王旭初

摘要：將小組合作分工法與課題驅(qū)動法有機(jī)結(jié)合并應(yīng)用于光電信息類《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)，通過引導(dǎo)學(xué)生以小組學(xué)習(xí)方式來解決與課程密切相關(guān)的課題任務(wù)，并貫穿于理論教學(xué)與上機(jī)實踐應(yīng)用之中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提高學(xué)生團(tuán)體合作能力，幫助學(xué)生加深對課程理論知識和實際應(yīng)用的理解。教學(xué)實踐表明將小組分工合作和課題驅(qū)動相結(jié)合的教學(xué)方法能提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)興趣，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，強(qiáng)化學(xué)生分析問題、團(tuán)隊合作和解決問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：小組合作；課題驅(qū)動；數(shù)字圖像處理；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）04-0119-02

《數(shù)字圖像處理》課程是光電信息類專業(yè)本科生重要的專業(yè)課，要求學(xué)生掌握圖像處理的基本理論、基本方法和實踐應(yīng)用。該課程學(xué)科交叉性較強(qiáng)，涉及學(xué)科領(lǐng)域較多，例如為了獲取圖像需了解光傳感器的結(jié)構(gòu)和成像機(jī)理，光學(xué)和電子學(xué)方面的基礎(chǔ)；為了表示圖像要用到矩陣論[13]、數(shù)學(xué)分析和隨機(jī)過程；為了壓縮對圖像需要了解信息論與編碼的基本理論；為了增強(qiáng)圖像需要熟悉人類視覺的生理和心理特點(diǎn) ，這給學(xué)生掌握本門課程增加了難度。而且，數(shù)字圖像處理課程的理論性和實踐性都較強(qiáng)，課程教學(xué)中存在著大量的數(shù)學(xué)公式及相關(guān)數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，需要學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，同時理論知識還需要學(xué)生上機(jī)編程實踐才能更好地透徹理解理論知識，這對學(xué)生的編程能力又提出了要求。這些都給學(xué)生更好的掌握和學(xué)習(xí)本門課程帶來了不小的難度。

目前，傳統(tǒng)的《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)模式以課堂教學(xué)為主、實驗為輔，學(xué)生對課堂上的大量公式和數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)感到枯燥和缺乏興趣，對部分抽象課程內(nèi)容難以理解。學(xué)生對理論實踐比較感興趣，然而僅僅學(xué)習(xí)過C、C++等通用型基礎(chǔ)性程序設(shè)計語言，對MATLAB等高級編程語言接觸較少，很難編程實現(xiàn)專業(yè)性的算法理論。造成學(xué)生對課堂知識點(diǎn)理解不充分，進(jìn)而對降低課程學(xué)習(xí)熱情，課后不能主動預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)課程知識，導(dǎo)致最終學(xué)習(xí)效果差，與課堂教學(xué)目的相偏離。為此，不少學(xué)者積極探索新的教學(xué)實踐方式[9-11，14，16，19，20]來提高數(shù)字圖像處理的教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課題驅(qū)動[1]是一種引人注目的教學(xué)方式，在教學(xué)中的應(yīng)用很多。[2-8，12]課題驅(qū)動教學(xué)[15]的教學(xué)方式將科研項目與理論教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生能具體了解到《數(shù)字圖像處理》在生活實踐中的應(yīng)用。

然而，上述教學(xué)方式以一種課題驅(qū)動的方式驅(qū)使學(xué)生學(xué)習(xí)，未充分調(diào)動學(xué)生主動性，且缺乏同學(xué)之間在學(xué)習(xí)過程中的溝通交流與幫助，不利于發(fā)揮團(tuán)體在學(xué)習(xí)過程中的作用。為此，本文將課題驅(qū)動與小組分工合作的教學(xué)方式相融合，該方法按照“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以課題任務(wù)為驅(qū)動，以小組合作的方式”的教學(xué)思路，利用實踐和小組相互幫助協(xié)調(diào)共同學(xué)習(xí)的方式鞏固和加深學(xué)生對課堂內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而提高學(xué)生的綜合能力。

