數(shù)字圖像處理課程翻轉(zhuǎn)課堂實踐探索

曹芳+趙繼勇

摘 要 針對數(shù)字圖像處理課程特點和目前傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的主要問題，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入數(shù)字圖像處理課程。通過梳理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)，將微課等教學(xué)資源發(fā)布在微信公眾平臺，進行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐的探索，最后對教學(xué)效果進行分析與評估。

關(guān)鍵詞 翻轉(zhuǎn)課堂；微課；數(shù)字圖像處理；教學(xué)資源

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）18-0128-03

Practice and Exploration on Flipped Classroom in Course Tea-ching of Digital Image Processing//CAO Fang， ZHAO Jiyong

Abstract Based on the characteristics of Digital Image Processing and the main problems of traditional teaching， the flipped classroom method is used in digital image processing courses. According to sort out the framework of flipped classroom learning， publish the micro

courses and other teaching resources on the WeChat public platform， the teaching practices of flipped classroom is explored， and the tea-ching effects is analyzed and evaluated in this paper finally.

Key words flipped classroom； micro courses； digital image pro-cessing； teaching resources

1 前言

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出，在推進高等教育發(fā)展的背景下，如何改變傳統(tǒng)教學(xué)形式，引導(dǎo)學(xué)生在課程教學(xué)中主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)實踐操作能力，是高等院校開展職業(yè)化教育的一項迫在眉睫的工作。數(shù)字圖像處理是一門涉及電子學(xué)、光電探測、數(shù)學(xué)和計算機等領(lǐng)域的綜合性交叉學(xué)科，已經(jīng)成為高等院校電信類專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)課。在數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)實踐過程中，需探索適應(yīng)應(yīng)用型、職業(yè)化教育需求的教學(xué)新模式。

數(shù)字圖像處理課程教學(xué)現(xiàn)狀 數(shù)字圖像處理技術(shù)與實際生活聯(lián)系緊密，部分學(xué)生已經(jīng)具備圖像處理的基本知識及技能。

1）課程采用“你講我聽”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，教師以PPT的方式進行授課，學(xué)生以記筆記的形式記錄重要知識點，往往剛接觸這門課時有一定的興趣，認(rèn)為圖像處理知識新鮮有趣，但是這種視覺沖擊產(chǎn)生的興趣并不能維持太久，一旦觸及專業(yè)知識，就會影響接受效果。在這樣的被動教學(xué)過程中，學(xué)生的參與度不高，不利于學(xué)習(xí)主動性的培養(yǎng)，不利于實際應(yīng)用和拓展。

2）數(shù)字圖像處理課程知識點繁多，教學(xué)內(nèi)容豐富，應(yīng)用性強，但由于學(xué)時的限制，教師對知識點的講述不能過細(xì)，學(xué)生消化時間也相對減少，限制了學(xué)生對知識點的掌握，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量大打折扣。

2 數(shù)字圖像處理翻轉(zhuǎn)課堂模式的優(yōu)勢

翻轉(zhuǎn)課堂譯自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，教師提供以教學(xué)視頻為媒介的學(xué)習(xí)資源，課前學(xué)生自主觀看、學(xué)習(xí)教學(xué)視頻，課堂上則進行師生互動、協(xié)作學(xué)習(xí)、釋疑解惑以及交流研討等活動的一種新型教學(xué)模式。傳統(tǒng)的教學(xué)過程由知識傳授和知識內(nèi)化兩個階段組成，教師在課堂上完成知識傳授，學(xué)生在課后通過作業(yè)或?qū)嵺`來完成知識內(nèi)化，屬于先教后學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂是將知識傳授和知識內(nèi)化兩個階段翻轉(zhuǎn)，課前學(xué)生通過觀看教學(xué)視頻，對課程內(nèi)容進行自學(xué)；課堂上學(xué)生通過小組討論、教師引導(dǎo)等方式，實現(xiàn)知識內(nèi)化，表現(xiàn)為先學(xué)后教的模式。

數(shù)字圖像處理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革思路如下：

1）教師錄制微課發(fā)布至微信平臺，課前學(xué)生觀看教學(xué)資源完成知識傳授，課堂上通過師生互動、生生互動的方式實現(xiàn)知識內(nèi)化；

