賈永紅，付仲良，孫和利

(武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079)

數(shù)字圖像處理是一門(mén)國(guó)家精品、國(guó)家精品資源共享課，該課程現(xiàn)成為測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)、遙感科學(xué)與技術(shù)等的大類(lèi)平臺(tái)核心課程之一。該課程要求學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本概念、原理、算法及其應(yīng)用，為從事遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、測(cè)繪工程、電信工程、通信、印刷等專(zhuān)業(yè)奠定基礎(chǔ)[1]。該課程于2016年9月獲批武漢大學(xué)第二批大規(guī)模開(kāi)放在線課程(massive open online course，MOOC)建設(shè)名單，制作過(guò)程從2017年2月一直持續(xù)到2017年10月,2018年2月26日正式在中國(guó)大學(xué)MOOC發(fā)布與應(yīng)用，第一輪教學(xué)選課人數(shù)達(dá)到10 000多人，非常令人鼓舞，取得了意想不到的教學(xué)效果。本文主要介紹數(shù)字圖像處理的MOOC建設(shè)與應(yīng)用情況。

1 課程設(shè)計(jì)與制作

圖1是數(shù)字圖像處理MOOC研發(fā)、教學(xué)實(shí)施和教學(xué)效果評(píng)價(jià)的技術(shù)路線圖。

MOOC研發(fā)中，為了提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)的興趣,加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理課程教學(xué)的高效性，供學(xué)生學(xué)習(xí)使用的教學(xué)視頻是最主要的教學(xué)資源，是課程建設(shè)中的重中之重。還包括教材、課件、作業(yè)、章節(jié)測(cè)試和期終考試等學(xué)習(xí)資源。視頻制作可選擇在教室(現(xiàn)場(chǎng)或非現(xiàn)場(chǎng))、專(zhuān)業(yè)攝影棚和其他場(chǎng)所錄制。為了保證教學(xué)視頻制作質(zhì)量并減少制作上的瑣事，數(shù)字圖像處理教學(xué)視頻由MOOC制作公司在專(zhuān)業(yè)攝影棚錄制與后期加工，課程團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)課程設(shè)計(jì)、PPT制作、腳本編寫(xiě)、知識(shí)點(diǎn)講解和視頻審校，以及其他教學(xué)資源建設(shè)。

數(shù)字圖像處理MOOC設(shè)計(jì)將10章教學(xué)內(nèi)容拆成了41個(gè)知識(shí)點(diǎn)。根據(jù)任課教師的專(zhuān)長(zhǎng)分配授課知識(shí)點(diǎn)，各位老師負(fù)責(zé)搜集整理素材制作PPT，精心編寫(xiě)好腳本。為了讓學(xué)生用盡可能少的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)更多的學(xué)習(xí)產(chǎn)出，要求各知識(shí)點(diǎn)的視頻長(zhǎng)度控制在15 min以?xún)?nèi)，以防止學(xué)生出現(xiàn)學(xué)習(xí)疲憊的情況。腳本準(zhǔn)備就緒后聯(lián)系MOOC制作公司約定錄制時(shí)間。MOOC公司將制作的視頻初稿交老師審校，MOOC制作公司根據(jù)審校意見(jiàn)進(jìn)行編輯，直至復(fù)審無(wú)誤。

圖1 MOOC研發(fā)與應(yīng)用流程

為了評(píng)價(jià)MOOC教學(xué)實(shí)施成效，構(gòu)建了多層次、多方式的考核體系[2]，設(shè)計(jì)了線上、線下評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)定學(xué)生課程成績(jī)的考核內(nèi)容包括單元測(cè)試、平時(shí)作業(yè)、討論活躍度和期末考試4個(gè)部分，采用學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的形式?？偡譃?00分，其中作業(yè)和單元測(cè)試分別占15%，課程討論活躍度占10%，期末考試成績(jī)占60%。80分及以上為優(yōu)秀，60分至79分為合格。

學(xué)習(xí)評(píng)測(cè)也必不可少。為及時(shí)檢查學(xué)生對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)階式學(xué)習(xí)，視頻中需要有測(cè)試題庫(kù)。在一個(gè)片段、一個(gè)章節(jié)、多個(gè)章節(jié)完結(jié)時(shí)，相應(yīng)測(cè)試題庫(kù)能及時(shí)彈出來(lái)供學(xué)生回答。只有答案正確后，方可繼續(xù)下面的學(xué)習(xí)。