1 “課題驅(qū)動”與“小組合作”的內(nèi)涵

“課題驅(qū)動”教學(xué)法源于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，將以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q課題任務(wù)為主的多維互動式教學(xué)理念，調(diào)動學(xué)生處于學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生根據(jù)對課題的理解，運(yùn)用既有知識和特有經(jīng)驗提出方案、解決問題。它尤其適用于以實驗性、實踐性、操作性較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，把與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合的科研課題作為載體，使學(xué)生通過完成特定任務(wù)來獲得知識與技能。“小組合作”學(xué)習(xí)是以合作學(xué)習(xí)小組為基本形式而進(jìn)行的一種教學(xué)活動，它強(qiáng)調(diào)人際交流對認(rèn)知發(fā)展的促進(jìn)功能，利用教學(xué)中動態(tài)因素之間的互動合作來共同達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)活動。這種教學(xué)法將班組授課制下個體間的學(xué)習(xí)競爭關(guān)系轉(zhuǎn)變成“組內(nèi)合作”、“組際競爭”的關(guān)系，將傳統(tǒng)教學(xué)中師生的單向或雙向交流轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘞蚪涣鳎谔岣邔W(xué)生學(xué)習(xí)效率的同時，能促進(jìn)學(xué)生間合作關(guān)系和社會適應(yīng)性的發(fā)展，增強(qiáng)了學(xué)生心理品質(zhì)，推動了職業(yè)素養(yǎng)技能的培育。

上述兩種教學(xué)方法各有優(yōu)點(diǎn)，但也有一些不足之處，比如，“課題驅(qū)動”教學(xué)法并未考慮學(xué)習(xí)者個體差異，而小組合作學(xué)習(xí)教學(xué)法則沒有考慮所依托的學(xué)習(xí)內(nèi)容。為此，可將兩者結(jié)合起來實施教學(xué)，教師通過布置課題任務(wù)，鼓勵學(xué)生采用小組合作學(xué)習(xí)的形式完成學(xué)習(xí)任務(wù)。這種教學(xué)方法融合了“合作探究”與“課題驅(qū)動”兩種教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在一些教學(xué)實踐中引起注意。在這種教學(xué)方式中，教師不僅僅擔(dān)任傳統(tǒng)知識傳授中的單向傳播者，而是要更多地發(fā)揮學(xué)生的積極性、能動性、合作性，以“課題驅(qū)動”幫助學(xué)生理解枯燥乏味的理論知識，以“小組合作”為手段，從而幫助學(xué)生更深層次地理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)團(tuán)隊意識等職業(yè)技能。

2 課題驅(qū)動—小組合作教學(xué)方法的實踐應(yīng)用

我們將上述課題驅(qū)動-小組合作分工的教學(xué)思想融和于光電信息類《數(shù)字圖像處理》教學(xué)過程，探索出一種較為實用的教學(xué)方法，主要包括以下四個實施部分：

1） 用于教學(xué)任務(wù)的課題設(shè)置。由于《數(shù)字圖像處理》涉及知識點(diǎn)繁多，而且與專業(yè)特點(diǎn)、專業(yè)實踐緊密結(jié)合，在課題任務(wù)設(shè)置中，注意考察課題的難度和特點(diǎn)，既要與教學(xué)大綱緊密結(jié)合，又要激發(fā)學(xué)生興趣，還應(yīng)有一定挑戰(zhàn)性。在課題來源選擇上，主要來源于最新研究領(lǐng)域及熱點(diǎn)和教師科研項目成果，比如人臉識別、人臉檢測、校門車牌識別，基于深度學(xué)習(xí)的圖像處理等。教師將最新的科研成果和研究熱點(diǎn)及時引入課堂教學(xué)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，促進(jìn)學(xué)生較早地參與科學(xué)研究，鍛煉他們的科學(xué)研究能力與創(chuàng)造能力。在第一次課上就對課題任務(wù)進(jìn)行介紹，并指出預(yù)期目標(biāo)，由易到難，讓學(xué)生初步認(rèn)識每個任務(wù)所涉及的圖像處理領(lǐng)域，要求學(xué)生圍繞課題任務(wù)開展自主學(xué)習(xí)，并在規(guī)定時間內(nèi)完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)。

