《電視原理》課程教學(xué)內(nèi)容革新和教學(xué)方法研究

秦雷 盧官明 張暉

摘 要：高校課堂教學(xué)對于高質(zhì)量人才培養(yǎng)起著基礎(chǔ)性作用。隨著數(shù)字視頻產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，現(xiàn)有《電視原理》課程知識體系和教學(xué)方法已不能滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求。在教學(xué)實(shí)踐中，依據(jù)知識路徑原則，采用“以大見小，以小見大”方法革新教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法，將教學(xué)內(nèi)容組織和教學(xué)方法實(shí)施完美融合，使學(xué)生系統(tǒng)掌握課程知識體系，形成對知識的“直覺”，靈活應(yīng)用所學(xué)知識于工程實(shí)踐，培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。教學(xué)實(shí)踐表明，該教改措施效果顯著。

關(guān)鍵詞：電視原理；數(shù)字視頻；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

DOI：10.11907/rjdk.173145

中圖分類號：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）005-0211-03

Abstract：Effective teaching is fundamental for educating qualified students. With the rapid development of digital video industry， the course “fundamentals of television” is inadequate for well-qualified education of creative students. In practice， according to the principle of knowledge path， teaching content is updated by the view of “from global to local” while teaching methodology is improved by the view of “from local to global”. The implementation of teaching methodology is well matched for organization of knowledge. Following the principle above， students master knowledge hierarchy of the course deeply， further get the intuition to knowledge， which help the students apply what they learned to engineering straightforward while creative thinking is developed. The teaching practice shows that it is notably effective and approved by students and experts.

Key Words：fundamentals of televisions； digital video； update of teaching content； research of teaching methodologies

0 引言

隨著4G無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的快速普及，無線視頻流量以每年60%的速度增長。有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2020年，互聯(lián)網(wǎng)上80%的數(shù)據(jù)將是圖像、視頻等多媒體數(shù)據(jù)，特別是隨著超高清視頻的日益普及，這種趨勢更為明顯。在國家自然科學(xué)基金委資助項目中，圖像、視頻研究主題是電子信息和計算機(jī)應(yīng)用方向的重點(diǎn)資助領(lǐng)域。如F01.電子學(xué)與信息系統(tǒng)中的F0108.多媒體通信、F0115圖像處理、F0116圖像理解與識別和F0117多媒體信息處理、F0205計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)中的F020501計算機(jī)圖形學(xué)、F020502計算機(jī)圖像與視頻處理和多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)等。

《電視原理》是一門講授圖像、視頻信號產(chǎn)生、表示、傳輸和顯示的課程，是后續(xù)相關(guān)課程如數(shù)字電視原理、圖像處理和圖像通信等學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。筆者學(xué)校除電子信息類（通信工程、電子信息工程、信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)）學(xué)生選修該課程外，計算機(jī)類（信息安全、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)）學(xué)生選修該課程也日益增多。然而，現(xiàn)有《電視原理》課程的知識體系已不能滿足人才培養(yǎng)需求。因此，有必要對《電視原理》課程進(jìn)行改革，研究教學(xué)內(nèi)容革新和教學(xué)方法改進(jìn)，助力高質(zhì)量工程人才培養(yǎng)。

1 教學(xué)內(nèi)容革新

1.1 課程內(nèi)涵

《電視原理》知識體系建立于模擬電視時代，而國內(nèi)模擬電視信號將于2020年關(guān)閉，目前數(shù)字電視已經(jīng)基本普及，年輕一代更喜歡用手機(jī)看視頻，因此部分師生對于本課程的繼續(xù)開設(shè)表示疑惑，實(shí)際上這是一個認(rèn)識誤區(qū)。以手機(jī)視頻通信和巴西里約奧運(yùn)會現(xiàn)場直播為例，這兩個應(yīng)用場景原理上是完全一致的，都包括攝像（光到電的轉(zhuǎn)換）、通信（視頻信號的傳送）和顯示（電到光的轉(zhuǎn)換），不同的只是終端形態(tài)。因此可以對電視的內(nèi)涵重新定義：任何有攝像、顯示的地方都是電視。從這個意義上說，電視在日常生活中幾乎無處不在，各個行業(yè)都有廣泛應(yīng)用，如教育、公安、醫(yī)療、娛樂等。電視的目的就是打破時間和空間對于人眼的約束，讓使用者感覺如臨現(xiàn)場（Reality of being there）， 黑白電視、彩色電視、高清晰度數(shù)字電視、超高清電視以及虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的發(fā)展就是不斷逼近“如臨現(xiàn)場”感覺的過程。

