基于BOPPPS模型的數(shù)字圖像處理教學(xué)設(shè)計

石蘊玉+韋鈺

摘要：本文從學(xué)科基礎(chǔ)平臺課的角度分析了目前在講授“數(shù)字圖像處理”課程過程中遇到的問題，為此采用BOPPPS教學(xué)模型進行課程知識點和講解方式的設(shè)計，并給出了具體應(yīng)用實例；在課程定位的基礎(chǔ)上，該方案著重突出了在授課人數(shù)多、知識背景分散、授課課時有限的情況下滿足多專業(yè)學(xué)生的基本學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和知識探索的精神。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；BOPPPS模型；學(xué)科基礎(chǔ)平臺課；教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）05-0168-02

數(shù)字圖像處理是講授在特定的需求下如何采用計算機技術(shù)對數(shù)字圖像進行相關(guān)處理的一門課程，目前是我校電子電氣工程學(xué)院的學(xué)科基礎(chǔ)平臺課，主要面向大二的本科生，學(xué)生來自于四個一級學(xué)科中的六個專業(yè)。在這種背景下，如何準(zhǔn)確把握知識結(jié)構(gòu)和有效組織教學(xué)方式對課程主講老師們提出了更高的要求。為了解決這些問題，在講授該課程的過程中引入了BOPPPS教學(xué)模式，即采用BOPPPS模型來組織知識點拆分和教學(xué)過程，使學(xué)生既能夠清晰地了解到基礎(chǔ)知識，還可體會到相關(guān)方法的實際應(yīng)用和研究趨勢。

一、課程定位及現(xiàn)狀

數(shù)字圖像處理涉及多類學(xué)科，理論深度、難度均較高，需求應(yīng)用也非常廣泛，課程內(nèi)容豐富龐雜。近年來計算機、數(shù)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，推動著數(shù)字圖像處理課程中教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的更新和替換，并且根據(jù)課程群框架和授課對象的自身特點，多位一線教師已經(jīng)進行了一系列課程建設(shè)與優(yōu)化，例如從工科專業(yè)角度出發(fā)優(yōu)化基礎(chǔ)課程提綱[1]、以專題形式組織多層次指導(dǎo)、以項目驅(qū)動模式開展教學(xué)[2]、以研討方式修訂教學(xué)方案[3]等等。

數(shù)字圖像處理目前是我校電子電氣工程學(xué)院的學(xué)科基礎(chǔ)平臺課，授課對象來自于四個一級學(xué)科中的六個專業(yè)，包括計算機科學(xué)與技術(shù)、自動化、電子信息、電氣工程等。授課人數(shù)較多、學(xué)科背景分散的特點為我院的主講教師提出了新的挑戰(zhàn)。以往在教學(xué)過程中僅采用經(jīng)典教材、以理論授課為主、直接以Matlab軟件進行實驗驗證的方式已不適應(yīng)于如此寬泛的專業(yè)背景及授課人數(shù)。因而，對作為學(xué)科基礎(chǔ)平臺課的數(shù)字圖像處理課程進行教學(xué)改革勢在必行。

數(shù)字圖像處理知識點之間盡管關(guān)聯(lián)緊密，但知識結(jié)構(gòu)并不顯著，因而面向多專業(yè)來準(zhǔn)確把握知識結(jié)構(gòu)及難點重點是課程教改的首要問題。首先，應(yīng)該重新理解并整合數(shù)字圖像處理課程的理論體系，尤其是要深入了解各專業(yè)的前期課程設(shè)置以便了解各專業(yè)學(xué)生的先驗知識及技能掌握情況，優(yōu)化精選存在共性的授課內(nèi)容。其次，應(yīng)該立足于科學(xué)前沿研究成果，吸收數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的新技術(shù)和新方法，逐級逐步地更新課程知識要點，并充分考慮知識的銜接過渡及先后次序，根據(jù)授課對象的實際情況突出知識重點及難點，著重介紹技術(shù)和方法的研究背景及意義，以及實踐應(yīng)用和優(yōu)劣之處。再次，在知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化的基礎(chǔ)上，應(yīng)該將主講教師的科研成果或應(yīng)用成果反哺于本科教學(xué)，并且以案例方式使之更加具體化，可以使得讓學(xué)生從原本的知識點簡單疊加轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΜF(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)的立體化感知，從理論分析到實際案例來進一步明確知識的演化。

