qiáng)。從課程問卷調(diào)查反饋來看，學(xué)生對這部分教學(xué)內(nèi)容的滿意度很高。

1.3 完善課程考核體系

課程總評成績的評價(jià)方式是學(xué)生學(xué)習(xí)活動的指揮棒，評分體系的中心思想是弱化死記硬背的知識性考核，強(qiáng)化應(yīng)用實(shí)踐環(huán)節(jié)，增強(qiáng)課堂互動與線上評測，提高實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)踐的比例，優(yōu)化各項(xiàng)成績比例，形成全方位的考核機(jī)制[6]，調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動力。最近3 學(xué)年期末考試成績比重由多年70%逐年下降到50%，其中期末考試中客觀題的比例也同步逐年下降，這與教育部專業(yè)工程認(rèn)證的指導(dǎo)思想是一致的；新的考核體系中增加了課堂平時(shí)成績部分（課堂互動、隨堂測試）的成績占比（8%），用隨堂測試替換了課堂考勤；同時(shí)新增了項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐和論文或報(bào)告（占比12%），促使學(xué)生動手做課程實(shí)踐，如表1 所示：

表1 成績考核構(gòu)成及比例

1.4 融入思政元素

教學(xué)過程中將思政元素自然得融入課程中，結(jié)合本課程的內(nèi)容和特點(diǎn)，可以將遵紀(jì)守法、科技強(qiáng)國的理念深植于日常的教學(xué)活動中，在講授專業(yè)知識的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的法律意識，提高學(xué)生的社會責(zé)任感，加深愛國情懷，如表2 所示：

表2 課程思政元素

在課程改革實(shí)踐中，采用具有中國特色、校園文化的圖片作為素材進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，增強(qiáng)學(xué)生的文化自信、愛國情懷；在數(shù)字水印知識點(diǎn)的授課中，提高學(xué)生的版權(quán)意識和法制意識，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自信；在學(xué)習(xí)圖像檢索技術(shù)知識點(diǎn)時(shí)，通過各種搜索結(jié)果讓學(xué)生體會專業(yè)技術(shù)的強(qiáng)大以及可能的道德和法律風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)學(xué)生在進(jìn)行圖像處理技術(shù)應(yīng)用時(shí)應(yīng)符合國家法律的法制意識、社會責(zé)任以及道德價(jià)值[7]。另外，引入熱點(diǎn)事件，把專業(yè)知識點(diǎn)分解，將其中與熱點(diǎn)事件相關(guān)的知識點(diǎn)結(jié)合起來，使思政元素潛移默化地體現(xiàn)出來，這樣的教學(xué)更能引起學(xué)生發(fā)自內(nèi)心的共鳴和提升學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)可度。

2 課程建設(shè)的初步效果

從2018 年開始使用一體化平臺，通過課程團(tuán)隊(duì)成員的合力建設(shè)，課程資源基礎(chǔ)建設(shè)基本完成并已整合到平臺，同時(shí)課程改革已獲學(xué)校立項(xiàng)，下一步擬申請教育部——華為智能基座項(xiàng)目課程建設(shè)立項(xiàng)。

隨著教學(xué)改革的深入，學(xué)生實(shí)際到課率逐年上升，最近三年全課程到課率一直保持在95%以上，說明學(xué)生對本課程的認(rèn)可度比較高；從實(shí)踐作業(yè)的完成情況和展示效果、教務(wù)系統(tǒng)里學(xué)生的評教結(jié)論和綜合評教分?jǐn)?shù)，以及期末發(fā)放的調(diào)查問卷和與學(xué)生的座談反饋結(jié)果來看，學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)積極性和參與度明顯提高。

通過課程資源整合、案例化教學(xué)、項(xiàng)目引導(dǎo)與實(shí)踐和多維度課程考核體系建設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生積極參加課外實(shí)踐和應(yīng)用創(chuàng)新，使學(xué)生能把課題所學(xué)的理論知識和應(yīng)用有效結(jié)合起來，形成系統(tǒng)化、模塊化和規(guī)范化的工程理念，通過過程管理和效果跟蹤，提高學(xué)生將圖像處理技術(shù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用能力；緊跟企業(yè)需求和學(xué)科前沿，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注圖像處理技術(shù)的新理論、新知識、新技術(shù)及其應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。