數(shù)字化時代“數(shù)字圖像處理”混合式教學(xué)模式的應(yīng)用研究

王宇飛 徐微微 張明宇 劉佳

摘?要：在數(shù)字化時代背景下，以電子信息工程專業(yè)課程“數(shù)字圖像處理”的教學(xué)為例，引進(jìn)了混合式教學(xué)模式，“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念為指導(dǎo)，利用藍(lán)墨云班課教學(xué)平臺，對教學(xué)方式進(jìn)行“線上+線下”課程模式優(yōu)化，并探討了特色應(yīng)用資源的融合模式，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)和課程與時俱進(jìn)的多維度教學(xué)需求，為電子信息類專業(yè)課程混合式教學(xué)模式改革提供有益參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化??混合式教學(xué)??電子信息??數(shù)字圖像處理

中圖分類號：G642

Application?Research?on?the?Hybrid?Teaching?Mode?of?"Digital?Image?Processing"?in?the?Digital?Era

WANG?Yufei*???XU?Weiwei????ZHANG?Mingyu????LIU?Jia

School?of?Electrical?and?Information?Engineering，Jilin?Engineering?Normal?University，?Changchun，JiLin?Province，?130052?China

Abstract：?In?the?digital?era，?this?paper?takes?the?teaching?of?the?"Digital?Image?Processing"?course?in?the?electronic?information?engineering?major?as?an?example，?and?introduces?a?hybrid?teaching?mode，?which?takes?the?“student-oriented?and?teacher-led”?teaching?concept?as?the?guide，?uses?the?Lanmoclass?teaching?platform?to?optimize?the?teaching?mode?of?"online?+?offline"?courses，?and?discusses?the?integration?mode?of?characteristic?application?resources，?so?as?to?meet?the?multi-dimensional?teaching?need?of?studentsindependent?learning?and?the?course?keeping?pace?with?the?times，?and?provide?a?useful?reference?for?the?reform?of?the?hybrid?teaching?mode?of?electronic?information?professional?courses.

Key?Words：?Digitization;?Hybrid?teaching;?Electronic?information;?Digital?Image?Processing

數(shù)字技術(shù)不僅加速了互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等的發(fā)展，也推進(jìn)了教育的發(fā)展和變革。2022年全國教育工作會議指出“實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動”[1]。由此可見，數(shù)字化信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，為教學(xué)模式變革提供了更大的應(yīng)用空間，這在后疫情時代是非常具有現(xiàn)實意義的。

以教學(xué)理念“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”為混合式教學(xué)模式的指導(dǎo)，有針對性地研究專業(yè)課程混合式教學(xué)，既滿足學(xué)生在教師的引導(dǎo)和啟發(fā)下自發(fā)地展開學(xué)習(xí)，也能滿足數(shù)字化時代教師的課程急需與時俱進(jìn)，不斷更新、完善，從本質(zhì)上實現(xiàn)多維度的混合教學(xué)，提高教師教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

1??學(xué)習(xí)平臺

現(xiàn)在的學(xué)習(xí)平臺多種多樣，各有千秋[2-3]，如雨課堂—基于PPT、微信的智慧教學(xué)工具；學(xué)習(xí)通—集課程、知識、管理于一體的教學(xué)平臺；MOOC資源—云端在線教育平臺；藍(lán)墨云班課—融人工智能技術(shù)于一體的教學(xué)輔助工具；還有翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC、互聯(lián)網(wǎng)+、微助教等[4]。“數(shù)字圖像處理”課程是電子信息類的基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的綜合性，既有基本概念、理論和分析，也有算法和工程問題。在眾多平臺中，未見結(jié)合藍(lán)墨云班課進(jìn)行混合教學(xué)模式分析的[5-6]，因此本文在教學(xué)中以藍(lán)墨云班課為輔助平臺，采用“線上+線下”混合模式優(yōu)化“數(shù)字圖像處理”課程的教學(xué)。

2??基于“藍(lán)墨云班課”平臺打造移動課程

藍(lán)墨云班課既能在電腦上操作也可在手機(jī)App上進(jìn)行操作，滿足線上電腦+線下App的結(jié)合需求。本文以一個完整學(xué)期的課程教學(xué)為例構(gòu)建架構(gòu)，成員為電子信息專業(yè)師范班2班同學(xué)，共計41人。首先創(chuàng)建“數(shù)字圖像處理”的藍(lán)墨云班課，包括資源和活動等，也可以形成完整的教學(xué)包。資源主要包括文檔、圖片、視頻等；活動形式多樣，有主觀的投票問卷、輕直播/討論、頭腦風(fēng)暴、作業(yè)/小組任務(wù)，也有客觀的測試活動、課堂表現(xiàn)等。

