融合成果導(dǎo)向教育理念的“線上+線下”混合式數(shù)字圖像處理課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施*

王 穎 王 兵 高建強(qiáng) 劉貴勤

(濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院日照 276826) (日照市中醫(yī)醫(yī)院設(shè)備科日照 276800) (濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院日照 276826)

1 引言

數(shù)字圖像處理是近年來(lái)發(fā)展較快、涉及范圍較廣的一項(xiàng)技術(shù)，也是高校醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。數(shù)字圖像處理課程教學(xué)內(nèi)容主要包括圖像基本概念及運(yùn)算、圖像增強(qiáng)技術(shù)、圖像分割與提取、圖像變換、圖像編碼及圖像形態(tài)學(xué)處理等。該課程涉及較多跨學(xué)科工程應(yīng)用場(chǎng)景，具有較強(qiáng)學(xué)科融合性及工程應(yīng)用性。隨著大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)不斷進(jìn)步，數(shù)字圖像處理技術(shù)飛速發(fā)展。數(shù)字圖像處理課程具有理論性強(qiáng)、技術(shù)要求高、更新迭代快以及理論與實(shí)踐結(jié)合密切等特點(diǎn)，部分學(xué)生容易出現(xiàn)厭學(xué)情緒；同時(shí)教師在上課過程中側(cè)重于專業(yè)知識(shí)灌輸，教學(xué)方式和成果缺乏個(gè)性化，普遍存在教學(xué)方法單一、教學(xué)效果較差等問題[1-3]。為了提高數(shù)字圖像處理課程教學(xué)質(zhì)量與效率，解決教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，同時(shí)結(jié)合社會(huì)對(duì)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)人才需求及學(xué)情分析，山東省濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院嘗試開展一系列教學(xué)改革。2020年春季學(xué)期較多課程教學(xué)由線下轉(zhuǎn)到線上，醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)“數(shù)字圖像處理”課程轉(zhuǎn)成依托于超星平臺(tái)的線上課程，與傳統(tǒng)線下教學(xué)模式相互補(bǔ)充，逐步探索出線上、線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

2 成果導(dǎo)向教育教學(xué)理念

成果導(dǎo)向教育(Outcome-based Education，OBE)是由Spady W G[4]提出的一種教育理念。不同于“以教學(xué)內(nèi)容為本”的傳統(tǒng)教學(xué)理念，OBE強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”并很快得到廣泛重視與認(rèn)可，已經(jīng)成為英國(guó)、美國(guó)等國(guó)家教育改革的主流理念。OBE理念將教學(xué)目標(biāo)制定、教學(xué)過程實(shí)施和教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等都以學(xué)生學(xué)習(xí)成效為導(dǎo)向，并通過持續(xù)改進(jìn)來(lái)不斷提升教學(xué)質(zhì)量[5-6]。OBE遵循“反向設(shè)計(jì)”原則，從社會(huì)需求、學(xué)生與相關(guān)利益體需求出發(fā)確定培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求，最后再形成課程體系。成果導(dǎo)向理念重視根據(jù)“反向設(shè)計(jì)”后學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果，從而有效地評(píng)價(jià)教學(xué)，使用OBE理念指導(dǎo)數(shù)字圖像處理等課程設(shè)計(jì)與實(shí)施具有重要現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)主要以理論教學(xué)為主，缺乏與實(shí)際工程項(xiàng)目及應(yīng)用的緊密結(jié)合，應(yīng)改變目前教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容及方法、考核評(píng)價(jià)等，結(jié)合線上授課內(nèi)容與模式，以學(xué)生為中心探索“線上+線下”混合式數(shù)字圖像處理課程教學(xué)設(shè)計(jì)，線下教學(xué)與線上作業(yè)、微課及線上考核性評(píng)估相互補(bǔ)充，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平、開展教學(xué)改革具有深遠(yuǎn)意義。

