數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式設(shè)計與應(yīng)用

劉 歆，黃 穎，鐘 明,黃江平

（重慶郵電大學(xué) 軟件工程學(xué)院，重慶 400065）

0 引 言

數(shù)字媒體技術(shù)在數(shù)字媒體處理及應(yīng)用、游戲開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)信息傳播、虛擬現(xiàn)實、人機交互、人工智能等方面都有應(yīng)用，其涵蓋的知識和內(nèi)容比較多。數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)要求學(xué)生既掌握理論知識，又具備數(shù)字媒體應(yīng)用的分析、設(shè)計、操作和開發(fā)實踐能力。根據(jù)對目前就業(yè)形式的分析[1]以及信息行業(yè)對人才需求的了解，未來高校必須要培養(yǎng)面向行業(yè)，面向工程應(yīng)用、開發(fā)實踐和創(chuàng)新思維的數(shù)字媒體技術(shù)人才[2-3]。多個學(xué)者曾探索和改革數(shù)字媒體人才培養(yǎng)模式和教學(xué)方式。文獻[4]以數(shù)字媒體專業(yè)為例，分析專業(yè)的需求，從而確定設(shè)備，結(jié)合教學(xué)理念和面向信息化教學(xué)需求給出了完整的數(shù)字媒體開發(fā)中心布局圖。文獻[5]提出須認(rèn)清國內(nèi)設(shè)計人才繼續(xù)教育存在的問題，通過革新教育理念、完善課程教學(xué)體系以及構(gòu)建多元教學(xué)模式，真正培養(yǎng)滿足市場需求的數(shù)字媒體設(shè)計人才。文獻[6]強調(diào)“形式帶動內(nèi)容”：理論課程形式上進行合并，實踐環(huán)節(jié)實現(xiàn)“顯隱結(jié)合”，鼓勵學(xué)生組建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊，增設(shè)學(xué)科競賽專題實踐。文獻[7]對復(fù)合型數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)進行了探討。文獻[8]提倡創(chuàng)建與時代發(fā)展需求同步的專業(yè)技能，構(gòu)建以專業(yè)課程為導(dǎo)向的課程體系。在這些數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的教學(xué)探索中，多以從藝術(shù)和技術(shù)結(jié)合方面的教學(xué)理念展開，而少見有面向軟件工程專業(yè)的數(shù)字媒體技術(shù)人才培養(yǎng)模式討論。文獻[9]結(jié)合專業(yè)實際情況探索數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式，以學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)為主線，以新型應(yīng)用型工程技術(shù)人才為培養(yǎng)目標(biāo)。文獻[10]結(jié)合北京工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院的實際情況和實踐經(jīng)驗，從復(fù)合型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的制訂出發(fā)，對軟件工程(數(shù)字媒體技術(shù))特色專業(yè)的教學(xué)課程體系的建立、人才培養(yǎng)模式及創(chuàng)新人才培養(yǎng)平臺等問題進行探索與實踐。因此，需要結(jié)合自身實際教學(xué)情況，量體裁衣地改革課程、教學(xué)和人才培養(yǎng)。

1 數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程背景分析與存在的問題

數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程是軟件工程專業(yè)數(shù)字媒體方向的一門關(guān)鍵專業(yè)課程，是把數(shù)字媒體理論知識融會貫通到應(yīng)用實踐的重要課程。通過理論與應(yīng)用實驗相結(jié)合的方式，加強學(xué)生對數(shù)字媒體理論知識的掌握和理解，提升學(xué)生的數(shù)字媒體應(yīng)用實踐能力和思維水平。在重慶郵電大學(xué)軟件工程學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)系的課程體系中，有3門比較重要的專業(yè)核心課程：數(shù)字媒體技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)和數(shù)字媒體應(yīng)用實踐。其中，數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程銜接了數(shù)字媒體技術(shù)基礎(chǔ)理論課程與數(shù)字媒體應(yīng)用實踐實驗課程。

