楊絮　王宇　安曉峰

摘要：隨著人工智能和機器學習的快速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)已成為最流行的信號處理手段。針對傳統(tǒng)《數(shù)字圖像處理》教學一直存在課時少、教學模式單一、學生參與度低等問題，該文借助智能信息技術(shù)，結(jié)合自組織學學習理念，構(gòu)建了兩形式、三階段有機結(jié)合的線上線下教學模式，制訂多元、立體化考核評價方案，激發(fā)學生的主觀能動性，使學生不僅掌握圖像處理的基礎知識，而且可以提升應用實踐能力。經(jīng)過2年實踐，證明該教學模式是有效的。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理混合式教學模式線上模式線下模式自組織學學習理念

中圖分類號：G421文獻標識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Teaching Research of Online and Offline Hybrid First-Class Course

Digital Image Processing

YANG Xu1? WANG Yu1? AN Xiaofeng2

（1.Changchun University of Science and Technology; 2.? Jilin Engineering Normal University， Changchun， Jilin? Province，130022? China）

Abstract： With the rapid development of artificial intelligence and machine learning， digital image processing technology has become the most popular means of signal processing. In view of the problems of few class hours， single teaching mode and low student participation in the traditional teaching of Digital Image Processing， with the help of intelligent information technology and the learning concept of self-organization， this paper constructs an online and offline teaching mode with the organic combination of two forms and three stages， and formulates a diversified and three-dimensional assessment and evaluation scheme to stimulate students' subjective initiative， So that students can not only master the basic knowledge of image processing， but also improve their application and practice ability. After two years of practice， it is proved that this teaching mode is effective.

Key Words： Digital image processing; Hybrid teaching mode; Online mode; Offline Mode; Self-organization learning concept

1 《數(shù)字圖像處理》傳統(tǒng)教學模式存在的問題

1.1線下教學模式存在的問題

1.1.1課時少內(nèi)容多

在大多數(shù)高等院校中，《數(shù)字圖像處理》為專業(yè)課，課時較少，但是該課程綜合性極強、章節(jié)相對分散獨立、概念相對抽象[1]。該門課程涉及教學內(nèi)容也較多，由于時間的原因，教學一般講解7～8章，主要包括圖像的獲取和預處理基本運算、圖像變換、圖像增強、圖像復原、圖像壓縮編碼、圖像分割、彩色圖像處理等，同時還有相對應的實驗教學。因此線下教學模式由于課時少導致在課堂上老師專注講解，和學生互動環(huán)節(jié)的時間比較少，無法及時得知學生的掌握情況，從而導致學生在課堂上的積極性下降，學習效果不好，教學質(zhì)量無法得以保證[2]。

1.1.2模式單一

線下教學時，理論知識課堂老師采用PPT講解的方式進行，學生機械地聽講，完全處于被動的學習狀態(tài)，尤其對于數(shù)字圖像處理這種圖片分析較多，需要自己動手實踐才能深刻理解的課程，這樣的教學模式不僅會使課程學習不深入，而且慢慢導致學生失去對課程的興趣，從而導致學生對知識的消化困難，教學效果不佳。

1.1.3學生參與度低

傳統(tǒng)的線下教學模式，教師以課堂講授為主，學生開始選課時擁有的興趣隨著課程的難度加大逐漸消失，只是被動地機械接受知識，缺乏師生互動環(huán)節(jié)，導致教學難以持續(xù)提高。

1.2線上教學模式存在的問題

2020年疫情期間，課程采取單一的線上教學模式，雖然保證了學生的“停課不停學”，但是線上教學存在著眾多弊端。一是學生自制力差、監(jiān)管不到位;學生存在刷課現(xiàn)象，播放著教學視頻同時做其他無關(guān)的事情，教師的講解根本沒人聽;二是存在客觀因素，比如網(wǎng)絡可能隨時出現(xiàn)問題或者有的同學不具備電腦設備，使用手機進行聽課，對于數(shù)字圖像處理的實驗并沒有用電腦實際操作，無法將理論知識和實際操作相結(jié)合;三是考試無法保證、成績無法評判;存在各種因素導致考核無法正常公平進行，從而導致成績評定結(jié)果無法保證。

1.3線上線下混合式教學方式

線上線下混合式一流本科課程是一流本科課程建設的重要著力點[3]，同時為了配合工程教育專業(yè)認證、“一流本科”教學和“金課”建設的要求，同時彌補傳統(tǒng)教學方式的不足，針對數(shù)字圖像處理課程，利用信息技術(shù)，搭建網(wǎng)絡教學平臺，建設網(wǎng)絡教學資源，形成線上線下兩種形式相混合的教學模式，實現(xiàn)課前、課中、課后三階段有機結(jié)合的教學內(nèi)容和教學形式，體現(xiàn)網(wǎng)絡教學與實體課堂教學的結(jié)合，體現(xiàn)現(xiàn)代化教學手段對教學的促進作用，體現(xiàn)以學生為中心、加強能力培養(yǎng)的理念，達到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、提高教學質(zhì)量的顯著成效。

