基于混合式教學(xué)的“數(shù)字圖像處理”課程建設(shè)

徐志剛 朱紅蕾

[摘 要] “數(shù)字圖像處理”課程理論性強、公式繁雜，主要章節(jié)間缺乏連貫性，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。此外，傳統(tǒng)的課程教學(xué)只注重圖像處理算法原理講解，忽視學(xué)生創(chuàng)新意識、思想道德和團隊精神的培養(yǎng)。針對這些問題，基于OBE理念，開展了“數(shù)字圖像處理”混合式教學(xué)課程建設(shè)。通過突出學(xué)生中心、重新構(gòu)建課程知識體系、融入任務(wù)式學(xué)習(xí)方法和課程思政元素、改變課程考核模式等途徑，提升課程的“兩性一度”。通過三年的教學(xué)實踐，“數(shù)字圖像處理”混合式教學(xué)課程建設(shè)取得了顯著的成效。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)字圖像處理;混合式教學(xué);OBE;任務(wù)驅(qū)動;課程思政

[基金項目] 2017年度國家自然科學(xué)基金項目“基于稀疏建模的褪色/變色石窟壁畫彩色圖像超分辨率重建方法研究”（61761028）;2019年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“基于沉浸式任務(wù)驅(qū)動的數(shù)字圖像處理云課程建設(shè)”（201902072038）;2019年度甘肅省教育廳大學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力提升項目“基于多學(xué)科融合策略的‘大數(shù)據(jù)+大學(xué)生創(chuàng)業(yè)能力提升實踐”（902022）

[作者簡介] 徐志剛（1977—），男，甘肅張掖人，博士，蘭州理工大學(xué)計算機與通信學(xué)院副教授，主要從事圖像和視頻處理、機器學(xué)習(xí)研究;朱紅蕾（1977—），女，山東聊城人，碩士，蘭州理工大學(xué)計算機與通信學(xué)院副教授，主要從事圖像和視頻處理、機器學(xué)習(xí)研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）34-0115-04? ?[收稿日期] 2021-05-29

一、引言

自2016年中國正式加入《華盛頓協(xié)議》以來，工程教育專業(yè)認(rèn)證工作在國內(nèi)各高校得到了廣泛響應(yīng)。這一工作的深入開展對于我國工程技術(shù)領(lǐng)域人才培養(yǎng)模式的變革具有重要意義[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心是基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE）。OBE教育模式強調(diào)“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”，重視學(xué)生能力的培養(yǎng)和素質(zhì)的提高[2]。在此背景下，OBE理念逐漸成為國內(nèi)工科專業(yè)課程建設(shè)與改革的指導(dǎo)依據(jù)[3]。

目前，基于OBE理念，國內(nèi)眾多高校的學(xué)者針對不同課程的建設(shè)開展了一系列探索。比如，王永泉等[4]基于OBE理念，對課程教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施和課程評價各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的原則、要點和形式標(biāo)準(zhǔn)進行了探討。崔文超等[5]基于OBE理念，提出通過基于項目驅(qū)動的教學(xué)方法對“數(shù)字圖像處理”課程進行改革。田偉等[6]對“數(shù)字圖像處理”課程的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和考核模式進行改革，突出了以學(xué)生為主體、以成果為導(dǎo)向的教學(xué)模式創(chuàng)新。夏潤秋等[7]通過設(shè)置不同階段的項目，培養(yǎng)并提高學(xué)生對數(shù)字圖像處理相關(guān)知識的理解與運用能力。曲蘊慧[8]針對混合式教學(xué)課程特點，將OBE理念與混合式學(xué)習(xí)方法有機結(jié)合，通過重設(shè)課程目標(biāo)、改進教學(xué)方法和考核評價認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，促進了教學(xué)效果以及學(xué)生綜合能力的提高。上述這些工作，為OBE理念下的課程建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗。

“數(shù)字圖像處理”是面向計算機科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)開設(shè)的一門必修課程。近年來，隨著人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，對圖像和視頻數(shù)據(jù)處理的需求快速增長，“數(shù)字圖像處理”課程的重要性也日益凸顯。因此，基于OBE理念，探索“數(shù)字圖像處理”課程混合式教學(xué)的組織模式及內(nèi)涵建設(shè)具有積極意義。

二、“數(shù)字圖像處理”傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

“數(shù)字圖像處理”課程主要包括圖像處理和圖像分析兩部分內(nèi)容。由于數(shù)字圖像處理的主要章節(jié)相對獨立、缺乏連貫性，課程理論性強、公式復(fù)雜、概念抽象，涉及的理論和方法既包含時域（空域）和變換域（頻域為主），也包含線性代數(shù)、概率統(tǒng)計、信息論、集合論、信號處理等學(xué)科的知識，對于普通本科院校數(shù)學(xué)基礎(chǔ)一般的學(xué)生而言，難度較大。同時，傳統(tǒng)的“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)模式還存在以下幾方面的問題。

（一）課程采用“一言堂”的教學(xué)模式，學(xué)生參與度不高

傳統(tǒng)的“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)以課堂講授為主。學(xué)生往往剛接觸這門課時有一定的興趣，認(rèn)為圖像處理內(nèi)容新鮮有趣，但一旦涉及復(fù)雜度較高的章節(jié)，這種視覺沖擊產(chǎn)生的興趣則很快消失。同時，在課堂教學(xué)過程中，學(xué)生處于被動接受的狀態(tài)，參與度不高。這顯然有違“以學(xué)生為中心”的OBE理念，同時也不利于學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的培養(yǎng)。

（二）課程教學(xué)質(zhì)量難以持續(xù)提高

數(shù)字圖像處理知識點繁多，教學(xué)內(nèi)容豐富，應(yīng)用性強。受學(xué)時等因素的制約，要對課程涉及的眾多知識點都進行詳細(xì)講解并讓學(xué)生消化理解是比較困難的。這導(dǎo)致很多學(xué)生對于課程內(nèi)容囫圇吞棗，難以形成知識點之間的有效聯(lián)系和系統(tǒng)化的知識體系，從而使得教學(xué)質(zhì)量大打折扣。

（三）課程提供的學(xué)習(xí)資源有限

在以往的教學(xué)過程中，受授課條件限制，提供給學(xué)生的學(xué)習(xí)資源除了教材、參考書之外就是課堂上教師講解過程中提供的應(yīng)用案例。這些學(xué)習(xí)資源總量非常有限，難以滿足不同層次學(xué)生個性化的需求。

（四）課程教學(xué)未考慮思想政治元素的嵌入

以往的教學(xué)設(shè)計主要考慮知識的傳授，在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法方面都缺少思想政治教育內(nèi)容的嵌入，對于課程中蘊含的思想政治元素也未能充分挖掘。

三、“數(shù)字圖像處理”混合式教學(xué)課程建設(shè)

（一）混合式教學(xué)課程建設(shè)概況

基于OBE理念，規(guī)劃了“講授+在線課程”的混合式教學(xué)模式。“數(shù)字圖像處理”混合式教學(xué)課程平臺自2018年開始建設(shè)。課程平臺按照“課程資源”“活動庫”“作業(yè)庫”“任務(wù)庫”和“試卷庫”模塊進行內(nèi)容組織。經(jīng)過三個年度的建設(shè)和運行，在課程內(nèi)容建設(shè)、學(xué)生實踐能力和學(xué)習(xí)主動性提升、教學(xué)質(zhì)量促進等方面，“數(shù)字圖像處理”混合式課程均取得了良好的效果。