本課程安排在實驗室內(nèi)完成，但數(shù)字媒體技術(shù)所包含和涉及的內(nèi)容、知識面很廣，學(xué)生必須具備大量的數(shù)學(xué)、程序語言、計算機技術(shù)等基礎(chǔ)知識，同時，數(shù)字媒體本身的知識體系中，也包括圖形圖像、音頻、視頻、動畫、游戲等眾多內(nèi)容。在學(xué)習(xí)這些基礎(chǔ)課程時，理論和面向?qū)I(yè)的知識和應(yīng)用是分開的，純理論和純技術(shù)的學(xué)習(xí)對大多數(shù)本科階段的學(xué)生來說是枯燥無趣的，這使他們在學(xué)習(xí)過程中，目標(biāo)不明確、缺乏積極性。等到學(xué)習(xí)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)課程時，學(xué)生的基礎(chǔ)知識儲備不足，導(dǎo)致問題理解、理論向?qū)嶒炦^渡等的困難。

（1）數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程，是以較深入的理論知識學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的，學(xué)生需要對所有知識點理解和掌握，才能更好地進行數(shù)字媒體程序設(shè)計，并加以實現(xiàn)。但如果在教學(xué)中，理論講解占去較多時間，留給學(xué)生自己完成課程設(shè)計的時間就會太少，同時老師也無法對實驗過程進行較多的管理和指導(dǎo)。

（2）在本課程以往的教學(xué)過程中，從培養(yǎng)方式來說，面向應(yīng)用的實驗、實踐太少，學(xué)生的興趣不足，課堂教學(xué)效果不好；從內(nèi)容組織來說，知識結(jié)構(gòu)較單一，難以對數(shù)字媒體技術(shù)有全局性的認(rèn)識，綜合應(yīng)用能力不強。

（3）由于理論和實驗時間的不合理分配，要在學(xué)生掌握當(dāng)前知識點的基礎(chǔ)上，展開面向應(yīng)用的實驗、實踐就變得不太可能。除了極少部分自覺性較好、領(lǐng)悟能力較強的學(xué)生外，大部分學(xué)生無法把理論知識、實驗過程與實際應(yīng)用問題聯(lián)系起來，但對培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識問題、解決問題的能力來說，是至關(guān)重要的。

因此，在本課程開展的過程中，必須引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革，用MOOC、自制視頻資料等方式，從數(shù)學(xué)原理、知識背景、程序?qū)嶒瀸崿F(xiàn)、綜合應(yīng)用，逐一引入，讓學(xué)生在課外按在線學(xué)習(xí)的方式達(dá)到針對某一內(nèi)容的基礎(chǔ)知識儲備和理解，在課堂中加強知識應(yīng)用、分析、綜合能力的培養(yǎng)，并進行評估。課堂中，針對每一知識點加強引導(dǎo)，幫助和促進學(xué)生把知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，完成面向應(yīng)用的課程設(shè)計與實驗，以達(dá)到提升學(xué)生思維和動手能力的作用。通過翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計，可以較好地提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力，提高學(xué)生對數(shù)字媒體方向的進一步理解，加強學(xué)生的綜合競爭力。

2 數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計

2.1 教學(xué)模式設(shè)計

數(shù)字媒體開發(fā)與設(shè)計課程包括圖形圖像、音頻、視頻、動畫、游戲等諸多內(nèi)容，包含的知識豐富、涉及的領(lǐng)域廣泛、要求的理論深厚、涵括的開發(fā)語言眾多。課程將深入學(xué)習(xí)圖形圖像顯示、存儲、處理、應(yīng)用的程序設(shè)計與實現(xiàn)，音頻讀寫、存儲、處理、應(yīng)用的程序設(shè)計與實現(xiàn)，視頻顯示、存儲、處理、應(yīng)用的程序設(shè)計與實現(xiàn)，動畫腳本程序的設(shè)計與實現(xiàn)、游戲及虛擬現(xiàn)實的設(shè)計與實現(xiàn)。

課程將通過錄播課程的方式完成相關(guān)理論知識的引導(dǎo)和學(xué)習(xí)。在實施過程中，把每個知識與實際應(yīng)用結(jié)合講解，引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識的理解以及對應(yīng)用問題的思考。課堂中以每個理論知識點的實例帶入，通過實例方式引導(dǎo)學(xué)生掌握媒體技術(shù)各部分內(nèi)容及知識點的程序設(shè)計和開發(fā)。教學(xué)過程中，重點體現(xiàn)設(shè)計和思維過程，消除相關(guān)理論與程序?qū)崿F(xiàn)之間的鴻溝。

