摘 要：數(shù)字圖像處理是一門以人工智能、信息技術(shù)和云計(jì)算為依托的新工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。為解決傳統(tǒng)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問題，基于自組織學(xué)習(xí)理念開展以混合式為載體的線上線下混合式實(shí)踐教學(xué)模式改革，以數(shù)字圖像處理課程為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)并實(shí)施在線開放課程混合式實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)課前自組織預(yù)習(xí)、課中交互式學(xué)習(xí)和課后多元立體評(píng)價(jià)的實(shí)踐教學(xué)模式。該模式能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；自組織學(xué)習(xí)；混合式實(shí)踐教學(xué)；多元評(píng)價(jià)；能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2024）31-0111-05

Abstract： Digital Image Processing is an important basic course supported by artificial intelligence， information technology， and cloud computing for new engineering majors. In order to solve the problems existing in the traditional classroom experiment teaching mode， a blended online and offline practice teaching mode reform based on the concept of self-organized learning and using blended learning as the carrier is carried out. Taking the course Digital Image Processing as the research object， the online and open course hybrid practical teaching system was designed and implemented， realizing a practical teaching mode of self-organized preview before class， interactive learning in class， and multiple three-dimensional evaluation after class. This model can mobilize students' enthusiasm and initiative in learning， and cultivate their innovative and practical abilities.

Keywords： Digital Image Processing; self-organized learning; hybrid practical teaching; multiple evaluations; ability development

數(shù)字圖像處理是當(dāng)今信息科學(xué)中發(fā)展最快的熱點(diǎn)研究方向，涉及光學(xué)、電子和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科內(nèi)容。計(jì)算機(jī)類課程相關(guān)性比較強(qiáng)，在學(xué)習(xí)了程序設(shè)計(jì)、算法分析與設(shè)計(jì)和高等數(shù)學(xué)等課程后，非常需要一門綜合所學(xué)理論提高實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力的課程。數(shù)字圖像處理在網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院面向計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、軟件工程本科和碩士研究生開設(shè)，該課程系統(tǒng)學(xué)習(xí)圖像處理理論和技術(shù)，因其具有理論多且復(fù)雜，實(shí)踐難度大和應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)， 不但在計(jì)算機(jī)類等專業(yè)教學(xué)中具有承前啟后的作用，也是進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)研究的必修課程。

基于在線開放課程的混合式教學(xué)充分發(fā)揮教與學(xué)兩方面的優(yōu)勢(shì)，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。教師從完全主導(dǎo)轉(zhuǎn)為部分主導(dǎo)，協(xié)助學(xué)生發(fā)現(xiàn)和分析問題；學(xué)生從被動(dòng)參與轉(zhuǎn)為部分主導(dǎo)，在課前選擇看視頻、閱讀資料、網(wǎng)絡(luò)討論等適合自己的方式完成外化學(xué)習(xí)，在課堂上通過交流協(xié)作等方式完成知識(shí)的吸收與掌握，該方式能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力并專注發(fā)現(xiàn)問題的解決[1]。因此，通過混合式教學(xué)改革數(shù)字圖像處理課程教學(xué)兼具理論和應(yīng)用價(jià)值。

一 數(shù)字圖像處理傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

（一） 課程定位模糊，課時(shí)分配失衡

一是過分強(qiáng)調(diào)理論學(xué)習(xí)，由于該課程涉及學(xué)科較多，知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且理論性強(qiáng)，教學(xué)中不但要講解基本理論和介紹國(guó)內(nèi)外最新研究成果，還要進(jìn)行大量演示，因此大部分課時(shí)用于傳授理論、弱化實(shí)驗(yàn)，從而導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐能力偏弱。二是過分強(qiáng)調(diào)應(yīng)用技能的傳授，把課程內(nèi)容的講解和學(xué)習(xí)完全等同于Photoshop，課程全部采用實(shí)驗(yàn)課單純傳授軟件使用，盡管學(xué)生的動(dòng)手能力有提高，但完全忽略了課程相關(guān)學(xué)科理論知識(shí)及創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