2） 學(xué)習(xí)主體——合作學(xué)習(xí)小組的分工與職責(zé)。在本教學(xué)法中，合作學(xué)習(xí)不僅僅是一種個人的學(xué)習(xí)行為，更多表現(xiàn)為一種集體行為，需要學(xué)生有足夠的團(tuán)隊意識和積極的參與感。為了在公平基礎(chǔ)上兼顧學(xué)生間的差異，要在自愿基礎(chǔ)上精心設(shè)計結(jié)構(gòu)合理的合作小組，這決定著小組合作學(xué)習(xí)能否順利高效開展?？傮w而言，教學(xué)中遵循“各組實力盡量均衡，自愿組隊性格搭配”的原則，依據(jù)學(xué)生個人意愿，自主學(xué)習(xí)效果、性格特點(diǎn)、組織協(xié)調(diào)、口頭表達(dá)、編程能力等具體情況進(jìn)行分組，學(xué)生之間先自由搭配，接著進(jìn)行分組確認(rèn)，按照學(xué)生總?cè)藬?shù)對每組人數(shù)限定為5～6人，對于少數(shù)基礎(chǔ)較好、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的同學(xué)可允許4人組隊。同時，每組指定一名組長，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個小組的工作，每個學(xué)生均需承擔(dān)分解任務(wù)，不能存在僥幸心理，杜絕成員之間無所事事的現(xiàn)象。最終任務(wù)完成情況及小組分工等安排將在課堂上代表小組進(jìn)行階段匯報并接受同學(xué)提問評價。

3） 結(jié)合課題的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計。將課題內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，課程的教學(xué)內(nèi)容的組織與課堂設(shè)計應(yīng)該圍繞具體任務(wù)來進(jìn)行，注重針對課題的基本原理和基本流程來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性思考和知識拓展。對于教學(xué)大綱及課題中涉及的共同重點(diǎn)、難點(diǎn)等問題應(yīng)采用子專題的方式授課。在每個子專題授課前，應(yīng)布置學(xué)生收集資料，自學(xué)相關(guān)的背景介紹，啟發(fā)學(xué)生在學(xué)科發(fā)展視角來對某一項技術(shù)要點(diǎn)開展思考。在課堂討論中，引導(dǎo)學(xué)生形成意識問題-梳理問題-凝煉問題-解決問題的基本思路。課后，要求學(xué)生消化整理課堂討論的結(jié)果，積累解決問題必需的基礎(chǔ)知識，獲取解決問題的方法和手段并編程實現(xiàn)，最后對專題涉及的問題進(jìn)行總結(jié)和歸納。實踐環(huán)節(jié)的編程工具選擇方面，應(yīng)該注意課程性質(zhì)特點(diǎn)，不應(yīng)意味求難或求容易，可推薦學(xué)生選擇MATLAB平臺或Python等語言，要提醒學(xué)生在學(xué)習(xí)Basic，Java， C#等語言方面的預(yù)期困難和長遠(yuǎn)回報。與Microsoft Visual C++等復(fù)雜的編程環(huán)境相比，MATLAB平臺簡單，自帶的圖像處理工具箱集成了圖像處理函數(shù)，能幫助學(xué)生方便地實現(xiàn)如圖像讀取、圖像格式分析、圖像直方圖查看、灰度增強(qiáng)、直方圖均衡化、分水嶺分割等經(jīng)典的圖像處理算法，有利于學(xué)生快速上手，讓學(xué)生將主要精力放在對算法思想的理解上，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。在課程核心知識點(diǎn)的算法方面，例如圖像空域增強(qiáng)、圖像頻域增強(qiáng)、圖像邊緣檢測等，不允許學(xué)生直接調(diào)用系統(tǒng)自帶函數(shù)，而要求學(xué)生自行編寫，以達(dá)到透徹理解的程度。

