徐晨光 張紹泉 鄧承志

摘要：新工科建設(shè)對南昌工程學(xué)院《數(shù)字圖像處理實驗》課程提出了新的要求。作為應(yīng)用型為主的實驗課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不利于培養(yǎng)未來新工科所需的人才。PBL教學(xué)模式能夠較大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)生潛能，增強(qiáng)學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與老師間的協(xié)作配合能力。文章把PBL教學(xué)模式引入到《數(shù)字圖像處理實驗》課程中，從優(yōu)化教學(xué)方法、考核方式、角色互換等多方面出發(fā)，以提高和完善我校該課程目前現(xiàn)有的實踐教學(xué)方式和教學(xué)質(zhì)量為目的，為應(yīng)用型為主的實驗課程的教學(xué)模式提供借鑒。

關(guān)鍵詞：PBL;數(shù)字圖像處理;實驗課程;教學(xué)改革

一、引言

基于問題的學(xué)習(xí)（problem-based Leanling，簡稱 PBL），發(fā)端于 20 世紀(jì) 60 年代西方醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域內(nèi)的改革，巴羅斯教授制定的“三年規(guī)劃”標(biāo)志著 PBL 的誕生[1]。國外最早使用 PBL 進(jìn)行教學(xué)的是美國的神經(jīng)病學(xué)教授霍爾德·巴羅斯（Howard Barrows） [2]在加拿大的麥克馬斯特大學(xué)首創(chuàng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)要圍繞著具體而復(fù)雜的任務(wù)和問題展開，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、反思式學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生高級思維能力[3-4]。而我國則在 1986 年引入該模式，并在上海第二醫(yī)科大學(xué)和原西安醫(yī)科大學(xué)進(jìn)行嘗試引入[5-6]，近年來教育者們在各個不同的領(lǐng)域中都引入了 PBL 模式。該模式被譽(yù)為“多年來專業(yè)教育領(lǐng)域最引人注目的革新”[7]。在新時代新工科背景下，培養(yǎng)符合 PBL 的學(xué)習(xí)模式，能夠較大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)生潛能，增強(qiáng)學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與老師間的協(xié)作配合能力[8]。

《數(shù)字圖像處理實驗》課程是電子信息類專業(yè)的必修實驗課程，是理論教學(xué)的補(bǔ)充，是理論與實踐相結(jié)合的總要手段之一，也是一門涉及多學(xué)科的交叉實踐課程[9]。涉及到的相關(guān)專業(yè)有電子信息工程、通信工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和自動化專業(yè)等。同時也是機(jī)器視覺、多媒體通信技術(shù)等的必備基礎(chǔ)實踐課程。

目前，在我校大多數(shù)實驗環(huán)節(jié)，往往習(xí)慣于“教師講、學(xué)生聽”的授課模式，而且在大部分傳統(tǒng)的教學(xué)方式上，教師和學(xué)生對課程的實踐部分都不夠重視，導(dǎo)致實踐與理論相互脫離，學(xué)生在課本上所學(xué)的知識無法與實踐內(nèi)容結(jié)合起來。在新時代新工科背景下，研究如何將 PBL理念引入到《數(shù)字圖像處理實驗》課程教學(xué)的改革，對于提升課程教學(xué)理念內(nèi)涵、培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力、適應(yīng)社會、行業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求等方面具有重要意義。

二、《數(shù)字圖像處理實驗》課程的傳統(tǒng)教模式

2.1 傳統(tǒng)的教學(xué)模式

以前，我?！稊?shù)字圖像處理實驗》課程和大多數(shù)實驗課程的教學(xué)模式一樣，都是老師介紹、講解、演示后再指導(dǎo)學(xué)生操作。當(dāng)學(xué)生進(jìn)行某一實驗時，指導(dǎo)教師會先對該實驗的原理和方法、實驗?zāi)康?、要求、注意事項、實驗步驟等等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的講解和演示，一直到得到實驗結(jié)果。然后要求學(xué)生重復(fù)老師操作過程，對照實驗指導(dǎo)書做錯相同的結(jié)果，最后經(jīng)過檢驗合格就算實驗通過[10]。

長期以來，指導(dǎo)教師和學(xué)生都已經(jīng)習(xí)慣于這種“教師講、學(xué)生聽”的授課模式。采用這種教學(xué)模式，每個實驗的內(nèi)容都是從基礎(chǔ)理論到簡單實踐，完成的實驗都是本實驗課程內(nèi)的最簡單的內(nèi)容，與其他實驗、方法、技術(shù)基本沒有關(guān)聯(lián)性。這樣零散的既定的實驗很難使學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理的整個處理過程，無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，無法從整體上去了解數(shù)字圖像處理的原理。例如，在圖像去噪的實驗中，如果按照目前的實驗內(nèi)容，學(xué)生很容易通過實驗指定的方法完成圖像去噪。但是，換成別的圖，給定的方法就不一定適用。對其他不確定噪聲的圖像，如何選取較好的去噪方法，就不是一個簡單的問題了。

2.2 傳統(tǒng)的考核方式

以前，我?！稊?shù)字圖像處理實驗》課程與其他課程一樣，都是以分?jǐn)?shù)來體現(xiàn)學(xué)生的成績和名次的。實驗課程的分?jǐn)?shù)主要由現(xiàn)場操作、考勤和實驗報告完成情況等幾部分組成，由于各實驗要求完成的實驗內(nèi)容形式單一且簡單，所以很難從實驗過程上區(qū)分出學(xué)生的掌握情況。經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生的成績基本相近的情況。這樣的考核評價方式明顯暴露出采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行實驗教學(xué)存在的弊端。