二、BOPPPS教學(xué)模型的應(yīng)用

在明確課程內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展，結(jié)合具體的教學(xué)實際和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，重新修訂了教學(xué)方案，確定了課程的重點和難點內(nèi)容范圍。在更新課程知識結(jié)構(gòu)時，充分考慮知識的講授框架，以“知識點—知識線—知識面—知識網(wǎng)”的方式進行組織，逐級推進，建立多目標(biāo)多層次的講授體系，根據(jù)學(xué)生的實際需求來微調(diào)課程的重點和難點內(nèi)容。在進行課程講解時，以“點突破”的教學(xué)方式為主，以點及面地帶動其他知識。

1.BOPPPS教學(xué)模型介紹。BOPPPS教學(xué)模式也被稱為有效教學(xué)模型，以六個階段的首字母相連來命名，分別是B導(dǎo)言、O學(xué)習(xí)目標(biāo)、P先測、P參與式學(xué)習(xí)、P后測及S總結(jié)[4]。這六個階段的次序不是一成不變的，可以根據(jù)需要進行調(diào)整，在迭代使用的時候，可以省略前測和后測環(huán)節(jié)，其突出特點是強調(diào)教學(xué)反思和加強互動，將BOPPPS教學(xué)模型引入應(yīng)該可以解決目前在講授數(shù)字圖像處理課程的過程中所遇到的問題。

導(dǎo)言階段的目的是為了幫助學(xué)生集中精力、專注于本次課程中將要講解的內(nèi)容。教師可以提出生活中的實際案例，或者根據(jù)教師的個人經(jīng)驗來提出與課程內(nèi)容相關(guān)的問題等等，以此引出本節(jié)課的知識重點；在目標(biāo)階段教師應(yīng)該明確地提出課程目標(biāo)，以及為了達到這些目標(biāo)所需要的知識內(nèi)容，同時給學(xué)生增加信心，在前期的知識基礎(chǔ)上能夠掌握這部分知識內(nèi)容，達到認知、情意、技能三要素上的共通；先測階段的目的是保證教師對學(xué)生的興趣與能力，在此基礎(chǔ)上調(diào)整課程內(nèi)容的深度與進度，教師可以通過提問、實驗驗證等多種方式，使學(xué)生透過先測內(nèi)容聚焦于特定的達成目標(biāo)；在參與式學(xué)習(xí)階段，可以采用教師與學(xué)生之間互動的方式，也可以采用學(xué)生之間討論或小組討論的方式，教師需要促進課堂互動的有效性，同時防止討論內(nèi)容不要偏離課程主題；后測階段并不是必須進行的階段，教師可以在此階段提出問題，繼續(xù)讓學(xué)生進行設(shè)計、解答或?qū)嶒烌炞C，以此來加深了解學(xué)生對本次課程內(nèi)容的掌握程度以及是否達到了教學(xué)目標(biāo)；在總結(jié)階段教師需要幫助學(xué)生再次回顧導(dǎo)言中提到的問題、目標(biāo)階段中提出的課程目標(biāo)，以及為了達到這個目標(biāo)所采用的課程知識和效果，整合知識要點，根據(jù)本節(jié)課的討論內(nèi)容來預(yù)告下堂課的內(nèi)容。

2.BOPPPS模型的引入實例。本文以“圖像對比度增強”這一知識點為例，來講解如何基于BOPPPS教學(xué)模型的六個階段進行知識點的教學(xué)設(shè)計，教學(xué)時長為15分鐘。