考慮軟件工程學(xué)院學(xué)生所學(xué)平臺和語言的差異性，在教學(xué)過程中，以一種開發(fā)工具為主，但不拘泥于某種固定的平臺和語言，側(cè)重思維過程和方式，讓學(xué)習(xí)不同編程語言和平臺的學(xué)生不會因為語言和平臺而產(chǎn)生畏懼心理，同一個案例，可以用不同方式實現(xiàn)。例如可以VS 為主，在圖形圖像處理中，用VS+OPENCV、VS+OPENGL等平臺和工具。同時，可加入基于Android/iOS的移動設(shè)備媒體開發(fā)，或以Python 等語言和平臺實現(xiàn)。

入門期階段，以“講解+實驗”的方式，充分調(diào)動學(xué)生的興趣和動手能力，提高學(xué)生的實踐水平。此階段的課程內(nèi)容以每部分的基礎(chǔ)知識為主，如圖像的讀取、顯示。

中后期階段，課程以“講述+啟發(fā)+引導(dǎo)+實現(xiàn)+展示”的形式，給學(xué)生講述某一知識點的應(yīng)用環(huán)境及涉及的基礎(chǔ)理論知識，啟發(fā)學(xué)生對知識點的應(yīng)用及其關(guān)鍵算法和軟件開發(fā)的思考，引導(dǎo)學(xué)生對軟件及相關(guān)算法分析和設(shè)計，并用相應(yīng)的開發(fā)工具和程序設(shè)計語言現(xiàn)實算法及軟件系統(tǒng)，最終把實現(xiàn)成果展示。此階段的課程內(nèi)容以每部分的核心理論知識為主，例如圖像處理涉及的相關(guān)知識。

每個課程實驗的開發(fā)工具和程序設(shè)計語言不限，學(xué)生可選擇基于.net 和基于Java 等多種開發(fā)平臺，最終實現(xiàn)的軟件系統(tǒng)可以是面向PC 端的和（或）面向移動端的。

總體的教學(xué)模式框架見圖1。

圖1 課程教學(xué)模式框架

完整的教學(xué)過程包括課堂之內(nèi)和課堂之外，在這個過程中教師和學(xué)生兩個角色需同時作用。課堂之外：教師需要規(guī)劃學(xué)生自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容、要求和目的，并提供學(xué)習(xí)的視頻和講義，在關(guān)鍵知識點提出啟發(fā)性的思考問題；學(xué)生則根據(jù)要求展開自主學(xué)習(xí)，提前對相關(guān)知識進行熟悉和理解，對教師指出的關(guān)鍵知識點和問題進行思考和資料收集，提出和記錄自己的問題和學(xué)習(xí)難點。課堂之內(nèi)：教師圍繞課堂主題對知識點進行講述，重點收集和解決學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中提出的問題和難點，指明教學(xué)任務(wù)，引導(dǎo)教學(xué)任務(wù)，拋出設(shè)計思路和實驗過程，最后對學(xué)生的完成過程和情況進行綜合評定；學(xué)生則根據(jù)教師的引導(dǎo)和拋出的設(shè)計思路和實驗過程，完成實驗的設(shè)計和實現(xiàn)，并參與測評。

2.2 課程資源建設(shè)

讓學(xué)生更好地自主學(xué)習(xí)，離不開好的課程資源建設(shè)。在教學(xué)改革過程中，可以建設(shè)以下課程資源。

（1）課程錄播視頻，對數(shù)字媒體技術(shù)基礎(chǔ)所涉及的內(nèi)容分專題制作錄播視頻，通過在線的錄播課堂，學(xué)生可以更方便地對理論知識進行學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。

（2）課程案例集，收集和制作數(shù)字媒體設(shè)計和開發(fā)課程內(nèi)容相關(guān)的應(yīng)用案例，以案例引導(dǎo)學(xué)生參與應(yīng)用實踐的興趣和積極性。

（3）課程作品庫，收集和制作學(xué)生課程中完成的優(yōu)秀作品，并做點評，形成學(xué)生的優(yōu)秀作品庫，鼓勵學(xué)生更多地參與到教學(xué)過程的各環(huán)節(jié)，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，樹立學(xué)生自心信。