2 線上線下教學模式的實踐過程

《數(shù)字圖像處理》課程線上線下結(jié)合式教學從教師、學生兩個角度出發(fā)，構(gòu)建在線學習、課堂學習兩種形式，課前、課中、課后三階段相呼應的教學模式。在線學習借助雨課堂、中國慕課MOOC軟件開展教學。使用雨課堂教師可以將自己的教學資料和課后評價等內(nèi)容發(fā)送給學生，同時接收學生的學習情況結(jié)果。通過中國慕課MOOC中教學視頻擴展學習，例如：學生觀看空間域圖像增強的學習講解教學視頻自行進行拓展和深入學習。線下課堂學習師生互動式教學，提高課堂的教學質(zhì)量，學生個性化學習，教師個性化進行指導，提高教學效率。

2.1課前線上學習

2.1.1教師線上活動設計

以培養(yǎng)具有家國情懷的社會主義“新工科”人才為目標，采用將思政教育融入課程教學之中，通過點點滴滴的啟迪，打造有溫度的課程。因此教師在課前階段通過雨課堂發(fā)布對應章節(jié)的教學資源和思政教學內(nèi)容，引導學生從馬克思辯證唯物主義哲學角度理解圖像的一般規(guī)律和研究方法，增強學生的馬克思主義理論自信感[4]。同時教師將本節(jié)課的教學任務和課前測試習題下發(fā)給學生，引導學生結(jié)合所發(fā)送的資料進行自組織學習。教師可以通過QQ群反饋學生學習情況，督促學生完成雨課堂任務。

2.1.2學生線上活動設計

課前學生結(jié)合自身學習能力選擇不同的學習方式，對于學習能力強的同學，可以結(jié)合教師所發(fā)的資料自主學習，對疑問知識點做出標記，利用網(wǎng)絡資源進行自我答疑或者在課堂向教師請教;學習能力相對差點的同學可以協(xié)作學習，與同學共同討論，所有同學完成相應學習任務后參加課前測試，檢測自學結(jié)果，最后學生帶著問題課堂上針對性聽課[5]。

2.2課中課堂學習

2.2.1教師課堂講解

課堂使用傳統(tǒng)黑板和電子屏幕相結(jié)合，教師理論講授環(huán)節(jié)著重核心知識的梳理，以學生為中心，按照OBE（Outcomes-based Education）教學理念，對知識體系進行梳理，編制課程幾個章節(jié)的思維導圖。上課時學生可以按小組坐在一起討論問題，拓展思維和學習方法，教師講授完列舉出各個小組討論的問題，實現(xiàn)互動式學習。對每個組不同的疑問教師進行針對化講解，個性化指導，實現(xiàn)以學生為主體的學習環(huán)境。課堂上師生的互動不僅會答疑解惑，還可以鍛煉學生的分析問題能力。

2.2.2學生課堂學習

課堂上學生主要結(jié)合課前學習時不懂疑問聽講，有針對性的聽課，對教師列舉的小組問題討論學習，充分調(diào)動了學生學習的積極性，相互幫助學習，同時保證每個學生都能和教師互動。最后以組為單位協(xié)作學習，匯報小組學習成果并且整理后通過雨課堂提交測試答案，使老師得到學生知識掌握情況的反饋，及時進行下一步的教學。

2.3課后在線學習

2.3.1教師課后總結(jié)

教師在課程結(jié)束后，通過中國慕課MOOC平臺提供拓展學習資料，如數(shù)字圖像處理MOOC空間域圖像增強教學視頻和實體翻轉(zhuǎn)課堂形式，引導學生自主深度學習。最后教師綜合學生通過雨課堂反饋得到的總結(jié)報告，學生測驗后的教學成果等信息反思教學效果，來改進下一次課程的教案設計、資料總結(jié)、測試題設計和課外拓展資料難度的選擇，結(jié)合大數(shù)據(jù)進行學生學習情況分析，督促學習狀況。

2.3.2學生課后反思

首先，學生在聽完課程講解后，繪制出各章節(jié)的思維導覽圖，構(gòu)建課程知識體系，將知識融會貫通，做到聽完課后頭腦中有完整的理論體系，為實驗實踐型學習打下堅固的基礎，圖1為18級學生繪制課程章節(jié)思維導圖。

其次，學生對測試結(jié)果進行分析，從中反思與總結(jié)，仍具有疑問的知識點可以通過QQ群再次反饋給教師進行解答。學有余力的同學利用網(wǎng)絡擴展資源進行深度學習，深度理解數(shù)字圖像處理課程的難點。實驗實踐課程在課后階段完成綜合性報告，從工程問題中提煉，覆蓋數(shù)字圖像處理課程的主要知識點，完成對知識的綜合應用能力的考察。學生課后綜合性實驗報告如圖2所示。

