基于學習通的《數(shù)字圖像處理》混合式教學模式設計與研究

劉瓔瑛 屈鵬程 騰秀梅等

摘 要：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)日新月異的發(fā)展，課堂教學改革也開啟了新的歷史篇章。針對數(shù)字圖像處理課程綜合性及實踐性極強的特點，將其與超星學習通相結(jié)合，創(chuàng)建了線上平臺自學與線下課堂教學的混合式圖像處理教學模式。經(jīng)過一學期試驗表明，學生對該模式認可度較高，既能提高他們的自主學習能力，又能改善教學效果。

關鍵詞：數(shù)字圖像處理；混合學習；學習通

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）13-0034-04

一、引言

《數(shù)字圖像處理》課程是一門技術綜合性強、對數(shù)學能力要求極高的課程，該課程包含圖像處理基礎知識和圖像處理技術基本原理，通過該課程我們可以學到圖像數(shù)字化、圖像增強、圖像恢復、圖像壓縮、圖像分割和圖像特征提取等多個方面的知識。機器視覺技術的發(fā)展以及數(shù)學理論的完善，使數(shù)字圖像處理的方法和技術也日臻成熟，目前在農(nóng)業(yè)工程、工業(yè)制造、醫(yī)學檢測、軍事導彈和日常生活等多個方面，圖像處理技術已經(jīng)大展拳腳。[1-3]而機器視覺技術的快速發(fā)展和廣泛應用，也使越來越多的學生開始關注圖像識別等前沿信息。《數(shù)字圖像處理》作為我校一門選修課，選修人數(shù)在逐年增加。在這樣的背景下，數(shù)字圖像處理課程教學模式的轉(zhuǎn)變勢在必行。

二、數(shù)字圖像處理課程教學中存在的問題

1.課時少內(nèi)容多

《數(shù)字圖像處理》課程綜合性極強、內(nèi)容廣泛、知識點碎且雜，并且對學生在矩陣、向量、線性系統(tǒng)和編程方面的要求較高，這給許多學生的學習造成困擾。在大多數(shù)高等院校中，該課程是以選修課的形式存在的，這就導致了課程課時少、師生交流不足，也使教師很難發(fā)現(xiàn)學生在學習中的問題或困難。這種狀況招致的后果是該課程的教學質(zhì)量不高，教學效果也受到了嚴重影響。

2.教學模式單一

傳統(tǒng)的《數(shù)字圖像處理》課程使用的是“PPT+上機實驗”的教學模式，這種單一且機械式的教學難以激發(fā)學生的學習興趣，師生間的互動性也較差，學生的學習始終處于一種被動狀態(tài)。

為了解決上述問題，筆者基于超星學習通平臺創(chuàng)建了線上線下混合式圖像處理課程教學模式，試圖解決目前高校圖像處理課程存在的不足，例如課時少、資料貧瘠、教師與學生交流匱乏以及教學模式不新穎等，提高數(shù)字圖像處理的教學質(zhì)量。[4]在少學時的情況下改變單一PPT講解和上機實驗的傳統(tǒng)模式，增加師生間的互動，將深奧的理論講解用視頻動畫演示的形式在線上呈現(xiàn)，學生可以在課前完成線上預習，課上答疑和課后線上復習鞏固，相關聯(lián)的數(shù)學知識也在線上知識擴充部分給出，學生可以自行學習，不懂會有疑惑的地方及時與教師或同學討論提問。

三、基于“學習通”平臺移動課程的構(gòu)建

學習通平臺上的移動課程是對線下課堂教學的一種補充，是在網(wǎng)絡環(huán)境里的一種便捷式學習方式。其特點是課程在線編輯簡潔，課程單元資源豐富。這種模式打破了“教師在上學生在下”的傳統(tǒng)教學模式，為高校學生開辟了一個廣闊的學習空間。目前我校的無線網(wǎng)絡已經(jīng)達到全覆蓋，這給混合式教學的實施提供了便利的條件。[5]教師按照“先學后教、少教多學”的教學理念，利用微課、實驗操作等特色資源，依托信息化理實一體的教學環(huán)境和學習通在線平臺，巧用二維碼技術、學習通等信息化互動技術，以任務驅(qū)動為主線，實施線上和線下、課內(nèi)和課外的混合式教學，為學生自主學習提供了良好的學習環(huán)境，解決教學重點難點問題。