2）設(shè)計緊扣教學(xué)內(nèi)容的“案例庫”，讓學(xué)生在解決實際問題的過程中掌握理論知識，提高學(xué)生的探索意識和探索能力，進一步提升學(xué)生的崗位任職適應(yīng)性；

3）調(diào)整數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)目標(biāo)，弱化公式推導(dǎo)，強調(diào)課程實際應(yīng)用；

4）整理全書知識點，細(xì)化知識模塊，基礎(chǔ)性問題由學(xué)生課前自學(xué)，重點、難點問題由教師在課堂上講解并安排討論，擴展性問題由學(xué)生課后實踐操作。

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計與實施

筆者連續(xù)兩年在數(shù)字圖像處理教學(xué)中采用翻轉(zhuǎn)課堂的新模式，取得理想的教學(xué)效果[1]。數(shù)字圖像處理課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

教學(xué)目標(biāo) 針對數(shù)字圖像處理課程特點，重新定位課程教學(xué)目標(biāo)，提取全書知識點，細(xì)化知識模塊。

1）降低教學(xué)深度、拓展廣度。弱化數(shù)字圖像處理各種常用方法的復(fù)雜公式推導(dǎo)和大矩陣計算，即降低深度強調(diào)經(jīng)典數(shù)字圖像處理技術(shù)的原理和編程應(yīng)用，即拓展廣度。在教學(xué)內(nèi)容中穿插實際應(yīng)用案例，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如在講多圖像平均法時，以夜晚拍攝的含噪星系照片為例，按照大學(xué)物理實驗中消除隨機誤差的平均思想，對圖像進行去噪處理。將教材中的理論知識和實際應(yīng)用融會貫通，讓學(xué)生真正地理解應(yīng)用知識點去解決實際問題，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。

2）提取知識點，細(xì)化知識模塊。筆者根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，梳理、整合課程知識點，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，把學(xué)生不易掌握且應(yīng)用性較強的知識提取出來，凝練成小知識模塊。如“圖像平滑”作為一種重要的圖像預(yù)處理手段，它的效果直接影響到后續(xù)的各種圖像處理效果，學(xué)生只有熟練掌握了“圖像平滑”，才能為后續(xù)圖像處理技術(shù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。筆者將圖像平滑技術(shù)常用的方法進行細(xì)化、分解，第一層分解為空間域濾波和頻域率濾波兩個單元；再對每單元依據(jù)理論的層層遞進性進行第二層分解，形成相應(yīng)的微單元，同時通過思維導(dǎo)圖的制作，增強微單元學(xué)習(xí)的直觀性。endprint

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實施步驟 數(shù)字圖像處理翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實施分為課前學(xué)生預(yù)習(xí)、課上交流與總結(jié)、課后鞏固和課程考核。

1）課前學(xué)生預(yù)習(xí)。根據(jù)數(shù)字圖像處理課程的特點，選擇微課的教學(xué)手段。課前，教師把要求學(xué)生掌握的教學(xué)要點、課程PPT和錄制好的微課上傳至微信平臺，學(xué)生關(guān)注微信號后，利用手機即可觀看微課視頻。在每段視頻發(fā)布的微信界面中會提供學(xué)習(xí)任務(wù)單，主要包括學(xué)習(xí)指南、學(xué)習(xí)任務(wù)等。要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)自學(xué)相關(guān)內(nèi)容。微課的時長控制在10分鐘以內(nèi)，短小精悍，便于吸引學(xué)生的注意力。為方便翻轉(zhuǎn)課堂的實現(xiàn)，每段微課最后會留2～3道思考題，便于學(xué)生在課堂上展開討論，加深對知識點的理解。如圖像壓縮編碼一節(jié)的教學(xué)中，提出問題：圖像為什么要進行壓縮編碼？圖像的冗余有哪些表示形式？微課的制作宜采用講授與演示的方式，選擇錄屏軟件Camtasia Studio 8+PPT制作微課。