3 “線上+線下”混合式教學(xué)設(shè)計(jì)過程

3.1 設(shè)計(jì)流程

教學(xué)設(shè)計(jì)過程遵循OBE理念，以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，制定“線上+線下”混合式數(shù)字圖像處理課程教學(xué)設(shè)計(jì)基本流程，見圖1。融合OBE理念，在“線上+線下”混合式教學(xué)課程實(shí)施過程中，需要重點(diǎn)解決以下兩個(gè)問題：第一，解決“反向設(shè)計(jì)”問題，即如何在OBE理念指引下真正將社會(huì)對(duì)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的人才需求和應(yīng)用型專業(yè)課程教育相結(jié)合，探索滿足社會(huì)需求的“以學(xué)生學(xué)習(xí)成果”為導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)。第二，解決“正向施工”問題，具體包括以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：在反向設(shè)計(jì)指引下，調(diào)整與數(shù)字圖像處理課程相匹配的教學(xué)內(nèi)容；改進(jìn)教學(xué)方式，讓學(xué)生和教師共同參與，線下教學(xué)與線上教學(xué)相結(jié)合，以學(xué)生學(xué)習(xí)為主，而不是以講授為主；持續(xù)改進(jìn)考核方式、評(píng)價(jià)體系?；谏鲜鰞蓚€(gè)基本問題進(jìn)行具體實(shí)施和設(shè)計(jì)。

3.2 設(shè)計(jì)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)目標(biāo)

面向醫(yī)學(xué)院校醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的“數(shù)字圖像處理”課程，需要結(jié)合學(xué)生情況、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及社會(huì)對(duì)醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)人才的需求，制定“以學(xué)生為中心”的教學(xué)目標(biāo)。隨著人工智能的發(fā)展，數(shù)字圖像基礎(chǔ)理論和基本技術(shù)呈現(xiàn)新的發(fā)展勢(shì)態(tài)，數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景向智能化和多元化發(fā)展。教學(xué)目標(biāo)制定既要保障學(xué)生掌握課程基本理論知識(shí)，又能讓學(xué)生意識(shí)到課程教學(xué)的實(shí)踐作用和價(jià)值。按照OBE設(shè)計(jì)理念將課程教學(xué)目標(biāo)細(xì)化為知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)并分別進(jìn)行設(shè)置。知識(shí)目標(biāo)為將數(shù)字圖像處理的知識(shí)體系細(xì)化，具體包括以下幾個(gè)方面：數(shù)字圖像基本概念及運(yùn)算、圖像增強(qiáng)基本方法與技術(shù)(包括空域增強(qiáng)及頻域增強(qiáng)技術(shù))、圖像分割方法、圖像編碼基本方法、彩色圖像處理基本技術(shù)及數(shù)字圖像形態(tài)學(xué)處理。能力目標(biāo)包括：培養(yǎng)學(xué)生分析解決相關(guān)問題、使用Matlab軟件、結(jié)合線上平臺(tái)自學(xué)等能力。素養(yǎng)目標(biāo)為在模塊化知識(shí)體系下，結(jié)合不同知識(shí)內(nèi)容“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”地完成對(duì)學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)。

3.3 與課程教學(xué)目標(biāo)相匹配的“線上+線下”混合式課程體系實(shí)施

3.3.1 概述 按照OBE理念的設(shè)計(jì)，從“以學(xué)生為中心”出發(fā)確定培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)由“內(nèi)容為本”轉(zhuǎn)向“學(xué)生為本”，不斷調(diào)整知識(shí)內(nèi)容以達(dá)成預(yù)期成果?！熬€上+線下”混合式課程體系包括課程內(nèi)容調(diào)整、教師教學(xué)方法改革以及教學(xué)模式和教學(xué)工具革新，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、問題驅(qū)動(dòng)、探究式學(xué)習(xí)等教學(xué)方法。同時(shí)可以不受時(shí)間、空間限制，充分利用線上資源將線下教學(xué)與線上作業(yè)、微課等相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)資源最大化共享，并配以師資、設(shè)備等調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生最大化達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

3.3.2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和改革 除傳統(tǒng)授課模式外，積極推廣翻轉(zhuǎn)課堂、BOPPPS教學(xué)等教學(xué)模式，通過線上與線下相結(jié)合、相補(bǔ)充激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)充分利用線上資源，以超星線上平臺(tái)為主，以 QQ群、微信群為輔助，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)。

3.3.3 開課前預(yù)習(xí)工作 將教材電子版、參考書目上傳至平臺(tái)，讓學(xué)生在開課前1～2周內(nèi)完成預(yù)習(xí)，設(shè)置任務(wù)點(diǎn)并督促學(xué)生完成，同時(shí)納入最終考核體系。同時(shí)設(shè)置與課程相關(guān)的前置調(diào)查問卷等，引起學(xué)生求知欲及興趣，既可以有效導(dǎo)入課程，又可以根據(jù)調(diào)查結(jié)果有的放矢地開展線下課程。

