龔聲蓉　王朝暉

摘要:本文結合國家“十一五”規(guī)劃教材《多媒體技術應用》,在分析計算機科學與技術專業(yè)教學要求的基礎上,探討了計算機科學與技術專業(yè)本科生開設“多媒體技術”課程的目的,介紹了該課程應講授的主要內容。同時,結合本人的教學實際,從啟發(fā)式教學、案例教學、實踐教學等方面對該課程的教學方法和教學手段進行了探索。

關鍵詞:多媒體技術;啟發(fā)式教學;案例教學

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1 “多媒體技術”課程的教學目的

多媒體技術是計算機綜合處理文本、圖形、圖像、音頻、視頻等多種媒體信息,使多種信息建立邏輯連接,集成為一個系統(tǒng)并具有交互性和實時性的嶄新技術。從概念可以看出,它是一門處理文本、圖形、圖像、音頻、視頻等媒體的技術。因此,和計算機圖形學圖像、計算機圖像處理、語音信號處理、數(shù)字視頻處理以及動漫處理有著必然的聯(lián)系,同時,又和它們有較大區(qū)別。多媒體技術是一種迅速發(fā)展的綜合性電子信息技術,已滲透到相關領域的方方面面,給人們的工作、生活和娛樂帶來了深刻的變革。作為一種新的信息處理技術,多媒體技術的發(fā)展帶動了相關領域的發(fā)展,如遠程教育、視頻會議、視頻點播等,并滲透到人類生活的各個領域,發(fā)揮著重要作用。許多高校計算機科學和技術以及通信工程等專業(yè)也相繼開設了“多媒體技術”課程。

對一般高校而言,計算機科學與技術專業(yè)本科培養(yǎng)在業(yè)務知識和能力方面的基本要求是較扎實地掌握本專業(yè)的基礎知識和基本理論,掌握計算機應用軟、硬件設計、開發(fā)和應用等必須的基本技能;了解本專業(yè)范圍內科學技術的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,具有較強的獲取知識的能力和一定的分析問題、解決問題的能力。因此,計算機科學和技術專業(yè)開設多媒體技術既要區(qū)別于高職高專院校,又要有別于電子通信類專業(yè)。

計算機科學和技術專業(yè)開設多媒體技術首先要區(qū)別于高職高專院校。

本人在主講“多媒體技術”課程的同時,也從事圖像處理和多媒體技術方面的研究,如圖像、視頻編碼與傳輸,視頻監(jiān)控,圖像識別等。不少高校學生在報考我院碩士研究生時,往往選擇多媒體技術方向。學生在與我提前聯(lián)系及面試時,我經常問他們?yōu)槭裁催x報該方向。有些同學回答:他們經常使用Photoshop或Flash軟件進行圖像處理或二維動漫處理。盡管這也是多媒體技術的應用,但顯然與計算機本科對多媒體技術的要求不同。

計算機科學和技術專業(yè)開設多媒體技術也要區(qū)別于電子通信類專業(yè)。

電子通信類專業(yè)更多地講授多媒體電路與芯片的設計原理,如壓縮芯片、多媒體計算機的主芯片等。

此外,計算機科學和技術專業(yè)多媒體技術的教學既不能對每種媒體處理技術講得太具體,又不能僅僅介紹一些枯燥的概念。

因此,多媒體技術在內容的選取上,應遵循原理與技術、應用相結合的原則,既注重理論、方法和標準的介紹,又兼顧案例分析和具體技術討論。讓學生掌握多媒體技術的核心內容和關鍵技術,為將來進一步深入研究打下基礎。鑒于此,以國家“十一五”規(guī)劃教材《多媒體技術應用》為基礎,將多媒體技術的內容分成了三個部分。

基礎部分。系統(tǒng)介紹多媒體技術相關的概念、應用背景、主要內容與核心技術。如視覺媒體和聽覺媒體的獲取、存儲及處理的基本方法;多媒體數(shù)據(jù)壓縮與編碼技術、多媒體數(shù)據(jù)處理的技術標準;多媒體系統(tǒng)結構以及設計多媒體系統(tǒng)時涉及的主要軟硬件。

應用部分。為加深學生的理解,該部分結合案例,從文本、圖形、流媒體和信息安全角度介紹了多媒體技術應用及開發(fā)實例。包括超文本與超媒體技術、多媒體數(shù)據(jù)庫技術和虛擬現(xiàn)實技術,流媒體技術以及多媒體信息安全技術等。

多媒體應用開發(fā)環(huán)境及實例部分。具體介紹如何使用Visual Basic進行多媒體應用軟件設計。

通過上述教學內容,學生不僅掌握了多媒體技術相關的概念、主要內容與核心技術,還通過案例分析,增強學生學習多媒體技術的興趣,提高學生開發(fā)多媒體相關軟件的能力。