（二） 基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，課程難度較大

數(shù)字圖像處理課程需要線性代數(shù)、信號(hào)處理等先導(dǎo)課程，但是，由于課程設(shè)置和知識(shí)體系原因造成學(xué)生相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱。選擇以理論為主的教材進(jìn)行教學(xué)時(shí)，學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)通常由于對(duì)抽象理論感到難以理解而逐漸失去學(xué)習(xí)興趣；而選擇側(cè)重動(dòng)手能力和編程的教材教學(xué)時(shí)，由于太注重程序編寫和簡(jiǎn)單實(shí)踐而最終導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

（三） 理論推導(dǎo)過多，實(shí)驗(yàn)缺乏創(chuàng)新

先導(dǎo)課程中的數(shù)學(xué)知識(shí)內(nèi)容和理論公式推導(dǎo)比較多，公式推導(dǎo)需要花費(fèi)較多課時(shí)的同時(shí)也會(huì)讓學(xué)生失去積極性和主動(dòng)性。同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)中實(shí)驗(yàn)設(shè)置較為固定，內(nèi)容相同且驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多，學(xué)生通常按部就班輸入和調(diào)試程序，忽略了對(duì)程序功能和整體結(jié)構(gòu)的理解，限制了學(xué)生綜合技能培養(yǎng)和創(chuàng)造性的發(fā)揮。

二 數(shù)字圖像處理在線開放課程建設(shè)

數(shù)字圖像處理課程培養(yǎng)具有系統(tǒng)、扎實(shí)圖像處理理論基礎(chǔ)，在圖像傳遞、處理及應(yīng)用等方面具有較深專業(yè)知識(shí)、較強(qiáng)應(yīng)用能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，具有良好編程素質(zhì)和創(chuàng)新精神的高級(jí)人才[2-3]。因此，筆者以數(shù)字圖像處理課程實(shí)踐教學(xué)為探索對(duì)象，構(gòu)建了基于在線開放課程的混合式教學(xué)模式，對(duì)于促進(jìn)計(jì)算機(jī)類專業(yè)課堂改革有積極的意義。該課程于2019年9月入選鄭州大學(xué)第一批混合式開放課程建設(shè)名單，2020年10月正式在“愛課程”以及鄭州大學(xué)厚山講壇發(fā)布應(yīng)用，截至2024年1月校內(nèi)線上和線下選課人數(shù)累計(jì)1 000余人，2021年11月被選為河南省研究生精品在線課程建設(shè)項(xiàng)目。

圖1為在線開放混合式課程研發(fā)、實(shí)施和評(píng)價(jià)總體框架。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備和能力鍛煉兩個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)，在課程研發(fā)階段，課程團(tuán)隊(duì)精心梳理課程知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)設(shè)計(jì)和錄制了講解視頻，設(shè)計(jì)和制作了教學(xué)大綱，課件、習(xí)題、作業(yè)、章節(jié)測(cè)試、期終考試、課程討論和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等學(xué)習(xí)資源，并推薦相關(guān)參考網(wǎng)站和經(jīng)典閱讀資料供參考。同時(shí)梳理了對(duì)應(yīng)的一般驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)并錄制了實(shí)驗(yàn)演示的視頻放到平臺(tái)供學(xué)生預(yù)習(xí)，除此之外還在平臺(tái)上推薦了閱讀資料以及具有前沿研究論文的網(wǎng)址。

課程實(shí)施階段學(xué)生課外通過觀看視頻、在線練習(xí)和在線互動(dòng)進(jìn)行在線預(yù)習(xí)，課下則通過完成課后作業(yè)復(fù)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂階段教師針對(duì)課程重難點(diǎn)知識(shí)和理論配合實(shí)驗(yàn)演示進(jìn)行介紹，通過修改實(shí)驗(yàn)參數(shù)和某些關(guān)鍵點(diǎn)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，緊接著針對(duì)課程學(xué)習(xí)過程中的共性問題進(jìn)行講解，然后針對(duì)個(gè)別同學(xué)問題進(jìn)行答疑和展開討論，并對(duì)線上練習(xí)和課后作業(yè)進(jìn)行講解和協(xié)作交流，增強(qiáng)同學(xué)們對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的理解，最后教師針對(duì)本次課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，加深對(duì)課程整體了解和學(xué)習(xí)。上述過程不但能夠保證知識(shí)學(xué)習(xí)的全面性，也能突出重點(diǎn)。

