數字圖像處理理論與實踐相結合的教學模式研究

摘 要 為解決數字圖像處理課程中理論與實踐脫節的問題，文章提出了一種創新的教學模式，該模式融入了翻轉課堂、項目驅動和OBE（Outcome-Based Education）等先進的教育理念。借助超星學習通平臺，設計課前自主學習、課堂互動討論和課后實踐應用的閉環教學流程。教學方法的創新在于：①翻轉課堂，鼓勵學生課前預習，課堂時間更多用來進行案例分析、實踐操作和深入討論；②項目驅動教學，使學生將所學知識應用于解決實際問題，有效提升了學生的工程實踐技能；③過程性評價，全面考核學生的學習過程和成果。本教學新模式旨在提高學生的參與度、學習效果及綜合能力，為應用型人才培養提供新思路。

關鍵詞 數字圖像處理；翻轉課堂；項目驅動；OBE理念；評價改革

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.29.035

Research on the Teaching Model Integrating Theory with Practice"in Digital Image Processing

ZHOU Xinwen， LIU Suolan， BI Hui

（School of Computer Science and Artificial Intelligence， Changzhou University， Changzhou， Jiangsu 213164）

Abstract To address the disconnect between theory and practice in Digital Image Processing courses， this article proposes an innovative teaching model that incorporates advanced educational concepts such as flipped classroom， project driven， and Outcome Based Education （OBE）. Using the Chaoxing Learning Platform， design a closed-loop teaching process for pre class self-learning， classroom interactive discussions， and post class practical applications. The innovation of teaching methods lies in： ① Flipped classroom， encouraging students to preview before class， and using more classroom time for case analysis， practical operations， and in-depth discussions; ② Project driven teaching enables students to apply their learned knowledge to solve practical problems， effectively enhancing their engineering practical skills Process evaluation comprehensively assesses students' learning process and outcomes. This new teaching model aims to improve students' participation， learning effectiveness， and comprehensive abilities， providing new ideas for the cultivation of applied talents.

Keywords digital image processing; flipped classroom; project driven; OBE concept; evaluation reform

1" 數字圖像處理課程教學現狀分析

數字圖像處理技術是計算機視覺、計算機圖形學及人工智能等領域的基礎，應用非常廣泛，已成為電子信息和自動化等領域的人才不可或缺的核心技能。傳統的教學模式在理論與實踐相結合方面存在諸多挑戰，難以滿足應用型人才培養的需求。《科技資訊》2022年的調查顯示，超過60%的學生反映數字圖像處理課程內容與實際應用脫節，缺乏足夠的實踐案例分析[1]。此外，傳統的課堂教學過于側重理論講授，僅有不到30%的課堂時間用于實踐操作，限制了學生動手能力的培養。

在教學方法上，一項針對應用型本科院校的問卷調研發現，當前采用翻轉課堂和項目驅動教學的課程不足20%，大多數課程依舊沿用“滿堂灌”的教學模式[2]。這種單一的教學方式無法滿足學生對于互動和個性化學習的需求。此外，教學評價體系也亟須改進。根據惠州學院電子信息工程專業的統計，傳統的期末考核占總評成績的70%，而過程性評價如課堂互動、實驗報告等僅占30%，導致了學生對平時學習的忽視[3]。

為了更好地適應新工科背景下的人才培養需求，數字圖像處理課程亟須從教學內容、教學方法、實驗實踐以及評價體系等方面進行全面改革[4-7]。本研究提出了一種融合翻轉課堂、項目驅動教學和成果導向教育（OBE）理念的新型教學模式，旨在提升數字圖像處理課程的教學質量和學生的綜合能力。

2" 教學模式構建

2.1" 翻轉課堂策略的深化

翻轉課堂策略是本模式的核心組成部分。在該策略下，學生在課前通過超星學習通平臺接觸豐富的在線資源，包括教學視頻、互動式教學軟件、在線閱讀材料等，以自主學習的方式掌握必要的理論知識。這樣的安排使得課堂時間得以釋放，更多地用于開展案例分析、實踐操作和深入討論。在案例分析中，學生能夠將抽象的理論知識與具體的圖像處理問題相結合，經過小組討論和教師指導，提高對知識的理解和應用能力。此外，翻轉課堂還促進了學生的主動學習和批判性思維，為學生的個性化學習提供了空間。

2.2" 項目驅動教學的實踐

項目驅動教學是本模式的另一大特色。學生被置于真實或模擬的數字圖像處理工作項目環境中，將理論知識應用于解決實際問題。這些項目可能涉及圖像增強、圖像壓縮傳輸、圖像分割、圖像識別等多個方面，旨在引導學生認真分析項目的需求，整理出需要解決的具體問題，并且將其分解為一個個具體的任務，然后查閱資料，用數字圖像處理領域的具體算法進行匹配并解決問題。最后編程實現算法，結果分析，評估和優化解決方案。通過一整套的需求―問題―算法―評估的流程，培養學生的工程實踐技能和創新能力。在項目實施過程中，學生不僅能夠鍛煉個人的專業技能，還能通過團隊合作來提升溝通能力和協作精神。項目驅動教學的實施，使得學生的學習更具目標導向，有助于學生在實際操作中發現問題、分析問題并解決問題，從而更好地適應未來工作環境的需求。