3??“線上+線下”混合式“數(shù)字圖像處理”教學(xué)模式構(gòu)建

本次混合模式構(gòu)建主要分為3個階段：課前、課中、課后。

3.1??課前：加強(qiáng)課程準(zhǔn)備

針對專業(yè)課程教學(xué)課時較少而教授內(nèi)容較多的實際問題，提前發(fā)布課件、資源等材料，使學(xué)生在上課前完成預(yù)習(xí)，了解課程相關(guān)信息，準(zhǔn)備相應(yīng)資料，帶著問題聽課，保障課程的順利進(jìn)行。

3.2??課中：加強(qiáng)課程互動學(xué)習(xí)

根據(jù)課前完成情況，學(xué)生對本節(jié)課內(nèi)容有了簡單了解，教師在課堂上注意相應(yīng)的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中穿插課堂互動，如使用不同形式的簽到功能快捷方式點(diǎn)名；提前設(shè)計課程知識相關(guān)的調(diào)查問卷，發(fā)布后查看學(xué)生們的統(tǒng)計結(jié)果，迅速找出問題所在，統(tǒng)一進(jìn)行講解；通過頭腦風(fēng)暴、討論等對某些問題讓同學(xué)各抒己見，學(xué)生可看到其他人的想法和答案，老師也可對答案或觀點(diǎn)正確、有創(chuàng)新的學(xué)生點(diǎn)贊，即時點(diǎn)評；對于已學(xué)完的內(nèi)容，可以發(fā)起測試活動，快速查看學(xué)生效果，對知識點(diǎn)掌握不好的同學(xué)和內(nèi)容及時進(jìn)行調(diào)整；針對師范生特性，對教學(xué)部分內(nèi)容進(jìn)行師能訓(xùn)練，建立分組活動，選定組長分配其組內(nèi)成員的任務(wù)，分組進(jìn)行現(xiàn)場講解，其他學(xué)生可以現(xiàn)場提問、教師點(diǎn)評、組內(nèi)互評、學(xué)生點(diǎn)評等訓(xùn)練師范生的現(xiàn)場教學(xué)能力；通過學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)調(diào)節(jié)活躍課堂氣氛，隨機(jī)選人、舉手、手動選人、搶答等調(diào)動學(xué)生的參與性和積極性；這樣通過講授、討論、交流等逐步遞進(jìn)，有針對性地完成授課。

3.3??課后：加強(qiáng)知識鞏固

根據(jù)作業(yè)的類別學(xué)生以個人或小組的形式完成布置的作業(yè)或小組任務(wù)，老師對任務(wù)逐條進(jìn)行批閱，檢查學(xué)生上課的學(xué)習(xí)情況，對錯誤集中的問題及時糾正。構(gòu)建如圖1所示。

4??數(shù)字圖像處理特色應(yīng)用資源的融入

課程應(yīng)用的教學(xué)與現(xiàn)代教育發(fā)展是相互適應(yīng)的，結(jié)合“數(shù)字圖像處理”課程的具體教學(xué)內(nèi)容，在本專業(yè)課教學(xué)過程中融入特色應(yīng)用資源與素材，目的是將課堂教學(xué)與社會應(yīng)用聯(lián)系起來，建立立體課堂。本文以課程第9章彩色圖像處理中9.3偽彩色處理為例，通過“線上+線下”配合，講解偽彩色處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

4.1??課前

通過“藍(lán)墨云班課”教學(xué)平臺發(fā)布自主學(xué)習(xí)資源，學(xué)生預(yù)習(xí)第9章9.3節(jié)，偽彩色圖像處理，查詢常用的偽彩色圖像處理方法。

4.2??課中

4.2.1??知識點(diǎn)—偽彩色（pseudocoloring）

指將灰度圖像轉(zhuǎn)化為彩色圖像，或者將單色圖像變換成給定彩色分布的圖像。其目的是提高人眼對圖像的細(xì)節(jié)分辨能力，從而使圖像得到增強(qiáng)。

4.2.2??融入方式

通過分享“象來象往”和“無接觸快速測溫”的兩個視頻，觀察偽彩色圖像處理，根據(jù)特定的準(zhǔn)則對灰度值賦以彩色，即將灰度圖像映射到彩色空間，因為這種彩色并不是真正圖像的原始顏色，而僅僅是一種便于識別的彩色，所以稱之為偽彩色。將圖像中感興趣的灰度級區(qū)域用特定的顏色顯示出來，突出興趣區(qū)域或待分析的數(shù)據(jù)段等細(xì)節(jié)信息，增強(qiáng)圖像辨識度，可以更加直觀地觀察和分析圖像數(shù)據(jù)。

“象來象往”是利用遙感在動物保護(hù)、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用，對高體溫動物進(jìn)行自動識別和標(biāo)注，監(jiān)測象群的運(yùn)動，在面對突發(fā)事件的時候可以保障人和動物的安全。“無接觸快速測溫”是在疫情防控期間安全檢查領(lǐng)域中的應(yīng)用，利用偽彩色處理技術(shù)熱成像測溫，保證無接觸和快速測溫，對高體溫人體進(jìn)行自動識別和標(biāo)注，防控疫情的擴(kuò)散和蔓延，從而使特色應(yīng)用資源的引入可以使得課堂更形象立體。