課程評(píng)價(jià)包括學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和教學(xué)評(píng)價(jià)，學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況綜合評(píng)估，需要過程性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合，形式上包括線上考評(píng)和線下考評(píng)，其中線上考評(píng)主要讓學(xué)生完成在線學(xué)習(xí)、單元測(cè)試、在線作業(yè)和期終測(cè)試；而線下考評(píng)主要包括課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、課堂實(shí)驗(yàn)、課下實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐項(xiàng)目和期末考試。教學(xué)評(píng)價(jià)是為了驗(yàn)證在線開放課程混合式教學(xué)模式效果，并針對(duì)存在的問題和不足進(jìn)行總結(jié)和完善，以促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法調(diào)整，從而提高教學(xué)質(zhì)量，因此教學(xué)評(píng)價(jià)主要由教務(wù)系統(tǒng)評(píng)教，學(xué)生訪談和問卷調(diào)查構(gòu)成，主要內(nèi)容是教學(xué)過程中重難點(diǎn)講解是否詳細(xì)突出，學(xué)生線上學(xué)習(xí)和線下學(xué)習(xí)存在問題等。

課程研發(fā)時(shí)課程團(tuán)隊(duì)成員負(fù)責(zé)課程設(shè)計(jì)、PPT制作、知識(shí)點(diǎn)講解和在線測(cè)試、教學(xué)資源建設(shè)和在線技術(shù)支持，視頻由第三方公司協(xié)助錄制完成。課程團(tuán)隊(duì)初期根據(jù)混合式教學(xué)計(jì)劃安排將課程分解為30個(gè)知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)任課教師專長(zhǎng)分配授課知識(shí)點(diǎn)并制作PPT和編寫腳本，單視頻時(shí)長(zhǎng)10分鐘內(nèi)，目前已經(jīng)進(jìn)行了多輪次混合式教學(xué)。

三 數(shù)字圖像處理混合式實(shí)踐教學(xué)

基于在線開放課程的混合式教學(xué)按照時(shí)間次序劃分為課前、課中、課后三環(huán)節(jié)[4]。課前環(huán)節(jié)課程團(tuán)隊(duì)教師結(jié)合基礎(chǔ)理論和最新研究動(dòng)態(tài)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和針對(duì)性講解，自制視頻和課件等多媒體素材，學(xué)生利用在線視頻和課件預(yù)習(xí)。課中環(huán)節(jié)充分利用密切交互、開放協(xié)同等方法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，協(xié)助學(xué)生完成自身知識(shí)體系的生長(zhǎng)，學(xué)生在場(chǎng)景中借助于成果交流、協(xié)同實(shí)現(xiàn)及反饋與評(píng)價(jià)等方式實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系構(gòu)建。課后環(huán)節(jié)著重評(píng)估檢驗(yàn)及反饋優(yōu)化，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生知識(shí)體系構(gòu)建過程的跟蹤，及時(shí)采集學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)并分析學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、方法和態(tài)度上的共性問題及優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)授課內(nèi)容、授課方法、場(chǎng)景設(shè)計(jì)等再加工。

（一） 混合式實(shí)踐教學(xué)方案設(shè)計(jì)