在導(dǎo)言階段，首先通過一幅特定的數(shù)字灰度圖像進行知識回顧，采用提問的方式來了解學(xué)生對知識點的掌握情況，明確對于一張照片的“太暗了”、“看不清細節(jié)”等主觀感受實際上對應(yīng)于圖像的亮度偏低和對比度偏低。

在目標(biāo)階段，明確今天的學(xué)習(xí)任務(wù)與前面所講的示例有關(guān)，即對兩張示例照片進行處理，通過處理灰度圖像提高它們的亮度和對比度。最關(guān)鍵的部分是設(shè)計灰度映射函數(shù)，即今天的學(xué)習(xí)重點。endprint

建立了學(xué)習(xí)目標(biāo)之后，向?qū)W生提問在掌握前期基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，是否能夠想到方法來增加第一張示例圖像的亮度。有同學(xué)可以想到通過直接增加像素點的灰度值來提高整幅圖像的亮度，緊接著采用Matlab編寫相關(guān)的語句來完成這個操作進行及時的驗證，讓大家了解到相關(guān)操作的可行性和有效性。

接著可以請同學(xué)對第二幅示例圖像進行相同的Matlab程序編寫和結(jié)果顯示，以此來說明盡管增強了亮度，但對于改變圖像對比度幾乎不起作用。分組討論的主題是如何增強圖像對比度，一個自然的想法是對這幅圖像里的灰度進行有選擇的亮度變化。可以選擇示例的一條曲線對圖像進行處理。同樣借助Matlab來查看這種方法的處理結(jié)果，然后再通過另外兩個灰度映射函數(shù)來說明對于圖像處理的作用。

在進入后測階段之前，再次明確前面的方法都是對灰度進行了映射變換，所不同的是對于像素是否進行了選擇操作。在此要求學(xué)生理解映射函數(shù)的設(shè)計含義，并且在Matlab程序中進行效果驗證；并且思考這兩種提高圖像亮度和對比度的應(yīng)用場景，組成討論小組進行討論。

最后的總結(jié)階段，再次回顧本小節(jié)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)目標(biāo)和處理方法，總結(jié)處理方法的原理和具體設(shè)計方案，指出每類方法的處理過程和應(yīng)用場景，并通過示例圖像指明這兩類方法的局限性，即沒有考慮到圖像自身的灰度分布特征，進一步指出將會在下個小節(jié)來學(xué)習(xí)與圖像的直方圖有關(guān)的處理方法。

本文基于課程的定位設(shè)置，采用BOPPPS教學(xué)模型進行教學(xué)設(shè)計，以問題為導(dǎo)向，準(zhǔn)確把握了知識結(jié)構(gòu)及難點重點，有效確保了實踐環(huán)節(jié)與理論環(huán)節(jié)的銜接。在課程開展前期主講教師已經(jīng)對知識內(nèi)容進行了拆解和聯(lián)系，盡量按照BOPPPS教學(xué)模型的六個環(huán)節(jié)來組織教學(xué)方式。在BOPPPS的先測和后測階段實踐了小組式討論的方式，在授課過程中學(xué)生的主動反饋在一定程度上已經(jīng)驗證了部分學(xué)習(xí)效果。近期的課程進展表明此類教學(xué)方案可以適應(yīng)當(dāng)前的課程設(shè)置背景，基本滿足了來自多專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

參考文獻：

[1]馬衛(wèi)紅，倪晉平，田會.“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化的探索和實踐[J].中國電力教育，2011，（31）：99-100.

[2]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，（7）：82-83.

[3]周海芳.“數(shù)字圖像處理”課程研討式教學(xué)[J].計算機教育，2010，（24）：93-97.

[4]袁恩，劉鵬，齊望東.基于BOPPPS模式的計算機網(wǎng)絡(luò)原理教學(xué)改革[J].計算機教育，2015，（6）：26-29.endprint