2）課上交流與總結(jié)。在進行課堂教學(xué)時，教師會首先根據(jù)微課內(nèi)容進行提問測試，以檢驗學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果。全班30名學(xué)生分成10組，針對課前觀看的微課中布置的思考題，小組內(nèi)討論，嘗試尋找解決辦法。每組派出一名代表上臺發(fā)言，教師將學(xué)生發(fā)言中存在的問題整理在黑板上，師生共同討論并尋找答案。發(fā)言內(nèi)容涉及定義、方法、具體步驟、實例和結(jié)果討論等方面。

3）課后鞏固。課后以作業(yè)和圖像處理作品為主要手段，督促學(xué)生鞏固、深化知識點。具體形式除了常規(guī)的課后作業(yè)練習(xí)以外，教師還可以給出圖片，讓學(xué)生進行處理。通過實際操作，將課程中講授的理論知識和實踐相結(jié)合。

4）課程考核。以平時成績、實踐成績以及筆試成績作為考核依據(jù)。平時成績由5%上課提問+10%小組討論成績+10%匯報成績組成。為培養(yǎng)、提高學(xué)生的團隊合作精神，其中的匯報成績?yōu)樾〗M整體打分，組內(nèi)每位學(xué)生的表現(xiàn)都會影響到整個小組的成績。實踐成績包括10%實驗完成情況+15%作品效果。筆試成績側(cè)重考查對基礎(chǔ)知識、基本原理的掌握情況，占總成績的50%。

數(shù)字圖像處理翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改變一張試卷決定成績的方式，采用靈活、自主的考核方式，側(cè)重于課程的應(yīng)用，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的探索意識，達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

4 實踐效果分析

為了有效評估實施效果，筆者采用問卷調(diào)查、考試成績分析和座談等方式，對南京理工大學(xué)紫金學(xué)院2012級、2013級電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)的學(xué)生進行調(diào)查。問卷調(diào)查結(jié)果顯示，大多數(shù)學(xué)生能夠接受并愿意嘗試翻轉(zhuǎn)課堂的新模式，他們希望參與課堂教學(xué)，而不是被動聽講。通過兩個學(xué)年翻轉(zhuǎn)課堂的實施，如圖2所示，教改班在期末成績考核中的平均分高于對比班級，且80分以上學(xué)生比例較高。座談中，學(xué)生認(rèn)可課堂上更多的主動學(xué)習(xí)和交流時間有助于提高其實踐應(yīng)用能力。要達(dá)到翻轉(zhuǎn)課堂的有效目的，也要求教師在熟練掌握微課設(shè)計方法和技巧的情況下，慎重選擇合適的知識點，精心設(shè)計微課。這也促進教師與時俱進，不斷地更新知識，有利于教師自身素質(zhì)和教學(xué)水平的提高。

在教學(xué)實踐過程中也暴露出一些問題：

1）部分成績較差的學(xué)生，大多缺乏自主學(xué)習(xí)能力，課前不觀看微課視頻、課堂上不參與問題研討，最終只會惡性循環(huán)、越來越差，因此，下階段考慮將課前預(yù)習(xí)部分納入考核體系；

2）課堂教學(xué)活動中部分學(xué)生的參與度還有待進一步提升，后續(xù)翻轉(zhuǎn)課堂實施時，可以選擇更加多元化的活動豐富課堂互動環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的參與度。

5 結(jié)語

本文介紹了南京理工大學(xué)紫金學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)數(shù)字圖像處理課程翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革。經(jīng)過兩個學(xué)年的教學(xué)實施，教改之后的課程教學(xué)在學(xué)生中取得較好的反饋。為保證翻轉(zhuǎn)課堂的有效實施，本文從課前預(yù)習(xí)、課上組織、課后作業(yè)和成績考核四個方面進行策劃，總結(jié)了實施過程中發(fā)現(xiàn)的問題并提出解決方案。

高校教學(xué)的特征不只是答疑解惑，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題的能力。教學(xué)實踐表明，基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用在數(shù)字圖像處理教學(xué)中是可行的，這種新教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識的能力，有助于提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧立華，謝迎娟，張秀平.“電力工程基礎(chǔ)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實施與思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2016，38（5）：10-12.endprint