圖1所示即為教師利用學習通教師端進行課程建設的概括圖。一門課程有兩大模塊——課程管理和課程班級活動。其中的課程管理模塊由教師端維護，保障課程的順利進行。課程班級活動模塊是教師與學生溝通的橋梁。教師利用課程班級活動模塊可以進行高效率點名，并能實現(xiàn)作業(yè)的批改。學生在手機或平板電腦上完成提問搶答、討論互動等任務，并且隨時可以查看課程相關資料進行自主學習。在預習任務中加入“游戲化”學習體驗，通過這種趣味性的方式來吸引學生學習，使學生的參與度提高。將課程內(nèi)容進行模塊化設計，每個模塊有相應的幾個獨立知識點，每個知識點盡量縮小，讓學生在10分鐘以內(nèi)能夠輕松掌握，知識點建立鏈接，對涉及的數(shù)學概念、公式推導進行知識擴展。模塊化設計能夠使知識由整化零，對知識進行碎片化處理便于學生利用零散時間隨時隨地學習。[5]

四、線上線下混合式數(shù)字圖像處理教學模式的創(chuàng)設與實踐

1.搭建網(wǎng)絡課程

網(wǎng)絡課程的搭建分課前、課中、課后三個階段。課前，做到感性認知，提出問題。教師在學習通平臺上發(fā)布預習任務，確定學生自主學習的目標，為新課的順利進行掃除障礙。另外，教師提前構(gòu)建好完整的教學體系，為學生提供多種學習資源。在學習過程中，學生遇到問題或疑難點可及時通過群組與教師、助教或同學討論解決。為了保障學習效果，教師可選用學習通的監(jiān)控效果，檢測學生的學習狀況，如音頻、視頻資料可設置為防快進模式。教師可根據(jù)統(tǒng)計狀況了解學生的學習進度以及對知識點的掌握程度，并在后期課堂中給出針對性教學。[6]

課中目標是：提出問題，引出思考；探索發(fā)現(xiàn)，層層遞進。系統(tǒng)提供的在線簽到功能保證了教師高效率簽到，一鍵點名從而知曉出勤情況，如圖2左側(cè)所示。根據(jù)課前任務完成的反饋情況，教師可在課堂上提出相應問題，引導學生思考，進行針對性的授課。學生通過完成課前的預習任務，已經(jīng)對知識點有了簡單了解，再加上課中通過探討、交流等層層遞進，完成知識鞏固，就能很容易地消化課堂所教授的內(nèi)容。圖2右側(cè)為學生課下自主學習時討論的情況。

課后任務：操作設故，強化所學。學生通過學習通平臺提交作業(yè)，教師在對作業(yè)批閱的過程中了解學生的學習狀況。圖3為第二章作業(yè)成績統(tǒng)計情況，由表格可以看出，大部分學生對本章知識點掌握得較牢靠，能很好地消化課堂內(nèi)容。而少部分學生知識未能完全理解，在做題應用上稍有難度。利用大數(shù)據(jù)分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)學生掌握薄弱的地方，了解學生對知識的掌握、運用程度，從而對疑難點做出解答，也可以給教學進度的調(diào)整、教學行為的修正提供最直接的反饋信息。

2.借助網(wǎng)絡平臺，指導學生自主學習

鑒于目前學生的動手能力較差，而圖像處理課程的應用性和實踐性很強，所以在教學過程中，我們對實驗教學環(huán)節(jié)進行了改進。實驗課前，我們會在平臺上發(fā)布實驗預習任務，給出需要實現(xiàn)的編程要求，讓學生進行程序?qū)崿F(xiàn)。在這一過程中，既可以完成學生對已有知識的鞏固也可以激發(fā)他們的學習興趣。在進行上機操作時，學生還可以通過學習通把發(fā)現(xiàn)的問題、心中的疑惑及時與教師或同學溝通。[7][8]圖4左圖所示為實驗預習任務，右圖為教師發(fā)布的預習通知。