1 教學(xué)目標(biāo)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

為了充分利用在線開放課程開展混合式教學(xué)，并有針對(duì)性設(shè)計(jì)和提升實(shí)踐教學(xué)效果，課程團(tuán)隊(duì)首先確立了課程學(xué)習(xí)的知識(shí)、能力和崗位目標(biāo)。其中知識(shí)目標(biāo)是指學(xué)生應(yīng)該掌握的圖像處理概念原理、數(shù)字圖像處理方法和圖像分析實(shí)用技術(shù)等；能力目標(biāo)則指學(xué)生應(yīng)該具備的熟練圖像編程能力、邏輯抽象思維能力和解決應(yīng)用問題能力等；崗位目標(biāo)指的是學(xué)生通過該課程學(xué)習(xí)可以成為圖像處理算法工程師、模式識(shí)別算法工程師和圖像處理硬件工程師等[5]。

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容注重計(jì)算思維的培養(yǎng)，在實(shí)現(xiàn)圖像基本處理操作的基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)用問題啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，通過問題的解決加深對(duì)計(jì)算思維的理解，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)問題的抽象、分析和解決等能力的全方位訓(xùn)練，才能促進(jìn)創(chuàng)新意識(shí)的養(yǎng)成。因此，針對(duì)課程內(nèi)容多且復(fù)雜的特點(diǎn)，課程團(tuán)隊(duì)和任課教師采取抓住重點(diǎn)、解決難點(diǎn)的思路對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行取舍，將教學(xué)內(nèi)容按照知識(shí)點(diǎn)順序和難易程度分為圖像基本概念及增強(qiáng)、圖像色彩及編碼、幾何變換及邊緣提取、形態(tài)學(xué)及圖像分割和圖像加密及表示五個(gè)層次[6]。

授課內(nèi)容兼顧完整性和突出重點(diǎn)，對(duì)應(yīng)用性強(qiáng)的內(nèi)容講授和實(shí)踐并重，比如圖像變換、空域增強(qiáng)和彩色圖像處理等。而頻域增強(qiáng)、圖像復(fù)原和小波分析涉及數(shù)學(xué)知識(shí)較多，同時(shí)考慮在課程知識(shí)中的重要性，盡量弱化理論內(nèi)容講授及復(fù)雜數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，側(cè)重于應(yīng)用場(chǎng)景、應(yīng)用方法和細(xì)節(jié)介紹，以及應(yīng)用和實(shí)踐效果體驗(yàn)。對(duì)于圖像表示描述和圖像識(shí)別等研究偏多內(nèi)容，課堂介紹基本知識(shí)和應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)踐環(huán)節(jié)偏重方案設(shè)計(jì)和效果體驗(yàn)[7]。

2 分層實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了達(dá)到實(shí)踐教學(xué)三個(gè)目標(biāo)，課程團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同知識(shí)設(shè)計(jì)了分層次實(shí)踐內(nèi)容[8]。

一般性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。通常先錄制整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程放在平臺(tái)上供學(xué)生提前預(yù)習(xí)，在授課過程中直接播放演示，不再課堂重復(fù)輸入調(diào)試過程，不但實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，還能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的直觀理解，同時(shí)節(jié)省授課時(shí)間。

重要性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。除了錄制在線演示視頻供學(xué)生提前預(yù)習(xí)之外，還提前準(zhǔn)備好需要代碼和數(shù)據(jù)進(jìn)行課堂重現(xiàn)，在課堂演示時(shí)通過增加不同情境和修改重要參數(shù)的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)多次重復(fù)，以觀察不同情境和參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶。

創(chuàng)新和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。以日常生活場(chǎng)景和科技應(yīng)用出發(fā)設(shè)計(jì)創(chuàng)新性和開放性實(shí)驗(yàn)，引起學(xué)生學(xué)習(xí)、思考和設(shè)計(jì)完成的興趣。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也由淺入深構(gòu)造多個(gè)不同場(chǎng)景，讓學(xué)生根據(jù)興趣和能力單獨(dú)或者分組完成其中一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，通過該過程不但可提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，還能夠培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，團(tuán)隊(duì)合作能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

3 實(shí)踐教學(xué)方法

1）興趣為引，積極主動(dòng)。以應(yīng)用示范啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，提升學(xué)習(xí)效率。根據(jù)課程特點(diǎn)組合運(yùn)用啟發(fā)式和任務(wù)驅(qū)動(dòng)等多種教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐“教、學(xué)、做”三位一體。