3.3.4 線下授課為主、線上微課為輔 醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)“數(shù)字圖像處理”課程每節(jié)線下課程都設(shè)置相應(yīng)的線上平臺(tái)課件、微課及課后拓展，其中課件和微課內(nèi)容為線下理論及實(shí)驗(yàn)相應(yīng)內(nèi)容；而課后拓展則是針對(duì)每個(gè)小節(jié)素質(zhì)和能力培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行課上內(nèi)容延伸。例如，在“數(shù)字圖像處理的基本概念——像素”這一節(jié)內(nèi)容設(shè)置中，通過線下授課讓學(xué)生了解并掌握在數(shù)字圖像處理過程中所需基本概念，并講解像素概念的含義。同時(shí)在超星線上平臺(tái)本節(jié)模塊分別設(shè)置教學(xué)大綱、課件、微課及課后拓展，讓學(xué)生真正地“知其然，知其所以然”，能夠更好地將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，見圖2。

圖2 “數(shù)字圖像處理的基本概念——像素”線上授課內(nèi)容

3.3.5 作業(yè)與復(fù)習(xí) 為了更好地使學(xué)生熟練掌握線下授課內(nèi)容，結(jié)合不同版塊數(shù)字圖像處理知識(shí)點(diǎn)，以成果導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)在線上超星平臺(tái)布置相應(yīng)作業(yè)，同時(shí)線下每節(jié)授課的課件也上傳至平臺(tái)并設(shè)置任務(wù)點(diǎn)，督促學(xué)生做好課后復(fù)習(xí)。

3.4 學(xué)生學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)

學(xué)生學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)主要借助線上超星泛亞平臺(tái)和手機(jī)學(xué)習(xí)通完成。通過超星平臺(tái)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)生任務(wù)點(diǎn)完成情況、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、作業(yè)統(tǒng)計(jì)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成率等，并通過教學(xué)預(yù)警及時(shí)反饋給沒有完成平臺(tái)所布置任務(wù)的學(xué)生，督促其加快學(xué)習(xí)進(jìn)度。學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)最終通過線上平臺(tái)成績(jī)統(tǒng)計(jì)(包括平時(shí)任務(wù)點(diǎn)完成率、作業(yè)統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī))和線下期末考試來(lái)衡量，其中線上占40%，線下占60%。

3.5 持續(xù)性改進(jìn)考核評(píng)價(jià)體系

新的教學(xué)模式下，除傳統(tǒng)課堂考勤和測(cè)試成績(jī)外，引入課前在線預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)、線上作業(yè)、課外文獻(xiàn)閱讀等考核方法，考核結(jié)果作為最終成績(jī)組成部分，融合考核和教學(xué)過程，根據(jù)課程進(jìn)度和內(nèi)容選擇適當(dāng)方式，及時(shí)評(píng)估學(xué)生知識(shí)掌握和能力培養(yǎng)情況。持續(xù)改進(jìn)環(huán)節(jié)是OBE教學(xué)體系的重要閉合環(huán)節(jié)，可以結(jié)合課前、課中及課后不同形式的調(diào)查問卷表反饋教學(xué)和評(píng)價(jià)方法存在的偏差。及時(shí)地發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程存在的問題、檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)完成情況，并將調(diào)查情況及時(shí)反饋給教師，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整、對(duì)評(píng)價(jià)方式和考核內(nèi)容進(jìn)行持續(xù)性改進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

OBE理念不同于傳統(tǒng)教育模式，主張“反向設(shè)計(jì)，正向施工”，能夠更好地滿足現(xiàn)代社會(huì)需求，目前已成為我國(guó)普通本科教育發(fā)展趨勢(shì)。本文融合OBE教學(xué)理念，利用“線上+線下”混合式教學(xué)模式對(duì)“數(shù)字圖像處理”課程進(jìn)行改革與設(shè)計(jì)，以學(xué)生為中心，反向設(shè)計(jì)、正向施工，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果及時(shí)評(píng)價(jià)并進(jìn)行持續(xù)性改進(jìn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，不斷改進(jìn)教學(xué)模式，改善教學(xué)效果。