2.3 過程監(jiān)督與考試模式設(shè)計

數(shù)字媒體開發(fā)與設(shè)計課程重點體現(xiàn)對學(xué)生個人所學(xué)知識點的考核。課程開始之前，設(shè)置知識回顧環(huán)節(jié)，檢查學(xué)生自主學(xué)習(xí)及知識掌握情況。課程中，完成課程講述和面向全體學(xué)生的課程內(nèi)容引導(dǎo)之后，要求學(xué)生完成一個實驗方案的設(shè)計，檢查每個學(xué)生的實驗方案，提出修改和完善的指導(dǎo)意見。全程監(jiān)控學(xué)生實驗實現(xiàn)過程，記錄學(xué)生課程表現(xiàn)情況、知識點掌握情況和實現(xiàn)完成情況。最后，要求學(xué)生對每次實驗中的算法及程序設(shè)計思路進行記錄，分析實驗結(jié)果、總結(jié)實驗過程。選擇實驗方案比較好、具有一定創(chuàng)新性的實驗作品，讓學(xué)生進行作品講解和展示，引導(dǎo)學(xué)生們討論，促進學(xué)生參與、相互學(xué)習(xí)、知識的相互補充和興趣的相互帶動。

本課程共64 學(xué)時，共設(shè)計包括針對基礎(chǔ)知識和核心知識在內(nèi)的14 個實驗，每個實驗4 學(xué)時，最后8 學(xué)時，要求學(xué)生分組完成一個課程項目。

考核時，每個實驗根據(jù)記錄的學(xué)生課程表現(xiàn)情況、知識點掌握情況和實現(xiàn)完成和分析情況進行評分，此部分成績占70%。對具有一定應(yīng)用性、創(chuàng)新性的實驗，按完成情況進行評分，此部分成績占15%。最后的小組課程項目占15%，用于考查學(xué)生分工合作完成項目的組織、協(xié)作、應(yīng)用實踐等綜合能力。由項目小組對項目思路和實現(xiàn)過程進行講解、展示和答辯，綜合小組互評和老師評價給出項目組成績。再按各小組成員的貢獻比，把項目組成績分配給各位小組成員。小組互評時，各個小組對其他組進行排序，序號唯一，成績匯總時去掉最高分和最低分。

鼓勵學(xué)生以課程作品參加“軟件作品大賽”和“互聯(lián)網(wǎng)+”等各種比賽，獲獎個人和小組，另記綜合表現(xiàn)分?？己顺煽?yōu)閮?yōu)秀的個人及小組項目作品將加入課程資源作品庫。

3 數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用情況

為了驗證數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的應(yīng)用情況，課程團隊對改革過程中的數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程及其后續(xù)課程數(shù)字媒體應(yīng)用實踐的學(xué)習(xí)情況進行了跟蹤和分析。表1 展示了在相同考核方式和考核標(biāo)準(zhǔn)下，2015—2017年3 年選修數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程的學(xué)生的課程成績情況；表2 展示了在相同考核方式和考核標(biāo)準(zhǔn)下，2014—2017 年4 年選修數(shù)字媒體應(yīng)用實踐課程的學(xué)生的課程成績情況（2014 年，數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程還未改革，授課內(nèi)容和考核跟后面幾年不同，不作對比。另外，因2018年后課程有所調(diào)整，無法得到2018 年和2019 年相同條件下的兩門課成績）。

從表1 和表2 可以看出，數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革后，數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)和數(shù)字媒體應(yīng)用實踐課程成績?yōu)锳 等的學(xué)生比例逐年上升。特別地，在改革前后，數(shù)字媒體應(yīng)用實踐課程成績情況有明顯的變化，A 等的學(xué)生比例從改革前的17.74%，到2017 年變?yōu)?6.08%。說明通過數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計和教學(xué)改革，可以更好地提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力。

表1 數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程2015—2017 年的成績情況（%）

表2 數(shù)字媒體應(yīng)用實踐課程2014—2017 年的成績情況（%）

4 結(jié) 語

面向軟件工程的數(shù)字媒體設(shè)計與開發(fā)課程教學(xué)模式設(shè)計與應(yīng)用中，引入MOOC、錄播視頻等基于翻轉(zhuǎn)課堂的“講述+啟發(fā)+引導(dǎo)+實現(xiàn)+展示”教學(xué)模式，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣以及實驗、實踐和創(chuàng)新應(yīng)用能力。在課堂內(nèi)，以實例和案例給學(xué)生以啟發(fā)和問題思考，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用實踐的方向，加強過程監(jiān)督和管理，建立合理的考評方式。在課堂外，建設(shè)錄播視頻、案例集、作品庫等課程資源，幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識，促進教學(xué)相長。