教學(xué)中適時(shí)拋出問題引導(dǎo)學(xué)生思考，活躍學(xué)生思維同時(shí)增強(qiáng)興趣，能夠引導(dǎo)學(xué)生積極學(xué)習(xí)并探索創(chuàng)新，在此基礎(chǔ)上引入相關(guān)理論推導(dǎo)以提高分析問題、解決問題的能力，結(jié)合圖像和視頻介紹具體的應(yīng)用實(shí)例，串聯(lián)不同章節(jié)內(nèi)容介紹已有應(yīng)用和前沿動(dòng)態(tài)。例如，以電影為例展示圖像增強(qiáng)和圖像修復(fù)可以提高影片圖像質(zhì)量，以機(jī)動(dòng)車自動(dòng)收費(fèi)為例介紹圖形增強(qiáng)和識(shí)別在自動(dòng)化場(chǎng)景中的應(yīng)用。

2）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，獨(dú)立協(xié)作。項(xiàng)目教學(xué)法能將課堂上的理論和實(shí)踐有效地結(jié)合起來充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造力，提高解決實(shí)際問題的綜合能力[9]。項(xiàng)目要以教學(xué)的內(nèi)容為依據(jù)，以知識(shí)和技能的綜合提高為目標(biāo)，在保證學(xué)生獨(dú)立實(shí)施前提下包含一定學(xué)習(xí)內(nèi)容和應(yīng)用價(jià)值，并把有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化成一系列相互聯(lián)系、課上課下互為補(bǔ)充的實(shí)踐項(xiàng)目。

課程團(tuán)隊(duì)教師根據(jù)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容設(shè)計(jì)具有真實(shí)應(yīng)用背景的項(xiàng)目，整理相關(guān)理論知識(shí)、技術(shù)并提供參考資料，提供項(xiàng)目實(shí)施所需的軟硬件環(huán)境。學(xué)生團(tuán)隊(duì)整合項(xiàng)目涉及的知識(shí)點(diǎn)并利用網(wǎng)絡(luò)獲取信息，通過獨(dú)立思考和互相討論過程的多次迭代發(fā)現(xiàn)、分析和解決項(xiàng)目實(shí)施中的問題。最后項(xiàng)目成果評(píng)價(jià)以鼓勵(lì)性和指導(dǎo)性評(píng)價(jià)為主，提高學(xué)生積極性和增強(qiáng)成就感。

（二） 混合式實(shí)踐教學(xué)方案實(shí)施

1 項(xiàng)目教學(xué)能力目標(biāo)

課程團(tuán)隊(duì)教師按照課程教學(xué)計(jì)劃中專業(yè)技術(shù)能力的要求確定教學(xué)項(xiàng)目，將關(guān)鍵能力要求滲透到項(xiàng)目實(shí)施的過程與細(xì)節(jié)中[10]。課程團(tuán)隊(duì)教師確立了數(shù)字圖像處理課程項(xiàng)目教學(xué)的能力目標(biāo)是：通過本課程的學(xué)習(xí)，將為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的能力基礎(chǔ)，使學(xué)生在圖像信息的處理及應(yīng)用等方面具有一定的發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力、較強(qiáng)的自學(xué)能力、應(yīng)用能力和實(shí)踐能力，具有良好的編程素質(zhì)、創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力，具備從事數(shù)字圖像處理高級(jí)產(chǎn)品研發(fā)的能力。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施

針對(duì)課堂實(shí)驗(yàn)演示和實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，課程團(tuán)隊(duì)確立了以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生編碼和調(diào)試能力，提升對(duì)相關(guān)知識(shí)和技術(shù)的感性與理性認(rèn)識(shí)為主，以良好編程素質(zhì)培養(yǎng)和綜合實(shí)踐能力提升為輔的思路。據(jù)此，課程團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了32個(gè)演示性實(shí)驗(yàn)和32個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其中32個(gè)演示性實(shí)驗(yàn)中16個(gè)錄制視頻供學(xué)生預(yù)習(xí)和課堂演示，另外16個(gè)演示性實(shí)驗(yàn)錄制視頻供學(xué)生預(yù)習(xí)的同時(shí)在課堂上重現(xiàn)和修改。32個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要求每名學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上獨(dú)立完成。

