立體化教學模式在數(shù)字圖像處理課程教學中的應用

杜云明　蓋麗娜　劉文科　史慶軍

摘 要：數(shù)字圖像處理是現(xiàn)代信息技術的一個重要研究方向，在國民經濟的各個領域有著廣泛的應用。文章對目前數(shù)字圖像處理課程教學存在的問題進行剖析，為全面提升學生的學習效果，提出了立體化教學模式的課改思路。通過將教學設計、教學資源、教學方法和實踐手段等有機融合在一起，構建出立體化的教學體系，以滿足學習者全方位立體化的學習需求。實踐表明，采用立體化教學模式優(yōu)化了教學過程，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：立體化教學 數(shù)字圖像處理 課程改革與實踐

中圖分類號：F240

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2016）01-241-03

一、前言

教育部在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2011-2020年）》中提出：“全面實施高等學校本科教學質量與教學改革工程，探索建立以學習者為中心的教學新模式，充分調動學生學習積極性和主動性?！笨梢?，教學模式改革已經被視為提升高等教育教學質量的重要抓手。高校應適應時代發(fā)展需求，積極改進教育理念、教育思想和教學手段，著力探索和推進教學模式的轉變。本文以數(shù)字圖像處理課程教學為例，探索和實踐利用網絡、計算機技術，將立體化教學設計、立體化教學資源、立體化師生互動、立體化教學方法等有機組合在一起，使教學活動、實踐內容、學習過程、監(jiān)督管理串聯(lián)成一個有機整體并最終使學習者能全方位立體化地進行學習。

二、教學現(xiàn)狀分析

數(shù)字圖像處理作為高校信息類專業(yè)的核心專業(yè)課程，不僅要求學生深諳課程重要原理的內涵，系統(tǒng)掌握專業(yè)技術知識，還要求學生能夠通過實驗和實踐環(huán)節(jié)提升團隊協(xié)作精神和動手與創(chuàng)新能力。然而，傳統(tǒng)的教學模式難以兼顧學生夯實理論基礎和提升實踐能力的雙重培養(yǎng)目標。結合筆者多年教學經驗，分析和總結目前課程教學存在問題如下：

1.教學方法與教學手段單一，學生學習熱情不高。課程教學按照傳統(tǒng)教學模式，由教師通過黑板和多媒體課件授課方式，將教學內容單向地灌輸給學生。這種講授式的教學方法不能將復雜抽象的知識準確地傳遞給學生，導致學生無法深入理解原理內涵，難以真正實現(xiàn)知識的轉化和應用。另外教學過程中缺乏互動和交流，學生的問題難以得到及時地解決，久而久之學生喪失了學習的熱情，導致教學演變?yōu)榻處煹莫毥菓颉?/p>

2.教學信息不對稱，導致學生被動參與教學。盡管在授課準備階段，教師對課程目標、教學方法、學習手段和實踐目的等教學環(huán)節(jié)進行了精心的設計，但由于“教”與“學”之間存在信息的不對稱，導致學生對相關要求沒有清晰的認識，對教師的意圖不夠了解，使得學生只能被動地跟隨教師完成設定的教學任務。

3.實驗內容簡單，實踐能力提高有限。數(shù)字圖像處理是一門理論與實踐緊密結合的學科，盡管課程教學中也配置了實驗環(huán)節(jié)，但由于學時的限制，開設的實驗內容相對簡單，且主要以演示性和驗證性為主，學生參與實驗的熱情不高，影響了學生的創(chuàng)造力和想象力的發(fā)揮，動手實踐能力提升十分有限。

4.傳統(tǒng)的課程考核方式，難以全面考查學生能力。以試卷筆試為主的課程考核方式，只能對課程所涉原理、現(xiàn)象、規(guī)則等內容進行考查，缺少對知識應用及轉化的實踐技能的考核，學生的成績不能全面反映學生的學習情況。