測(cè)試題庫(kù)應(yīng)包括片段測(cè)試、章節(jié)測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試，題目類(lèi)型以選擇題為主，學(xué)生可自主評(píng)判解答。教師還需給學(xué)生布置線下作業(yè)。形式以開(kāi)放主觀試題為主，考查學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力。題型以計(jì)算題、思考題、討論題為主。通過(guò)此類(lèi)題目，讓學(xué)生思考、深化、拓展視頻所學(xué)內(nèi)容，也便于教師及時(shí)了解學(xué)生的知識(shí)掌握狀況。

單元測(cè)試題目以客觀題為主，利用平臺(tái)測(cè)評(píng)的方式及時(shí)反饋測(cè)評(píng)結(jié)果，學(xué)生可以及時(shí)了解自身學(xué)習(xí)效果，鞏固所學(xué)知識(shí)，能有效避免“走馬觀花”式的學(xué)習(xí)。

課后作業(yè)以計(jì)算題、思考題、討論題為主，讓學(xué)生思考、深化、拓展視頻所學(xué)內(nèi)容，考查學(xué)生應(yīng)用知識(shí)能力。采用同學(xué)互評(píng)的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，既可培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性，又可減少教師工作量。

期末考試由客觀題試卷和主觀題試卷兩部分組成。客觀題覆蓋各章的重要知識(shí)點(diǎn)，以選擇題的形式呈現(xiàn)?？陀^題試卷分值由機(jī)器測(cè)評(píng)自動(dòng)生成，大大減少教師閱卷的工作量。主觀題試卷以問(wèn)答題為主，由教師進(jìn)行閱卷，主要考查學(xué)生對(duì)課程基礎(chǔ)理論的理解。每套試卷的題目和選項(xiàng)順序隨機(jī)打亂發(fā)布給考生，能有效避免作弊現(xiàn)象的發(fā)生。

討論區(qū)在MOOC建設(shè)中顯得尤為重要，因?yàn)樵谟懻搮^(qū)中，師生、生生互動(dòng)交流，不僅學(xué)生能夠提出在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的疑問(wèn)，參與討論，還可以自由發(fā)表對(duì)課程、主講教師的看法，這能夠幫助教學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的問(wèn)題，進(jìn)一步完善課程建設(shè)。

若學(xué)生的綜合成績(jī)達(dá)到考核分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)，即可獲得課程合格(優(yōu)秀)證書(shū)。

2 MOOC教學(xué)實(shí)踐

中國(guó)大學(xué)MOOC是由愛(ài)課程網(wǎng)攜手網(wǎng)易云課堂打造的國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)的中文MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)。為開(kāi)展MOOC教學(xué)，需將數(shù)字圖像處理MOOC資源上傳到中國(guó)大學(xué)MOOC上。為此先要向?qū)W校本科生院提出申請(qǐng)，然后由學(xué)校組織專(zhuān)家審核后，再提交給中國(guó)大學(xué)MOOC運(yùn)營(yíng)方。獲批后，中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)會(huì)提供一個(gè)賬號(hào)，用賬號(hào)登錄，即可上傳課程資源，開(kāi)展MOOC教學(xué)。圖2是中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)數(shù)字圖像處理視頻教學(xué)截圖。

圖2 MOOC教學(xué)視頻截圖

MOOC教學(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)的區(qū)別之一是在傳統(tǒng)課程中，課堂時(shí)間有限，以老師作為主導(dǎo)傳遞知識(shí)，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，缺少自我思考和互相討論的時(shí)間。而MOOC平臺(tái)提供一個(gè)跨越時(shí)空的交流環(huán)境[3]，通過(guò)資源和信息開(kāi)放及網(wǎng)絡(luò)傳播，注冊(cè)課程的學(xué)習(xí)者選課后，按照教學(xué)計(jì)劃自行規(guī)劃學(xué)習(xí)進(jìn)度，按照自身意愿和學(xué)習(xí)情況進(jìn)行主動(dòng)選擇，通過(guò)互動(dòng)空間進(jìn)行網(wǎng)上留言、在線交流、在線答疑和在線測(cè)試等多種形式，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的無(wú)障礙交流，讓學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠?qū)W(xué)習(xí)進(jìn)展、學(xué)習(xí)方法進(jìn)行自我監(jiān)控、自我反饋和自我調(diào)整，提高自主學(xué)習(xí)和思考的能力[4]。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)時(shí)間支配上更加靈活和彈性，模塊化教學(xué)有利于學(xué)生利用碎片化時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)[5]。