2.3" OBE教育理念的貫徹

本模式嚴格遵循OBE（Outcome-Based" Education）教育理念，即以學生的學習成果為中心，關注學生能力的全面發展。在這一理念的指導下，教學活動的設計始終圍繞學生的學習成果展開，確保教學內容、教學方法和評價機制與學生的學習目標緊密相連。教師首先明確設定若干個學習目標，然后設計出具有針對性的教學活動，如案例研討、模擬實驗、角色扮演等，以促進學生在特定領域的能力提升。同時，評價機制的改革也更加注重過程性評價和綜合性評價，不僅考查學生對知識的掌握程度，也重視學生的實踐能力、創新思維和社會責任感。OBE理念的貫徹為本模式的教學改革奠定了堅實的理論基礎，確保了教學活動的有效性和針對性。

3" 教學實施

在本研究提出的數字圖像處理課程教學模式中，教學實施環節是實現知識傳遞和能力培養的關鍵，包括課前自主學習、課堂互動討論、課后實踐應用。

3.1" 課前自主學習的實施

課前，學生利用超星學習通平臺的資源進行自主學習，包括觀看教學視頻、閱讀相關的學習資料，并完成預習測試。教學視頻不僅涵蓋了課程的核心概念和理論，還包括實際案例的介紹，以增強學生對知識的直觀理解。預習測試旨在評估學生對即將講授內容的初步掌握程度，引導學生帶著問題和思考進入課堂，從而提高課堂學習效率。

3.2" 課堂互動討論的實施

課堂環節中，教師的角色轉變為引導者和促進者，通過組織案例分析、小組討論等活動，激發學生的批判性思維和創新思維。案例分析通過項目背景的介紹，引導性羅列討論提綱，允許學生對需求具體化、所學知識與需求相互映射并形成整體方案、優化方案等部分進行詳細討論，交流不同觀點，共同探索問題的多種解決方案。教師在這一過程中提供必要的指導和反饋，幫助學生深化理解并拓展思路。

3.3" 課后實踐應用的強化

課后，學生將所學理論知識應用于實踐項目中，這些項目可以是課堂討論項目，也可以是新的項目。鼓勵學生完成包括數據整理、方案設計、算法實現、結果分析評估、報告撰寫等一系列流程。學生在實踐中遇到的問題和挑戰將進一步鞏固其理論知識，并促進其問題解決能力的提高。教師通過評審項目完成情況和項目報告，提供反饋和建議，并讓學生課堂演示答辯，幫助學生總結經驗、吸取教訓，提高思辨能力，從而實現知識的內化和能力的提升。

綜上所述，本教學模式的實施環節通過結構化的課前自主學習、互動性強的課堂討論和應用導向的課后實踐，形成了一個連貫的教學流程。這種流程不僅提高了學生的學習動機和參與度，而且通過實踐應用促進了學生對知識的深入理解和綜合運用，培養了學生的創新能力和實踐能力。

4" 評價機制改革

在本研究提出的數字圖像處理課程教學模式中，評價機制的改革是確保教學目標達成和促進學生全面發展的關鍵環節。本模式采用的過程性評價方法突破了傳統以期末考試為主的評價體系，轉而關注學生在整個學習過程中的表現和成長。具體而言，評價內容涵蓋了學生學習的各個階段，包括：①課前預習。通過預習測試、在線討論和問題提交等方式，評價學生對即將學習內容的理解和準備情況，鼓勵學生主動探索和思考。②課中參與。通過學生的課堂互動、小組討論貢獻、案例分析表現等，評價學生在課堂上的積極性和參與度，以及對課堂內容的深入理解。同時進行教師評價和學生互評，確保評價內容真實客觀。 ③課后實踐報告：通過實踐項目的完成情況和實踐報告的撰寫，評價學生將理論知識應用于實際問題解決的能力，以及實踐過程中的創新思維和問題解決策略。④項目成果展示。通過項目成果的展示和答辯，評價學生的團隊合作能力、項目管理能力和專業展示技巧。

此外，評價機制還包括形成性評價和總結性評價的結合。通過持續的反饋，幫助學生及時了解自己的學習進展和存在的問題，同時在課程結束時給出總體評價，幫助學生進行自我反思和總結。這樣的評價機制不僅全面反映了學生的學習成果，也促進了學生自主學習能力、批判性思維和創新能力的培養。通過過程性評價，教師能夠更準確地把握學生的學習情況，及時調整教學策略，實現教學內容與學生學習目標的一致性，從而有效提升教學質量和學生的綜合能力。

5" 結語

本研究提出的數字圖像處理課程教學模式，通過深入探討，展現了其解決理論與實踐脫節問題的巨大潛力。該模式以學生為中心，采用翻轉課堂策略，促使學生在課前自主學習，為課堂深入學習奠定基礎。課堂上，學生通過案例分析和小組討論，將理論知識與實際問題相結合，培養了批判性思維和團隊合作能力。課后實踐項目進一步鞏固了學習成果，同時，過程性評價方法全面考核了學生的學習過程和成果，促進了學生實踐能力和創新思維的發展。

展望未來，我們將繼續探索和完善教學模式，以適應不斷變化的教育需求和技術發展。我們將進一步思考如何將新興技術融入教學，如何設計更具挑戰性和互動性的教學活動，以及如何構建更加開放和包容的教學環境。我們相信，通過不斷的教學實踐和反思，可以逐步提升教學質量，實現教學目標，最終為社會培養出具有創新能力和實踐能力的應用型技術人才。此外，我們也將加強與行業的合作，為學生提供更多實踐機會，使他們能夠在真實工作環境中應用所學知識，增強其職業技能和市場競爭力。

基金項目：教育部產學合作協同育人項目（220605181012316，230805181143249，202102128009）；常州大學2023年校級教育教學研究課題（GJY23020048，GJY23020044）；常州大學研究生教改課題（YJK2021032）；2021年度常州大學計算機與人工智能學院教育教學研究課題（2021BDJY09）。

參考文獻

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