5.教學評價環(huán)節(jié)缺失，影響教學評估及整改。教學評價是分析教學質量的重要手段，但傳統(tǒng)教學通常忽略了這個環(huán)節(jié)。教師無法了解學生及授課過程存在的問題，不能及時得到合理的教學反饋信息，教學評估無法實現(xiàn)，教學優(yōu)化更是無從下手。

三、立體化教學改革方案設計

針對上述問題，筆者深入研究了立體化教學方法，結合課程特點及學生的實際需求，構建了適應本課程的立體化教學體系，并積極開展了教學改革與探索。

1.立體化教學的基本思想。立體化教學是基于現(xiàn)代教育學理念和現(xiàn)代社會對人才培養(yǎng)的要求，充分利用現(xiàn)代信息技術和教學設施，打破傳統(tǒng)知識灌輸?shù)膯我荒Ｊ?，在師生互動交流和生生互動協(xié)作基礎上，引導學生通過靜態(tài)的、動態(tài)的、理論的和實踐的全方位方式和角度，綜合應用多種教學方式，進行自主性、探索式學習，并在師生互動交流和生生互動協(xié)作學習中主動而又積極地建構本學科專業(yè)知識；實現(xiàn)抽象內容具體化、復雜過程簡單化、教學方式多樣化、教學目標全面化，實現(xiàn)教與學的立體交融。

2.基于立體化教學模式的教學改革方案。在教學過程中打破原有的教師講授，學生被動參與的傳統(tǒng)教學模式，采用立體化教學方法，充分利用現(xiàn)代化信息手段，將教學設計、學習資源、授課方法、師生互動等有機地融合在一起，使教學活動、學習過程、實踐內容、考核評價串為一體，最終滿足學生全方位立體化學習要求。數(shù)字圖像處理立體化教學改革方案設計圖如圖1所示。

四、數(shù)字圖像處理立體化教學改革實踐

針對傳統(tǒng)教學存在的問題，按照上述教改方案，積極從教學目標、課程資源、教學方法、教學過程、實驗環(huán)節(jié)、考核方式和教學評價等七個方面進行改革嘗試，經過兩輪教學實踐取得了較好的效果。

1.教學目標全面化。重視教學目標對教學活動的制約和導向作用，結合現(xiàn)代化人才培養(yǎng)要求，重新規(guī)劃和制定教學目標。通過探究式學習提升學生自主學習能力，夯實理論基礎和實踐技能的學習。結合學科競賽、科研項目和工程實際，增強學生對理論知識的實際應用與轉化能力。注重教學互動和生生協(xié)作，培養(yǎng)學生團隊意識和創(chuàng)新思維。將學習理論知識、提升實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新意識三者融為一體，構建符合新時期人才培養(yǎng)需求的全面化的教學目標。

2.課程資源立體化。打破傳統(tǒng)教材單一的授課資源的限制，充分利用現(xiàn)代化信息技術手段，構建以多媒體資料和網絡資源為補充的立體化教學信息資源庫。教學過程中以傳統(tǒng)紙質教材為基礎，開展課程教學活動。通過CAI課件、動畫和視頻等流媒體數(shù)字資源，深入講解和剖析復雜抽象的概念與理論知識。利用網絡教學平臺突破傳統(tǒng)教學的時空局限，借助其雙向溝通功能，將教材、電子教案、課件和題庫等教學資源融為一體，最大限度地適應學習者的個性化需求，為學生的自主學習提供全方位的資源保障。

3.教學方法多樣化。發(fā)揮各種教學方法的優(yōu)勢，促進理論知識學習和實踐技能的提升。在理論學習階段著重采用多媒體式授課方法，通過圖文并茂和動畫與視頻等演示手段，使教學內容生動化、形象化，抽象知識具體化，加深學生對復雜理論的學習。在知識轉化學習階段采用案例式教學法，通過對具體案例的剖析，增強學生對原理內涵的理解，同時培養(yǎng)他們動手實踐和分析與解決問題的能力。在知識運用提升階段采用任務驅動式教學法，以任務覆蓋知識面，用任務體系牽引和啟發(fā)學生對知識的應用，提升學生自主探究學習及實踐創(chuàng)新能力。