在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計中，還應(yīng)當(dāng)注重激發(fā)學(xué)生的積極參與感。成員的積極參與性是小組合作任務(wù)順利進(jìn)行的關(guān)鍵和任務(wù)完成質(zhì)量的保證。課堂理論內(nèi)容盡量“精且少”，講解方式應(yīng)該在教師講解基礎(chǔ)上強(qiáng)化學(xué)生自學(xué)討論，避免過深、過泛的內(nèi)容講解，注重引入最新的研究成果和國內(nèi)外前沿知識，拓展本課程學(xué)習(xí)的深度與廣度，激發(fā)學(xué)生的積極參與性與學(xué)習(xí)成就感，加強(qiáng)學(xué)生對本學(xué)科的認(rèn)識和了解。通過投票評選表現(xiàn)最佳組員等多種方式，使學(xué)生在小組合作教學(xué)過程中獲得成就感，增加自信心。與此同時，對小組成員的分工和個人任務(wù)完成情況進(jìn)行了解，保證各盡其才，小組任務(wù)高質(zhì)量完成，避免學(xué)生之間在任務(wù)分配和調(diào)度方面會存在的一些問題和沖突，這對后續(xù)的小組任務(wù)進(jìn)行是極為不利的。

4） 課程評價方式的設(shè)置。為了在考核中體現(xiàn)學(xué)生參與小組合作任務(wù)的主動性與積極性，本文教學(xué)法可以采用課外作業(yè)、實驗作業(yè)、理論考試等相結(jié)合的形式來考核學(xué)生對課程的掌握情況，也可以把平時完成項目情況作為基本依據(jù)計入學(xué)生總成績；亦可增加上機(jī)操作，進(jìn)一步考查學(xué)生對MATLAB等語言的掌握情況。此時需要設(shè)定平時成績和理論考試成績的比例。為保證學(xué)生過程性學(xué)習(xí)的重要性，以項目完成情況作為依據(jù)的部分成績所占比例不宜太低。為進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性，還可以建立多樣化的考評機(jī)制，為此，在教學(xué)實踐中采取自我評價和小組相互評價的方式進(jìn)行，在匯報小組任務(wù)的時候，要求小組長及小組成員自我評分自我匯總得出統(tǒng)一權(quán)重的成績，接著，由開展了類似課題學(xué)習(xí)的其他小組對該組的情況進(jìn)行打分評價，最后由老師對最終成績進(jìn)行匯總判定。和老師單獨(dú)評價的方式相比較，采取小組自評和互評的方式更能激發(fā)學(xué)生參與意識，促進(jìn)評分成績的公平和公正，也有利于小組之間的借鑒學(xué)習(xí)，及時發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)本組的不足之處，更好地進(jìn)行后續(xù)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)和任務(wù)的推進(jìn)。這種考核方式能夠充分檢驗學(xué)生對課程重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的掌握程度，切實激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極主動性和提高他們的動手實踐能力。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，通過分析《數(shù)字圖像處理》教學(xué)中目前存在的部分典型問題，結(jié)合本學(xué)科的研究熱點(diǎn)、應(yīng)用場景以及授課教師的科研項目，將課題驅(qū)動教學(xué)法與小組合作學(xué)習(xí)法有機(jī)相結(jié)合，應(yīng)用于光電信息類數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)實踐中，鞏固了學(xué)生對課堂理論的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的分析問題、自主學(xué)習(xí)、編程實現(xiàn)、總結(jié)表達(dá)和解決實際問題的能力，讓學(xué)生真正地學(xué)以致用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。通過課后調(diào)查學(xué)生對課程教學(xué)的真實感受，大部分學(xué)生反映課題任務(wù)設(shè)置合適，有助于深入理解課程知識點(diǎn)，所有學(xué)生認(rèn)為采用小組合作方式學(xué)習(xí)效率更高，能更好地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，遇到問題同學(xué)之間的及時交流可以幫助解決。部分學(xué)生表示對于學(xué)習(xí)目的以及學(xué)以致用的理解更深。教學(xué)效果表明，該教學(xué)方法克服傳統(tǒng)教學(xué)方法所存在的弊端，較好地提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生較好地掌握數(shù)字圖像處理的核心內(nèi)容，了解當(dāng)代圖像處理的代表性成果和前沿趨勢，綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新素養(yǎng)明顯增強(qiáng)，為培養(yǎng)具有較強(qiáng)適應(yīng)能力的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才打下堅實的基礎(chǔ)，同時也提高了學(xué)生的團(tuán)隊合作能力，適應(yīng)了新世紀(jì)對信息技術(shù)人才的培養(yǎng)要求。 （下轉(zhuǎn)第123頁）

（上接第120頁）

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭紹青. 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的內(nèi)涵 [J]. 中國電化教育，2006，234（7）：57-59.