網(wǎng)絡在線教學，可以為學生提供教學大綱、教學進度計劃、講義、模擬題、中英文參考文獻等多種網(wǎng)絡教學資源。同時提供了許多優(yōu)秀的機器視覺的網(wǎng)址，使學生在業(yè)余時間能通過網(wǎng)絡了解到國內(nèi)外機器視覺的發(fā)展動態(tài)以及國際機器視覺的最新消息。這樣既為學生拓寬了多條知識通道，并且有助于學生從全方位多角度來了解復雜難懂的數(shù)字圖像處理技術。[9]在課程章節(jié)中，我們會將課程內(nèi)容提煉出精華部分，讓學生通過一部手機或者一臺筆記本電腦就能輕松學到所有《數(shù)字圖像處理》相關的內(nèi)容。此外，我們靈活應用平臺中提供的隨堂檢測、單元自測等來檢查學生的掌握程度，全面考查學生的學習成果。

下面結(jié)合第二章數(shù)字圖像處理基礎的課程實例，進一步闡釋如何通過學習通進行教學。如圖5所示，左上為第二章的課程章節(jié)，這是對整章內(nèi)容的一個總體概括；右上是教師錄制的微課視頻，是對2.3節(jié)圖像數(shù)字化學習的一種重要補充和擴展，視頻內(nèi)容能永久保存，可供學生反復查閱觀看；左下是2.1節(jié)色度學基礎中顏色模型的擴充，學生按需選擇學習，既可查缺補漏，又能強化鞏固知識；右下是第二章作業(yè)的示例，學習通平臺提供了集數(shù)字作業(yè)的收交、批改和反饋于一體的系統(tǒng)，便利、效率高且能維護學生的信息安全。以上課程操作都能夠在線編輯，簡捷便利。

五、教學效果分析

通過一學期的建設與使用能夠發(fā)現(xiàn)，基于“學習通”平臺的線上線下混合式教學模式不僅符合網(wǎng)絡時代發(fā)展的要求，并且能滿足學生使用、便捷、感興趣的需求。從實證角度對這種教學模式進行分析，發(fā)現(xiàn)學生對于該教學模式認可度較高。學習通上豐富的網(wǎng)絡教學資源拓展了學生的視野，“游戲化”學習體驗能使學生主動積極地參與到學習活動中。學生在線上的學習過程是一個自由的狀態(tài)，他們可以根據(jù)自己的情況選擇自主研究或是協(xié)作學習。在這樣的學習互動過程中，教師必須要對學生的學習進行一定的管理和控制，以引導學生正確的研究方向，同時在適當?shù)臅r候給予指導，讓學生的學習獲得真正意義上的內(nèi)化和深化。[10]

圖6是學生在線學習成績管理例圖，學生的成績是根據(jù)學生在學習通上的學習狀態(tài)來衡量的，包括章節(jié)測驗、訪問次數(shù)、作業(yè)、簽到等。表格可以看出，學生成績均分在70以上，這說明學生能很好地運用學習通課程進行在線學習。

圖7、圖8是學習通平臺的統(tǒng)計系統(tǒng)給出的兩種課程訪問統(tǒng)計量，這兩幅圖更能直觀反映出教學效果。本門課程是從9月8日第一次開始授課，到12月29日授課結(jié)束，共32個學時。圖7是學生個人的任務完成數(shù)以及課程訪問數(shù)，圖中可以看出，學生任務完成率為100%，訪問次數(shù)人均118。圖8是17年12月份學生的學習頁面訪問次數(shù)曲線圖，12月份課程已進入收尾階段，但仍有許多學生登錄界面學習。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，通過該課程教學，學生的學習態(tài)度變得更加端正，專業(yè)學習取向日趨明顯，對課程教學的滿意度也是90%以上，課程教學效果明顯。

六、總結(jié)與展望

為適應移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，高校教學模式的改進迫在眉睫?；凇皩W習通”平臺的線上線下混合式教學模式作為一種新型教學方式，或許會發(fā)展為未來高校教學中的一種普遍模式。無論是對于教師還是學生而言，混合式教學都是一場新的征程。它促使學生養(yǎng)成自主學習的良好習慣，同時，促進了教師的自我提升。在這種模式下，教師有充足的時間和精力投入到教學和學生的指導中，學生也有更寬裕的時間進行課下自學，最終實現(xiàn)高效課堂和教學相長的目標。但如何確保在混合式教學中充分使用學習通，以及如何衡量智能學習工具對教學的影響，還有待于進一步探索實踐。

參考文獻：

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[10]金偉.基于云計算的數(shù)字圖像處理平臺[D].浙江大學，2011.

（編輯：王天鵬）