1.2 課程內(nèi)容優(yōu)化

高質(zhì)量課堂教學(xué)的首要任務(wù)就是選擇合適的教材，南京郵電大學(xué)歷年以天津大學(xué)俞斯樂教授[1]主編的《電視原理》為課堂教材，這本教材是經(jīng)典之作，被國內(nèi)很多院校采用。然而，隨著數(shù)字視頻技術(shù)的飛速發(fā)展，這本教材已不能完全滿足需求，因此有必要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行革新。教學(xué)實(shí)踐中采用“頂天立地”原則進(jìn)行：“頂天”是指教學(xué)內(nèi)容要呈現(xiàn)本領(lǐng)域研究與產(chǎn)業(yè)的最新進(jìn)展，“立地”是指教學(xué)要從最基礎(chǔ)的內(nèi)容開始。通過“以大見小”原則建立起“頂天”和“立地”之間的知識路徑，即任課教師要站在學(xué)生的角度考慮，深刻理解本領(lǐng)域最新進(jìn)展需要哪些內(nèi)容支撐？這部分支撐內(nèi)容又是如何由更基礎(chǔ)的內(nèi)容支撐？依次分解直到最基本的概念、定理為學(xué)生已經(jīng)掌握的知識為止。用知識路徑原則度量教材內(nèi)容可從以下3方面操作：①如果教材的某一知識點(diǎn)不在這條知識路徑上，在教學(xué)中可省略；②如果教材的某一知識點(diǎn)在知識路徑上，根據(jù)最新技術(shù)原則決定是否進(jìn)一步優(yōu)化；③如果知識路徑上的某一知識點(diǎn)不在教材上，就要把它補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容中。通過這種方式組織教學(xué)內(nèi)容，每個知識點(diǎn)都不是孤立的，以有機(jī)的方式建立系統(tǒng)知識體系，這樣才能做到立足于一本教材而又不唯該教材。

下面以知識路徑原則審核教材內(nèi)容。教材中的視覺特性與三基色原理包括光的特性、人眼的視覺特性、三基色原理和彩色的重現(xiàn)，這部分內(nèi)容是所有電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)，必須保留且優(yōu)化。對于教材中的電視系統(tǒng)組成原理、電視掃描原理、電視圖像的基本參量、視頻圖像信號和視頻圖像信號的數(shù)字化與分量編碼，根據(jù)為超高清電視服務(wù)的原則加以優(yōu)化[2-3]。精講相關(guān)基本概念，刪除與模擬電視有關(guān)的知識點(diǎn)。由于模擬電視制式基本淘汰，所以教學(xué)中只保留與超高清電視有關(guān)的內(nèi)容，以保持概念延續(xù)性。教材中的數(shù)字彩色電視制式視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)是MPEG-2，而實(shí)際上H.264已廣泛應(yīng)用[4-5]，更高壓縮效率的H.265也日益普及[6-7]，所以要加入這部分內(nèi)容。為了更高效壓縮超高清視頻、3D視頻、屏幕編碼等，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在制定H.266標(biāo)準(zhǔn)[8]， 2020年將正式頒布，可以簡要介紹以拓展學(xué)生視野。教材中的傳輸部分主要是ATSC、DVB和ISDB-T[9]，而產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展到ATSC3.0、DVB2.0（DVB-C2、DVB-S2和DVB-T2）[10-11]，且國內(nèi)數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)也將頒布[12]，這些內(nèi)容都需要補(bǔ)充進(jìn)來。

2 教學(xué)方法改進(jìn)

本課程教學(xué)內(nèi)容涉及視覺科學(xué)、信號處理、通信理論等多個學(xué)科，知識跨度大，概念理解抽象，學(xué)生普遍感覺難學(xué)。如何采用合適的教學(xué)方法有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生切實(shí)掌握所學(xué)課程的基礎(chǔ)知識、基本理論和學(xué)科思想，有效提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識的能力，以“學(xué)”為載體培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，是任課教師需要解決的問題[13-16]。