[2] 楊愛鑫.信息技術(shù)教學(xué)中基于任務(wù)驅(qū)動的小組合作教學(xué)法初探[J].教育與職業(yè)，2009（6）：142-143.

[3] 吳?；?， 王連山. 計算機(jī)軟件項目教學(xué)改革的實踐與探索—— 基于“任務(wù)驅(qū)動”的小組協(xié)作教學(xué)模式[J].考試周刊，2009（23）：11-12.

[4] 劉文杰，吳婷婷，鄭玉.基于任務(wù)驅(qū)動的小組協(xié)作Java教學(xué)模式研究[J].計算機(jī)教育，2010（20）：55-57，61.

[5] 賀斌.基于小組協(xié)作的“任務(wù)驅(qū)動”式教學(xué)探微[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，22（1）：102-105.

[6] 徐永明.淺談計算機(jī)教學(xué)中基于“任務(wù)驅(qū)動”的小組合作學(xué)習(xí)法[J].時代教育，2013（8）：59-60.

[7] 曲凌.任務(wù)驅(qū)動的小組教學(xué)法在實踐教學(xué)中應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2014，33（6）：200-203.

[8] 高月紅， 張小美. 《數(shù)字圖像處理》課程的驅(qū)動教學(xué)實踐[J]. 科技視界， 2016（3）：49-49.

[9] 肖志勇， 劉建軍， 宋曉寧，等. 《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)改革探索研究[J]. 教育教學(xué)論壇， 2017（3）：86-87.

[10] 馬 寧，周則明，梁妙元，鄭君杰. 任務(wù)驅(qū)動—小組協(xié)作教學(xué)法在《數(shù)字圖像處理》課程中的實踐應(yīng)用[J]. 教育教學(xué)論壇， 2017（1）：158-159.

[11] 呂朝輝. “數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革與實踐[J]. 高教論壇， 2010（11）：58-59.

[12] 金煒， 周亞訓(xùn). "數(shù)字圖像處理"課程項目驅(qū)動教學(xué)模式的實踐[J]. 中國電力教育， 2010（3）：82-83.

[13] 白阿拉坦高娃. 《線性代數(shù)》教學(xué)中矩陣?yán)碚撛趫D像處理中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2017， 14（1）：211-211.

[14] 李玉林. 基于項目教學(xué)法的圖形圖像處理課程改革初探[J]. 亞太教育， 2016（14）：265-265.

[15] 陳錫愛，王凌，王斌銳，鐘紹俊，鄭恩輝. 基于項目教學(xué)的圖像處理與模式識別課程教學(xué)改革研究[J]. 教育現(xiàn)代化，2017，（02）：42-43+51.

[16] 梁志貞， 江海峰， 楊小冬. 具有行業(yè)特色的《數(shù)字圖像處理》教學(xué)改革[J]. 現(xiàn)代計算機(jī)， 2015（23）.

[17] 賀東霞， 李竹林， 王靜. 淺談數(shù)字圖像處理的應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J]. 延安大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 2013， 32（4）：18-21.

[18] 李蓉， 周維柏， 劉文平. 以“三基”教學(xué)理念主導(dǎo)“圖像處理基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索[J]. 計算機(jī)時代， 2017（1）：69-72.

[19] 寧紀(jì)鋒. 數(shù)字圖像處理教學(xué)改革研究與探索[J]. 中國電力教育， 2013（34）：122-123.

[20] 陳 奮. 數(shù)字圖像處理課程的理論教學(xué)和實踐教學(xué)探討[J]. 大學(xué)教育，2017（9）：27-29.