三、PBL 模式的《數(shù)字圖像處理實驗》課程的教學(xué)改革

3.1 基于PBL的教學(xué)模式

基于PBL的教學(xué)模式，是先給學(xué)生布置“問題”，讓學(xué)生按小組自己去想辦法，通過查資料、試驗研究、探索等等一系列工作直至解決“問題”。在解決問題的過程中，學(xué)生起主導(dǎo)作用，教師起輔助、協(xié)調(diào)、保證安全等作用。這種教學(xué)模式不僅對學(xué)生是一種挑戰(zhàn)，對指導(dǎo)教師也是一種考驗。因此，對教師和學(xué)生而言，這種教學(xué)模式的改變不可避免地存在障礙性問題。要解決這一問題，需要對上課學(xué)生進(jìn)行實驗前的說明，讓學(xué)生充分認(rèn)識實施PBL教學(xué)模式的重要意義，了解教學(xué)過程，課前做好充分準(zhǔn)備，參加并完成學(xué)習(xí)任務(wù)。同時對實驗課教師進(jìn)行一定的技術(shù)能力和組織能力的培訓(xùn)，提高PBL教育能力。

在前面應(yīng)對不確定噪聲圖像去噪的例子中，解決這一問題，需要學(xué)生在實驗之前，進(jìn)行學(xué)習(xí)、查資料、研究、探討等大量的準(zhǔn)備工作。同樣，也要求指導(dǎo)教師不能只有單一實驗的技能和知識，還要具有豐富的知識、指導(dǎo)能力、組織能力來幫助或解決教學(xué)過程中學(xué)生面臨的問題。

3.2 基于PBL的考核方式

PBL教學(xué)模式注重學(xué)生的綜合能力，如查閱資料能力、團(tuán)結(jié)合作能力、創(chuàng)新思維能力、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力[11]等等。所以，對學(xué)生成績的考核方面，與傳統(tǒng)的教學(xué)方法截然不同。PBL教學(xué)模式更注重解決問題的過程，可以解決采用傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)生成績拉不開檔次的問題。但是，對指導(dǎo)教師的要求更加嚴(yán)格，要求指導(dǎo)教師認(rèn)真抓好PBL教學(xué)過程，掌握學(xué)習(xí)小組的每位成員的平時表現(xiàn)，根據(jù)完成任務(wù)（即解決問題）所做的貢獻(xiàn)，公平合理給學(xué)生評定成績。

3.3 PBL模式下角色互換

PBL教學(xué)模式，師生角色發(fā)生了很大的變化。從以教師教為主的“講授”模式轉(zhuǎn)變成“以學(xué)生小組為中心研究討論解決問題”的模式。在這種模式下，教師需要不斷提升個人的能力，培養(yǎng)具備PBL教學(xué)模式所需的組織能力、管理能力和創(chuàng)新思維能力。學(xué)生需要以小組的形式，針對“問題”去查閱資料、研究討論、互相合作、回顧反思進(jìn)而解決問題。要求學(xué)生投入大量的課外時間，具有學(xué)習(xí)主動性、積極性，具有團(tuán)隊意識和合作能力，還要求學(xué)生在尋求答案的過程中發(fā)揮創(chuàng)新思維能力[12]。學(xué)校需要建設(shè)PBL專用題庫，該題庫是針對“問題”的設(shè)置和制定多種解決“問題”的方案而設(shè)計的。題庫中“問題”的設(shè)計，不僅要符合《數(shù)字圖像處理實驗》的教學(xué)目標(biāo)要求，還要配合專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，遵從知識綜合性、真實可用性、趣味性、研究探索性、結(jié)果可驗證性及答案不唯一性等原則，而且要在內(nèi)容和格式方面規(guī)范化[13]。

四、已有成效

通過三年持續(xù)不斷的PBL教學(xué)模式《數(shù)字圖像處理實驗》課程的改革和實踐，學(xué)生對PBL教學(xué)模式認(rèn)可度和認(rèn)同感有很大的提高，課程的分?jǐn)?shù)和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力也逐年增加。學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力增強(qiáng)，我校電子信息工程和通信工程專業(yè)近三年學(xué)生參加國家級、省級、校級的比賽積極程度增加，獲獎率也逐年增多。獲得省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目十余項，國家級項目3項目。

本文將 PBL 理念引入到《數(shù)字圖像處理實驗》課程的教學(xué)中，通過優(yōu)化教學(xué)方法、考核方式、角色互換等多方面對本?！稊?shù)字圖像處理實驗》課程進(jìn)行完善和創(chuàng)新，并取得了初步的成效。這些成果也為應(yīng)用型為主的實驗課程教學(xué)模式改革提供了較好的經(jīng)驗，具有一定的推廣價值。

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作者簡介

徐晨光（1985-），男，南昌工程學(xué)院信息工程學(xué)院，中級。（江西 南昌330099）

基金項目

本文系南昌工程學(xué)院教學(xué)改革研究課題 （項目編號： 2020JG028）;江西省教育科學(xué)規(guī)劃課題（項目編號：21YB218）;江西省學(xué)位與研究生教育教學(xué)改革課題（項目編號：JXYJG-2016-162）