教師的角色不再是在課堂講授知識(shí)和傳授知識(shí)，而是讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)觀看相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的視頻，教師通過(guò)課程后臺(tái)數(shù)據(jù)和討論區(qū)留言了解課學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)課程設(shè)置中存在的問(wèn)題，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)加以點(diǎn)撥和引導(dǎo)[6]。教師通過(guò)測(cè)試結(jié)果分析學(xué)生學(xué)習(xí)情況，給予個(gè)性化的學(xué)習(xí)反饋和學(xué)習(xí)資源推薦，并對(duì)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

對(duì)于在校生，以遙感學(xué)院2016級(jí)遙感信息工程方向本科生為教學(xué)對(duì)象，開(kāi)展了MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐。先根據(jù)數(shù)字圖像處理教學(xué)內(nèi)容在課程中的地位、意義、特點(diǎn)等和教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)教學(xué)方案和學(xué)習(xí)指南供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。每次上課會(huì)將下次課講述的內(nèi)容布置給學(xué)生，同時(shí)將與課程內(nèi)容相關(guān)的視頻、試題、PPT教學(xué)內(nèi)容給學(xué)生發(fā)布出去，將課堂內(nèi)容學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)移到了課前。課前讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)觀看相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的視頻，在上課時(shí)，把學(xué)生課程學(xué)習(xí)遇到的問(wèn)題進(jìn)行歸納；通過(guò)設(shè)疑、質(zhì)疑、交互討論、講解共性難點(diǎn)等形式，教師、同學(xué)交流與互動(dòng)進(jìn)行問(wèn)題解答，從而有效幫助學(xué)生掌握重點(diǎn)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的“內(nèi)化”和自身的個(gè)性化發(fā)展，提高學(xué)習(xí)效率。

3 課程考核與評(píng)價(jià)

數(shù)字圖像處理課程于2018年2月26日開(kāi)始第一輪MOOC教學(xué)，歷時(shí)3個(gè)月。根據(jù)平臺(tái)提供的課程數(shù)據(jù)顯示，共計(jì)10 205人選課，超過(guò)傳統(tǒng)的課堂教學(xué)規(guī)模，體現(xiàn)了MOOC平臺(tái)教學(xué)學(xué)生規(guī)模大的特點(diǎn)。207人次參與討論，范圍覆蓋包括對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，作業(yè)和測(cè)試中遇到的問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用中遇到的困難及對(duì)課程設(shè)置中存在問(wèn)題的反饋等。圖3所示是課程選課人數(shù)統(tǒng)計(jì)圖，從圖3中不難發(fā)現(xiàn)課程累計(jì)參與人數(shù)與選課人數(shù)相差不大，而圖4顯示課程中完成作業(yè)與考試的人數(shù)不多，并隨著學(xué)習(xí)過(guò)程呈梯度式減少。有關(guān)研究報(bào)告顯示，低完成率是MOOC存在的普遍問(wèn)題[7-8]。造成這種現(xiàn)象是由多種因素導(dǎo)致的，其中學(xué)習(xí)的主動(dòng)性是影響MOOC課程完成率的關(guān)鍵要素[9-10]。此外，存在一部分學(xué)生僅觀看視頻，選擇符合自身需求的部分學(xué)習(xí),而不參與測(cè)試與作業(yè)。

圖3 課程累計(jì)參加人數(shù)

在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，將2016級(jí)遙感信息工程方向本科生MOOC教學(xué)和遙感學(xué)院2016級(jí)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)方向本科生采用常規(guī)教學(xué)的學(xué)情進(jìn)行對(duì)比分析，主要從期末考試成績(jī)和課程實(shí)習(xí)兩方面進(jìn)行教學(xué)效果分析。兩個(gè)班級(jí)采用同一套期末考試試卷，前者比后者平均分值高出15%，不及格率下降50%；按時(shí)完成實(shí)習(xí)優(yōu)良率高出10%，平均成績(jī)高出23%。分析學(xué)生成績(jī)結(jié)果表明，MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和問(wèn)題解決能力，加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度，從而促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的提高。

圖4 單元測(cè)試、單元作業(yè)和考試參與情況

4 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)字圖像處理MOOC建設(shè)與應(yīng)用吸引了大量來(lái)自全國(guó)各地的學(xué)者參與，通過(guò)線上教學(xué)與混合教學(xué)，更多的學(xué)生突破教育背景和時(shí)空的約束參與到課程學(xué)習(xí)中，極大地提高了教學(xué)規(guī)模，MOOC平臺(tái)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的共享，加強(qiáng)了師生間的交流互動(dòng)，提高了學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)了自我學(xué)習(xí)和自我管理的能力，有助于教學(xué)改革的深化和教學(xué)質(zhì)量的提升。