2.4考核評價方案

建立一個合理的成績測評體系是《數(shù)字圖像處理》線上線下混合式教學得以成功的保障。由于授課形式多樣化，教學重點關(guān)注過程的形成性評價，因此考核的主體和手段應該更加多元、立體，包括：平時成績不再是單一的簽到考核，而是為線上線下的每一次學習賦分[5];實驗實踐中鼓勵分組協(xié)作，而不再是上交“千篇一律”的實驗報告;測試結(jié)果不是學習的結(jié)束，而是及時反饋給學生，指出其不足之，處力圖達到學生實時了解自己對學習內(nèi)容的掌握情況，作為下一輪學習的起點，充分發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用，從而形成完整的教學閉環(huán)。因此，數(shù)字圖像處理課程的考核方式應該從學生出勤、學習態(tài)度、實驗成績和課堂互動積極性綜合評價。2018級普通班雨課堂某次測試成績統(tǒng)計圖如圖3所示。

3 學習效果分析

數(shù)字圖像處理課程采用線上線下混合式教學模式比傳統(tǒng)教學有明顯的優(yōu)勢。經(jīng)過多年不間斷的課程改革和建設，采用實際應用案例引導學習學生開拓了思路，互動式師生學習方式豐富了學生的課堂體驗，提高了學生的求知欲和學習的主動性，學生學習成績和能力有了很大提升，學生從知識目標、能力目標及素質(zhì)目標等方面全面地掌握各種圖像處理和分析的方法，了解圖像處理發(fā)展方向。

4 學生課程反饋

教師在對學生教學指導、點評分析的同時，也應該接受學生們的監(jiān)督。學生可以給老師進行留言或者反饋，隨時提出合理的建議，對教師上一節(jié)課的教學內(nèi)容和行為提出意見，與老師共同努力使線上線下混合式教學模式更加正規(guī)，實現(xiàn)教師教學和學生學習合作進步的最大化，從而提升教師的教學效率和質(zhì)量，提升學生的學習效果和能力，達到教學相長的目的[6]。因此，我們對2018級學生對數(shù)字圖像處理課程的教學進行調(diào)查研究，其反饋結(jié)果如圖4所示。

5結(jié)語

2020年，教育部提出了“以學習者為中心，基于自組織學習理念構(gòu)建混合教學模式，通過在線平臺自主學習與線下課堂協(xié)同學習有機結(jié)合”的教學模式改革理念，該文基于這種理念，針對數(shù)字圖像處理課程，首先分析了傳統(tǒng)的單一線上和線下教學模式的不足，提出了一種線上線下混合式教學方案，以學生學習為中心，總結(jié)出“任務→模塊→系統(tǒng)→創(chuàng)新”的教學體系，輔之以在線學習、翻轉(zhuǎn)課堂等教學模式，實現(xiàn)了由“教”到“學”學習方式的轉(zhuǎn)變，提高了學生的學習積極性及學習效果。同時，借助在線平臺的資源豐富性和開放性，教師更容易將數(shù)字圖像處理的發(fā)展動態(tài)引入到在線學習和討論中，人工智能的優(yōu)越性能以及未來的新穎應用會激發(fā)學生主動去探索它的發(fā)展歷程和背后相關(guān)的人文故事，這個過程中教師更容易將辯證思維、愛國情懷和服務社會的責任心等因素融于學生的討論中，充分發(fā)揮該課程的全程育人、全方位育人的思政格局，更加符合全面綜合應用型人才的培養(yǎng)。

參考文獻

[1] 范春年，馬利.“以學生為中心”的數(shù)字圖像處理課程在線教學設計與實施[J].計算機教育，2021（2）：35-40.

[2] 唐曉芬，郭輝.以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標的數(shù)字圖像處理課程教學改革研究[J].計算機教育，2021（8）：112-115，120.

[3] 楊曉宏，鄭新，田春雨.線上線下混合式一流本科課程的內(nèi)涵、建設目標與建設策略[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2021，31（9）：104-111.

[4] 王鑫，陶思亮，齊久祥.大學生思想政治教育“新三同”線上線下協(xié)同探析[J].思想理論教育，2021（10）：107-111.

[5] 李琛.基于在線開放課程的線上線下混合式“金課”教學應用研究[D].石家莊：河北師范大學，2020.

[6] 程學云，丁衛(wèi)平，管致錦，等.基于建構(gòu)主義理論的C++程序設計線上線下混合式金課建設[J].計算機教育，2021（11）：157-161.

作者簡介：楊絮（1980—），女，碩士，副教授，研究方向為信號處理。 王宇（1974—），碩士，副教授，研究方向為圖像處理。

安曉峰（1970—），男，碩士，副教授，研究方向為信號處理。