2教學手段與方法

2.1啟發(fā)式教學

目前,高校十分注重本科生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。因此,本科教學中切忌以考試為目的,照本宣科,更不能漫無邊際,讓學生抓不住重點。多媒體技術盡管范圍廣,內容更新快,但是,多媒體技術中的主要媒體,如圖形、圖像、語音、視頻、動畫等并沒有發(fā)生變化,獲取、存儲這些信息的基本原理也沒有根本變化,只是處理這些媒體的技術在不斷進步。因此,在多媒體技術的教學過程中,可以以《多媒體技術應用》為主線全面展開教學,做到內容明晰。但同時要做到內容新穎,有一定的深度,對學生有所啟發(fā)。為此,可廣泛采用啟發(fā)式教學。如可先拋出問題,讓同學們思考,然后由老師逐步解決。在講授“多媒體數(shù)據(jù)壓縮和編碼技術”一章時,可首先拋出三個問題:為什么“要”對多媒體數(shù)據(jù)進行編碼?為什么“能”對多媒體數(shù)據(jù)進行編碼?“怎樣”對多媒體數(shù)據(jù)進行編碼?然后通過提示讓學生先思考,再逐步解釋謎團。我在某次講授該章時,正值神州飛船飛天成功,傳回了清晰的月球表面照片。為此,我結合這一熱點,在拋出上述三個問題的同時問學生:“一顆衛(wèi)星圖片大約有多少字節(jié)?”同學們開始了熱烈的議論,我適時地給出了一個小的例子讓大家計算:某陸地衛(wèi)星拍攝的圖像分辨率為2340×3240,共4個波段,采樣精度為7位,按每天30幅計,計算每天的數(shù)據(jù)量。同學們計算完畢,其實為什么要進行多媒體數(shù)據(jù)壓縮已經沒必要細講了。接著,我又拋出另一個問題:給一個同樣大小的紙箱,裝同等大小的香皂和洗碗用的海綿,在不損壞的情況下,裝哪種物品多?同學幾乎異口同聲地回答:“海綿?！蔽疫M一步引導:“為什么呢?”同學們也很配合地回答:“海綿空隙大”。我接著同學們的話:“對,因為有冗余”?！岸嗝襟w數(shù)據(jù)為什么能壓縮呢,也是因為冗余”。剩下的問題只有“怎樣壓縮”了。然后,接著前面的提示,介紹了多種數(shù)據(jù)冗余,如空間冗余、時間冗余、結構冗余、知識冗余、視覺冗余等,并進一步分析數(shù)據(jù)壓縮的原理:實際就是利用各種冗余特性,設計出能盡可能少的冗余的方法。這其實也是本章的重點。這樣一來,本來枯燥且有一定深度的編碼壓縮原理和方法,學生聽起來就很輕松了。

2.2案例教學

教學內容要深入淺出。因此,應加強案例教學,加強案例教學,激發(fā)學生興趣。在多媒體技術教學中,一方面在基礎部分增加了“VC++播放聲音的實現(xiàn)”、“BMP文件解析”、“YUV格式的顯示和存儲”等基礎案例,讓學生掌握聲音、圖像和視頻的基本文件格式,會親手實際程序播放這些媒體文件。同時,結合多媒體技術的各個方向,分別增加了“多媒體數(shù)據(jù)庫技術”、“虛擬現(xiàn)實技術”、“流媒體技術”等章節(jié),其實都是具體案例,此外,通過貼近生活的實例,加深學生對一些難點問題的理解。如在講解音頻編碼部分的子帶編碼時,結合啟發(fā)式教學,舉了這樣一個例子:一個可容納三輛車并排行駛(三車道)的高速公路,為什么會分快車道、小型車道、大型車道?同學們進行了認真的思考,并給出了答案:盡可能避免堵車。接著同學們的回答,將音頻傳輸中的通信信道看成是車道,在傳輸?shù)囊纛l信息看成是車,再進行子帶劃分和編碼,同學們很快就理解了子帶編碼的基本原理,并且印象深刻。

在與不少老師交流時,談起案例教學要盡可能貼近生活,讓學生易于理解。許多老師認為多媒體技術是專業(yè)課,更容易舉出貼近生活的案例,但對于專業(yè)基礎課,就難于舉出類似的例子。事實上,只要我們認真觀察生活,善于思考教學問題,這樣的例子比比皆是。如我曾講授過操作系統(tǒng),在虛擬存儲器一章中,有一個概念swap(交換),我就舉到了學生到食堂就餐這樣一件身邊的例子:在一個能容納100人的餐廳,能容納數(shù)百人就餐,就好比物理存儲器是100,并沒有得到擴展,但虛擬存儲器卻為數(shù)百,其實就是用到了交換的概念。