改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式，讓學(xué)生參與進(jìn)來，才能活躍課堂氣氛，讓學(xué)生積極思考。例如，在講解光源和照明體概念時，先列舉照明體A、C、D55、D65、D75和E，并講述各種照明體應(yīng)用。然后給學(xué)生觀看一組實(shí)驗(yàn)：比較在暗光環(huán)境下，一個閃光燈、兩個一樣色溫的閃光燈和兩個不同色溫閃光燈拍照實(shí)例，很顯然兩個不同色溫的閃光燈下拍出來的照片色彩更自然，更符合人眼的認(rèn)知。如何解釋這種現(xiàn)象呢？老師沒有直接回答，而是讓學(xué)生掏出手機(jī)看看手機(jī)上有幾個閃光燈，這樣課堂氣氛一下子活躍起來。然后，再解釋人眼在長期進(jìn)化過程中養(yǎng)成了在太陽光下看物體的顏色最自然的習(xí)慣，而兩個閃光燈比一個閃光燈更容易逼近太陽光譜的效果，所以手機(jī)拍照從一個閃光燈發(fā)展到兩個閃光燈。通過把課堂理論和日常應(yīng)用聯(lián)系起來，學(xué)生一下子對所學(xué)的概念有了很直觀的認(rèn)識，覺得學(xué)習(xí)很有趣。

課堂教學(xué)從基本知識點(diǎn)開始，隨著教學(xué)進(jìn)程的推進(jìn)，還要注重知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握所學(xué)知識。在教學(xué)中采用知識路徑方法訓(xùn)練學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生思考新學(xué)的知識點(diǎn)是什么？是在哪些以前的知識點(diǎn)基礎(chǔ)上發(fā)展而來？它們之間的互為關(guān)系是什么？層層推進(jìn)直到課程結(jié)束，最終學(xué)生獲得課程知識體系的系統(tǒng)認(rèn)識。這個過程就像在迷宮中尋找寶藏，教師采用假設(shè)、質(zhì)疑、驗(yàn)證的方法促使學(xué)生主動思考。當(dāng)學(xué)生獲得課程的系統(tǒng)認(rèn)識后，再看知識體系中的每個知識點(diǎn)，就會理解它們是怎樣互相協(xié)作構(gòu)成一個系統(tǒng)的。也只有在系統(tǒng)理解的基礎(chǔ)上，才能形成對于所學(xué)知識的直覺，即所謂“觸手可及”，這種直覺能有效地幫助學(xué)生應(yīng)用所學(xué)，在知識應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)不足并加以改進(jìn)，這就是創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。這種教學(xué)方法稱之為“以小見大”，和教學(xué)內(nèi)容組織的“以大見小”相呼應(yīng)。通過自己的思考建立課程知識體系，這本身就是一種能力訓(xùn)練。

3 教學(xué)管理

有效的教學(xué)管理是保障教學(xué)質(zhì)量的必要手段。在南京郵電大學(xué)考評體系中，教學(xué)成績由平時分的30%和期末考試成績的70%組成。通過課堂出席、作業(yè)完成質(zhì)量、課堂提問等環(huán)節(jié)衡量學(xué)生平時分。期末考試復(fù)習(xí)時老師不會給重點(diǎn)提示，但會隨時答疑，督促學(xué)生深入復(fù)習(xí)。試卷分析進(jìn)一步幫助任課教師深入了解學(xué)生掌握知識的程度，為開展有針對性的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

4 教改效果

本文提出的教改措施已付諸于課堂教學(xué)實(shí)踐。在2016年教育部對南京郵電大學(xué)本科教學(xué)審核性評估中，評估專家在隨機(jī)聽課后評價非常高。學(xué)生將課堂學(xué)到的內(nèi)容應(yīng)用到課外科技活動中獲得獎勵。因?yàn)樵撻T課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對圖像、視頻研究產(chǎn)生了濃厚興趣，希望畢業(yè)設(shè)計或讀研也選擇該方向。這充分表明本課程教學(xué)改革的有效性，也鼓勵任課教師進(jìn)一步深入研究教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，努力培養(yǎng)高素質(zhì)的工程人才。

5 結(jié)語

為應(yīng)對數(shù)字視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢和人才培養(yǎng)需求，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)管理3個方面對《電視原理》課程加以改進(jìn)，實(shí)踐證明改進(jìn)措施取得顯著效果。下一階段將更加注重教學(xué)和研究相結(jié)合、課內(nèi)（教學(xué)）和課外（科技創(chuàng)新）相結(jié)合，以“學(xué)”為起點(diǎn)，“研”為創(chuàng)新，“產(chǎn)”為應(yīng)用，培養(yǎng)真正具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的工程人才。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）