小組討論交流展示：人們生活中常見的偽圖像處理的案例有哪些？會產(chǎn)生什么樣的影響，既能展現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，有助于探究、分析和解決問題能力的培養(yǎng)，也能鞏固學(xué)生對具體專業(yè)知識的理解和深度掌握，降低學(xué)習(xí)的難度。

4.3?課后

布置作業(yè)：偽彩色圖像處理基本原理是什么？利用灰度級到彩色變換完成圖像的偽彩色處理。通過作業(yè)的完成情況，考查學(xué)生理解偽彩色圖像處理的程度，提升學(xué)生與教師之間的師生互動頻率。根據(jù)實際效果進(jìn)行教學(xué)設(shè)計的調(diào)整和反思，突出了以學(xué)生的學(xué)為中心的教學(xué)過程。

5??教學(xué)效果

本課程是從大三第2學(xué)期開始授課，共計32個學(xué)時。通過一個學(xué)期的課程建設(shè)考查“數(shù)字圖像處理”整體課程采用“線上+線下”混合教學(xué)后改進(jìn)后的教學(xué)效果。

圖2為部分學(xué)生學(xué)習(xí)成績管理，成績構(gòu)成包括藍(lán)墨云班課的資源學(xué)習(xí)、簽到、測驗、輕直播_討論、頭腦風(fēng)暴、投票問卷、作業(yè)/小組任務(wù)等線上學(xué)習(xí)互動和程序考試、期末考試等線下考核，從本學(xué)期實施結(jié)果來看，學(xué)生對該教學(xué)模式認(rèn)可度較高。學(xué)生成績均分在75以上，高于上一學(xué)期的70分，說明線上線下混合教學(xué)學(xué)生適應(yīng)良好，可以達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的效果。

圖3是某次課堂中所做測試活動分析，本題目考查學(xué)生對彩色模型基本概念的掌握情況，從統(tǒng)計分析中可以看出90%以上的同學(xué)掌握良好，僅少數(shù)幾個人漏選導(dǎo)致錯誤；圖4是學(xué)生課堂中課程互動，課前發(fā)布課中的任務(wù)，學(xué)生對待問題更加認(rèn)真，能夠根據(jù)要求找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)和材料，并根據(jù)素材進(jìn)行講解和論述，經(jīng)過討論和講解后的對知識點(diǎn)的理解更加透徹，有利于學(xué)生了解學(xué)科的前沿、發(fā)展動態(tài)以及交流的流程。

為進(jìn)一步了解基于藍(lán)墨云班課教學(xué)平臺的混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果，選取問卷星做了匿名調(diào)查問卷，發(fā)放41份收回41份有效問卷。主要針對學(xué)生學(xué)習(xí)情況，學(xué)生對課程教學(xué)方式、教師等的評價，滿意度和知識點(diǎn)掌握反饋統(tǒng)計情況如圖5和圖6所示。

從圖5和圖6中可以看出，90%以上的學(xué)生認(rèn)可此“線上+線下”的教學(xué)模式，能按照要求完成在線學(xué)習(xí)任務(wù)，19%以上的學(xué)生可以掌握90%?以上的課程知識點(diǎn)，約78%的學(xué)生可以掌握達(dá)到70%～80%的知識點(diǎn)。因此，基于“藍(lán)墨云班課”混合式教學(xué)模式既符合數(shù)字化時代發(fā)展的需求，也滿足學(xué)生迅速、趣味性的學(xué)習(xí)需求，本次混合式教學(xué)模式目的達(dá)成。

6??結(jié)語

在數(shù)字化時代背景下，以混合式教學(xué)模式的教學(xué)理念為指導(dǎo)，以培養(yǎng)滿足社會需求的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，以電子信息工程專業(yè)《數(shù)字圖像處理》專業(yè)課程為研究對象，以“藍(lán)墨云班課”為混合教學(xué)平臺，成員為電子信息專業(yè)師范班全體同學(xué)，開展基于“藍(lán)墨云班課”的線上線下混合式教學(xué)進(jìn)行研究，通過一個完整教學(xué)周期對學(xué)生滿意度和知識點(diǎn)掌握情況進(jìn)行評估。結(jié)果表明：學(xué)生對此教學(xué)模式有較高的認(rèn)可度，能夠做到“以學(xué)生為中心”，達(dá)到不斷提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生的參與度和興趣度，提高積極性和自主創(chuàng)新性的目的；同時，特色應(yīng)用資源的融入方式可作為其他專業(yè)課程的參考，有利于教師與時俱進(jìn)改進(jìn)和完善教學(xué)模式和方法，實現(xiàn)在線學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)相輔相成、互相促進(jìn)的多維度混合教學(xué)，為電子信息類專業(yè)課程混合式教學(xué)模式改革提供有益參考。

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