2.3結合科研,穿插本學科動態(tài)

多媒體技術內容多、技術新。要吸引學生的注意力,必須結合教師的科研實際和本學學科的發(fā)展現(xiàn)狀,引入學生感興趣的話題,激發(fā)他們的學習熱情。因此,在教學過程中,結合筆者的科研方向,介紹了我在北京航空航天大學攻讀博士期間所在的課題組開發(fā)的多個多媒體項目以及現(xiàn)在正負責的多個項目等,如采用語音識別技術開發(fā)的語音跟讀系統(tǒng),采用語音合成技術開發(fā)的機場航班播報系統(tǒng)合成技術以及采用視頻處理技術的香港邊防視頻監(jiān)控系統(tǒng)。同時,結合本學學科的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了嫦娥1號傳輸衛(wèi)星圖片的基本原理。既提高了學生的學習興趣,又拉近了學生與多媒體技術的距離,使學生不再感到多媒體技術僅僅是新穎的概念介紹和原理的闡述。

2.4實踐教學

由于多媒體技術是一門實踐性很強的課程,因此,實驗是課程設計必不可少的。針對不同的教學對象,可將實驗分為三個層次。第一層次主要側重驗證性實驗,可以音頻、視頻、圖像、動畫等媒體制作工具軟件(如Photoshop、CoolEdit、Premiere、3DMAX等)應用為主,目的是通過這些軟件的運用加深學生對多媒體技術的概念的理解。第二層次主要側重于設計性實驗,以Visual C++和Visual Basic等語言及開發(fā)包為主,目的在于掌握圖形、圖像、音頻、視頻、動畫等的簡單處理方法,為進一步開發(fā)多媒體應用打下基礎。第三層次主要側重于綜合性實驗,也以Visual C++和Visual Basic等語言及開發(fā)包為主,但實驗內容可提升至簡易視頻監(jiān)控、視頻會議的設計,甚至可擴展至畢業(yè)設計。目的是希望學生除了了解多媒體技術的基本概念,掌握各種技術原理外,還將具備初步的應用系統(tǒng)設計能力,能夠直接將所學知識用于工程實踐。此外,實驗不能僅限于學生被動接受,還應盡可能讓學生主動參與。為此,可充分利用課外科技課題,讓學生主動參與到老師的實際課題中。如蘇州大學配合國家大學生課外科技創(chuàng)新計劃、江蘇省大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃,廣泛開展了蘇州大學課外科技項目、莙政學者基金等課外科技項目立項。同時,成立了學生開發(fā)實驗室,與企業(yè)廣泛建立了校外實習基地和創(chuàng)新實驗室,讓學生開展相關課外科技項目開發(fā),理論聯(lián)系實際,強化學生實踐能力,拓展學生自主學習能力。如由筆者指導的“道路交通異常檢測與跟蹤”、多媒體技術課程建設小組劉純平老師指導的“基于視頻的汽車車牌自動識別管理系統(tǒng)”分獲國家大學生創(chuàng)新性實驗項目和江蘇省大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃立項資助,所指導的大學生在三年級選修多媒體技術課程時,參與到這些課外科技項目中,并在大學四年級上學期就有論文“基于局部熵的CMOS攝像頭疵點檢測”、“基于一次排序的改進Huffman編碼算法”被《計算機工程與應用》和《計算機應用與軟件》錄用。

2.5作業(yè)與考核

多媒體技術涉及內容廣、技術新,作為專業(yè)課,對這門課程的學習不能僅僅是了解相關概念。因此,在作業(yè)布置和考試方式上都要有所改變。結合這門課程的特點,在作業(yè)布置時,不能僅僅是書后習題,而應開拓學生的視野。為此,對應每章內容,布置一道大的思考題,要求學生自主查閱數(shù)字期刊,以學術論文的形式提交。如針對第一章,可以布置“多媒體技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢”,針對數(shù)字音頻處理,可以布置“數(shù)字音頻壓縮技術進展”等。同時,將平時作業(yè)、實驗和期末考試計入考試成績。在考試要求中,制定了“想得高分不易,想不及格更不容易”的策略,目的是激勵學生自主學習。讓學生清楚:只要課堂認真聽講、課后認真完成實驗和作業(yè),及格是理所當然的了。但是,要想得高分就要主動學習,下一番真功夫。從歷年的教學活動來看,效果不錯。

3結束語

本文結合筆者多年講授多媒體技術的實際,以筆者主編的國家“十一五”規(guī)劃教材為基礎,拋磚引玉,探討了多媒體基礎應用的教學方法。事實上,教學過程中很難做到千篇一律。因此,應結合教師的科研實際和學生的現(xiàn)狀,有針對性地安排多媒體課程的教學任務。

參考文獻:

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