針對(duì)創(chuàng)新和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，課程團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了包括課下基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和擴(kuò)展實(shí)踐教學(xué)的實(shí)踐項(xiàng)目，其中課下基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以擴(kuò)展知識(shí)面，培養(yǎng)分析能力、設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力為主，擴(kuò)展實(shí)踐教學(xué)以提升學(xué)生創(chuàng)新能力和科研能力為主。其中，課下實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)針對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)了12個(gè)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求每名學(xué)生在了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯抡n下獨(dú)立完成，自己設(shè)計(jì)方案、完成實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)，同時(shí)盡量把最新技術(shù)貫穿到項(xiàng)目中，這些實(shí)踐項(xiàng)目的實(shí)施大幅提升了學(xué)生的自學(xué)能力、分析能力、設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力。

擴(kuò)展實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)了30個(gè)與實(shí)際生活和科學(xué)前沿密切相關(guān)的創(chuàng)新性和科研性較強(qiáng)的實(shí)踐項(xiàng)目，要求學(xué)生獨(dú)立或者分組完成一個(gè)。通過小組內(nèi)部分工協(xié)作明確任務(wù)，交流協(xié)作和討論，完成需求分析、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)選擇、編碼調(diào)試、成果展示和總結(jié)匯報(bào)等環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)完成的項(xiàng)目自我評(píng)估，然后再由教師根據(jù)每名學(xué)生在該項(xiàng)活動(dòng)中的參與角色、程度、合作能力及成果等進(jìn)行評(píng)價(jià)，這些項(xiàng)目實(shí)施有效提升了學(xué)生創(chuàng)新能力和科研能力及科研意識(shí)。

（三） 混合式教學(xué)考評(píng)方案

課程采用線上和線下融合，過程評(píng)價(jià)與終結(jié)評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元考核評(píng)價(jià)體系。其中過程評(píng)價(jià)一方面利用網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)全面跟蹤整個(gè)學(xué)習(xí)過程，另一方面加強(qiáng)和完善線下學(xué)習(xí)情況的考核。終結(jié)性評(píng)價(jià)一方面利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通過大題量多形式對(duì)基本概念、基礎(chǔ)理論和技術(shù)在線測(cè)試，另一方面利用線下筆試考核綜合性知識(shí)、技能和方法及實(shí)踐項(xiàng)目成果。為了評(píng)價(jià)教學(xué)實(shí)施成效，構(gòu)建了多層次、多維度的考核體系并設(shè)計(jì)了線上和線下考核指標(biāo)，見表1。

表1 混合式考評(píng)成績(jī)構(gòu)成、考核內(nèi)容、考核細(xì)則和標(biāo)準(zhǔn)

1 過程評(píng)價(jià)方案

過程評(píng)價(jià)線上評(píng)價(jià)包括自學(xué)情況、線上作業(yè)和在線測(cè)試三部分，考核細(xì)則和標(biāo)準(zhǔn)通過視頻和課件學(xué)習(xí)個(gè)數(shù)、課后習(xí)題完成情況及累計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)間和章節(jié)測(cè)試等實(shí)現(xiàn)，課后習(xí)題和章節(jié)測(cè)試以客觀題為主，主要包括選擇、填空和判斷題。通過該方式，教師能夠及時(shí)看到學(xué)生學(xué)習(xí)情況，學(xué)生也可以及時(shí)了解自身學(xué)習(xí)效果，鞏固所學(xué)知識(shí)，確保能夠牢固掌握基礎(chǔ)理論和知識(shí)。