4.教學過程互動化。改變傳統(tǒng)單向知識灌輸式的教學過程，增強師生和生生間的交流與互動，激發(fā)學生參與教學的積極性和主動性。實際授課中，教師利用適當?shù)慕虒W方法，將課程目標和學習內容轉化為師生和生生間的互動行為。通過采用問答、討論、合作等多種形式，加強師生和生生間的多向互動，及時溝通想法、交換意見。課下師生可以通過網絡互動平臺進行答疑解惑，通過交流及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，共同改進教學過程，提高教學和學習質量。

5.實驗環(huán)節(jié)多元化。傳統(tǒng)教學由于學時限制，導致實驗內容偏少且過于簡單。改革實踐中，通過增設學時，添加設計性和綜合性實驗題目，構建模塊化實驗體系，調整和優(yōu)化了實驗學時與實驗內容的配置。同時為便于開展實驗教學，降低學生參與的難度，開發(fā)了實驗教學軟件。在驗證演示實驗中，鼓勵學生利用虛擬建模手段進行原理仿真與結果展示。在設計和綜合實驗中，重視學生編程實踐能力的培養(yǎng)，積極倡導多種編程實踐模式。結合科研、項目開發(fā)和工程實踐，綜合運用MATLAB、VC++和OpenCV等多種實驗手段。

6.考核方式綜合化。摒棄傳統(tǒng)教學“一人一卷”、“一考定論”的考核方式，注重對學生理論知識和實踐能力的雙重考核，同時加大對學習過程的考核比重。理論考核中，對單元知識測試可通過課程網站采用上機方式完成，綜合知識考核采用傳統(tǒng)的試卷形式完成，兩者成績按一定權重核算占課程考核分數(shù)的40%。對實踐能力的評價可采用實驗成果考核、專題報告考核、各類競賽成績評定和參與教師科研等多種形（下轉第246頁）（上接第242頁）式，通過答辯方式完成，此項分數(shù)占課程考核分數(shù)的40%。另外，設定20%的分數(shù)用于對學生參與教學和實踐的態(tài)度、方法、創(chuàng)新思維等方面進行考核。

7.教學評價體系化。教學評價是檢驗教學效果、促進教學工作的重要手段，也是傳統(tǒng)教學所忽視的重要收官環(huán)節(jié)。改革實踐中大力加強評價體系建設，充分發(fā)揮學生、同行、領導和專家等評價主體的作用，著重對教學目標、授課方法、實踐手段和學習過程等教學環(huán)節(jié)進行評價，力爭做到評價指標科學化、評價形式多樣化、評價主體多元化、評價實施全程化。通過客觀、合理的評價反饋，全面了解教師水平、學生狀態(tài)和授課效果，為課程的進一步整改和優(yōu)化提供依據。

五、結論

本文采用的立體化教學模式打破了傳統(tǒng)教學種種弊端對教學活動的制約，通過重設教學目標、拓展教學資源、優(yōu)化教學過程、加強評價反饋等改革措施，將相對離散的教學活動、實踐內容、學習過程、監(jiān)督管理串聯(lián)成一個有機的整體，從本質上改變了“教”與“學”的關系。實踐結果表明，立體化教學模式有助于調動學生學習的積極性、主動性，改善師生關系，增強團隊協(xié)作意識，培養(yǎng)動手實踐及創(chuàng)新能力，是一種切實可行且符合新時期高校人才培養(yǎng)要求的教學模式。

[黑龍江省高等學校教改工程項目“數(shù)字圖像處理課程立體化教學模式的研究與實踐”（JG2014011047）；黑龍江省高教綜合改革試點專項項目“地方綜合性高校應用型工科人才培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新研究”和“基于CDIO的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式研究與實踐”。]

參考文獻：

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（作者單位：佳木斯大學 黑龍江佳木斯 154007）

（第一作者簡介：杜云明，碩士，佳木斯大學信息電子技術學院講師，主要從事高等教育改革研究及信號與信息處理方面的工作；通訊作者簡介：史慶軍，佳木斯大學信息電子技術學院教授。）（責編：賈偉）