過程評(píng)價(jià)線下評(píng)價(jià)主要包括線下課堂情況和線下課后情況，其中線下課堂情況包括課堂出勤、師生互動(dòng)、課堂匯報(bào)、課堂紀(jì)律和課堂實(shí)驗(yàn)方面；線下課后情況包括課后作業(yè)和課下任務(wù)，確保學(xué)生能夠充分理解并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)解決實(shí)際問題，提升自學(xué)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，其中課后作業(yè)以計(jì)算題、思考題和討論題為主，讓學(xué)生思考和拓展視頻所學(xué)內(nèi)容，考查學(xué)生應(yīng)用知識(shí)能力，課下任務(wù)要求學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)性任務(wù)，采用學(xué)生分組結(jié)對(duì)互評(píng)方式考核，既可培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)性，又可減少教師工作量。

2 終結(jié)評(píng)價(jià)方案

終結(jié)評(píng)價(jià)包括線上閉卷測(cè)試和線下閉卷筆試及實(shí)踐項(xiàng)目。其中線上評(píng)價(jià)主要由客觀題構(gòu)成，覆蓋各章的重要知識(shí)點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理理論、方法、技術(shù)的整體把握，題型包括選擇、填空、判斷和計(jì)算題等，通常在期末筆試之前在實(shí)驗(yàn)課堂以在線閉卷形式進(jìn)行。

線下評(píng)價(jià)閉卷筆試主要是主觀題，包括問答題、分析題和設(shè)計(jì)題等，主要考查學(xué)生對(duì)課程基礎(chǔ)理論的理解和實(shí)際問題方案設(shè)計(jì)。實(shí)踐項(xiàng)目評(píng)價(jià)是加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)考核的重要環(huán)節(jié)，要求學(xué)生完成并對(duì)所做工作成果進(jìn)行展示，利用現(xiàn)場(chǎng)答辯、小組互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)方式評(píng)價(jià)考核，學(xué)生在實(shí)踐過程中能夠全力以赴完成規(guī)定的實(shí)踐項(xiàng)目，從而取得良好的實(shí)踐教學(xué)效果。

四 學(xué)習(xí)效果分析

數(shù)字圖像處理課程從2020年10月至2024年1月開設(shè)四輪次，對(duì)學(xué)生和成績(jī)等各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并從在線和線下理論和實(shí)踐完成情況以及最終成績(jī)平均值進(jìn)行了多維度分析。

（一） 在線作業(yè)和測(cè)試完成率較低，各項(xiàng)測(cè)試得分較高

對(duì)選課人數(shù)、在線學(xué)習(xí)和測(cè)試完成情況分析發(fā)現(xiàn)，課程完成作業(yè)與考試的比例不高，并隨著學(xué)習(xí)過程逐步減少。線上學(xué)習(xí)完成率低是普遍問題，調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)主要原因是線上學(xué)習(xí)環(huán)境體驗(yàn)感差導(dǎo)致的學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性低，另外就是學(xué)生僅選擇自己感興趣的視頻和課件觀看，而不完成在線課后習(xí)題和測(cè)試。

但是完成在線習(xí)題和測(cè)試學(xué)生的得分普遍較高，分析發(fā)現(xiàn)，造成這種情況的原因一方面是在線作業(yè)和測(cè)試都是客觀題，另外就是完成率高的這一部分學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性較高。結(jié)果顯示，總體上學(xué)生對(duì)基本概念和理論掌握相對(duì)較好。

（二） 線下作業(yè)和實(shí)踐完成率較高，完成質(zhì)量較低

同樣分析了線下作業(yè)和實(shí)踐完成情況，絕大部分同學(xué)都能夠完成線下課后作業(yè)，課堂實(shí)驗(yàn)及課下實(shí)驗(yàn)任務(wù)，包括期末的實(shí)踐項(xiàng)目也都能分組全部完成，主要原因是線下課堂作業(yè)及實(shí)驗(yàn)等更加符合傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式和習(xí)慣，對(duì)于實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐性質(zhì)作業(yè)由于能夠看到直觀結(jié)果，學(xué)生也充滿了興趣和主動(dòng)性。

從完成質(zhì)量上看，課后作業(yè)及課堂實(shí)驗(yàn)完成情況較好，主要是因?yàn)樽鳂I(yè)基本上都可以在課本上很快找到或者凝練出答案，課堂實(shí)驗(yàn)中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比較基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也是在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展和修改而來，學(xué)生只需要靈活運(yùn)用、正確遷移即可完成。但是課下實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)踐項(xiàng)目完成質(zhì)量較低，主要原因是這類實(shí)踐題目和項(xiàng)目具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性，基礎(chǔ)知識(shí)和理論只是其中一個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要做需求分析、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)選擇和代碼調(diào)試等多項(xiàng)工作，對(duì)學(xué)生綜合實(shí)踐能力要求較高，因此完成質(zhì)量較低。但是設(shè)計(jì)這類實(shí)踐項(xiàng)目的目的就是為了鼓勵(lì)學(xué)生探索和嘗試，因此，無論是評(píng)價(jià)還是分?jǐn)?shù)均以鼓勵(lì)為主。

（三） 橫向?qū)Ρ雀黜?xiàng)成績(jī)，均值有一定差異

將是否參加在線課程混合式教學(xué)的學(xué)生分成兩組比較成績(jī)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。分析發(fā)現(xiàn)，不論是否參與在線課程混合式教學(xué)，兩組學(xué)生的成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)差相差不大，但均值有比較明顯的差別，兩組成績(jī)平均值有6分差距?？梢耘袛喑鰳颖緮?shù)據(jù)的平均值存在顯著的差異，原因一方面是參與混合式教學(xué)學(xué)生確實(shí)花費(fèi)了較多時(shí)間進(jìn)行在線學(xué)習(xí)和在線測(cè)試，另一方面就是兩個(gè)班級(jí)學(xué)習(xí)氛圍本來就有所不同，在其他課程成績(jī)上也存在一定差異。但是考慮到學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)確實(shí)能夠提升基本概念和理論掌握程度，也能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)支持課下實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)踐項(xiàng)目完成，因此，總體上參加在線課程混合式教學(xué)學(xué)生成績(jī)比沒有參加的學(xué)生有一定提高。

五 結(jié)束語

1）基于在線開放課程混合式教學(xué)能夠?qū)⒕€上資源、任務(wù)及項(xiàng)目與線下交互學(xué)習(xí)及課后實(shí)踐相結(jié)合，打破了傳統(tǒng)課堂時(shí)空和人數(shù)等屬性限制，不但有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，而且也能夠促進(jìn)教師整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源提升效率。

2）以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為牽引，以實(shí)踐項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，通過選取課下實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)踐項(xiàng)目來創(chuàng)設(shè)場(chǎng)景，通過自組織和協(xié)作相結(jié)合方式開展學(xué)習(xí)，并通過完成課下實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)踐項(xiàng)目來提升能力。實(shí)踐證明，以興趣為牽引和以項(xiàng)目為抓手的實(shí)踐教學(xué)模式能夠極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

3）以解決數(shù)字圖像處理教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題為出發(fā)點(diǎn)，從線上線下教學(xué)內(nèi)容、課程資源建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)方法和考核方法等方面進(jìn)行了研究與改革。實(shí)施效果顯示，采用以上教學(xué)改革措施可有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

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基金項(xiàng)目：2022河南省研究生精品在線課程建設(shè)課程“《數(shù)字圖像處理》”（YJS2022ZX04）；鄭州大學(xué)課程思政課程“《數(shù)字圖像處理》”（2021ZZUGSKCSZ037）；鄭州大學(xué)精品開放課程“《數(shù)字圖像處理》”（2019XXJPKC023）；鄭州大學(xué)教育教學(xué)重大改革課題“智能傳感產(chǎn)業(yè)學(xué)院建設(shè)模式及人才培養(yǎng)探索與實(shí)踐”（2022ZZUJG006）；2024鄭州大學(xué)一流本科課程建設(shè)立項(xiàng)“數(shù)字圖像處理”（2024ZZUYLKC073）

第一作者簡(jiǎn)介：龐海波（1979-），男，漢族，河南安陽人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)安全。