《數(shù)字圖像處理技術(shù)》課程線上教學(xué)實(shí)踐探索

林忠，賈立秀

（南京工程學(xué)院計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，南京 210094）

0 引言

2020 年的疫情促使眾多高校將傳統(tǒng)線下課程轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上課程，眾多高校教師主動或者被動地學(xué)習(xí)現(xiàn)代教學(xué)輔助工具，從而極大推動了高校教學(xué)改革和建設(shè)[1]。各個在線教學(xué)平臺迎來了一個用戶爆炸式增長、產(chǎn)品功能需要快速迭代、持續(xù)優(yōu)化的時期，這對于各相關(guān)廠商既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。在此特殊時期，高校與各在線教學(xué)平臺緊密合作，為教師開展線上教學(xué)提供了良好的技術(shù)保障服務(wù)，保證了在線教學(xué)的順利進(jìn)行。

隨著互聯(lián)網(wǎng)+的持續(xù)推進(jìn)，各種線上教學(xué)平臺如雨后春筍般涌現(xiàn)[2]，如課堂派、學(xué)習(xí)通、雨課堂、中國大學(xué)慕課、云班課等。這些線上教學(xué)平臺多能提供以下一些功能：各類型資源發(fā)布、作業(yè)布置與批改、在線考試、在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)記錄、交流互動、課件投屏、投票、問卷調(diào)查等[3]。在線教學(xué)平臺一般提供了網(wǎng)頁和移動App 兩類訪問方式，由于智能手機(jī)的普及，從而學(xué)生幾乎不需要購買額外的設(shè)備就能夠使用這些平臺的大部分功能，極大提高了這些工具的使用便捷性，也使得移動學(xué)習(xí)的概念深入人心[4]。

線上教學(xué)平臺可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)授課方式的種種短板[5]，從課程建設(shè)發(fā)展的長遠(yuǎn)來看，必須要認(rèn)真研究線上教學(xué)平臺如何與本課程相結(jié)合，以便提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生提供更優(yōu)質(zhì)的課程體驗(yàn)。

1 在線教學(xué)資源建設(shè)

在此之前本課程在雨課堂平臺上建立有部分資源，但是由于本次疫情期間與本校合作的在線教學(xué)平臺是超星學(xué)習(xí)通，所以本課程此次主要是在學(xué)習(xí)通平臺上開展在線教學(xué)，相應(yīng)地也在此處建立教學(xué)資源。本課程在學(xué)習(xí)通上建立的在線教學(xué)資源包括：視頻講解、課件、練習(xí)題、討論。其中視頻講解包含課程理論知識點(diǎn)講解和上機(jī)操作視頻講解，練習(xí)題包括各章節(jié)的課后自測練習(xí)，圖1 是本課程在教師端編輯課程資源的界面。

學(xué)習(xí)通中可以以目錄化的方式建立各知識點(diǎn)相關(guān)的資源，本課程以每個小節(jié)作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)建立教學(xué)資源，其中視頻講解和自測練習(xí)是必備資源，有些容易混淆的概念和不宜理解的概念以主題討論的形式列出，促使學(xué)生能夠針對該問題進(jìn)行進(jìn)一步思考。知識點(diǎn)的分解比較細(xì)，視頻講解的內(nèi)容和知識點(diǎn)完全匹配。知識點(diǎn)講解視頻錄制的工具采用格式工廠的錄屏方式，講解過程中使用數(shù)位板還原傳統(tǒng)教學(xué)場景中極為重要的手寫板書。建立了包含540 題的題庫，將自測練習(xí)與考試題庫分目錄存放，防止題庫中的原題泄露。根據(jù)知識點(diǎn)和考察方式將每個章節(jié)中的題按目錄存放，以方便組卷。

圖1 學(xué)習(xí)通中資源編輯界面

圖2 題庫

圖3 主題討論

圖4 基礎(chǔ)資源統(tǒng)計(jì)

2 在線教學(xué)方法設(shè)計(jì)

2.1 線上自主學(xué)習(xí)和線上直播授課結(jié)合

由于疫情影像，所有課時均轉(zhuǎn)到線上執(zhí)行。效仿線上線下混合教學(xué)模式，本課程的線上教學(xué)采用線上自主學(xué)習(xí)和線上直播授課相結(jié)合的方式進(jìn)行。一般意義上的線上線下混合式教學(xué)是線上學(xué)生自學(xué)和線下面授相結(jié)合[6]，本課程將線下面授環(huán)節(jié)也移到了線上，通過實(shí)時直播互動，取得類似線下面授的講課效果：師生不再是坐在課堂里，而是在屏幕前；學(xué)生不再是直接聽講，而是觀看收聽音視頻信號；師生不再是在課堂里討論發(fā)言，而是在網(wǎng)絡(luò)上一個虛擬的課堂上與老師和其他同學(xué)交流。線上實(shí)時互動可能沒有線下互動更加直接，但是也使得師生互動更加輕松、減輕了學(xué)生發(fā)言時的緊張感。

圖5 題目按知識點(diǎn)和考察方式組織

以一周為時間間隔布置學(xué)習(xí)任務(wù)，周一或者上一周周末在學(xué)習(xí)通中以公告的形式告知學(xué)生，并規(guī)定任務(wù)完成截止時間。在學(xué)習(xí)通中，設(shè)置了112 個任務(wù)點(diǎn)如圖6 所示，任務(wù)點(diǎn)主要為視頻和自測作業(yè)。為了保證學(xué)生按順序?qū)W習(xí)，學(xué)習(xí)通中可以設(shè)置學(xué)生的自主學(xué)習(xí)模式為闖關(guān)模式，還可以在自測練習(xí)的任務(wù)中設(shè)置及格分?jǐn)?shù)，若低于該分?jǐn)?shù)則自動打回重做，如圖7所示。

圖6 課程任務(wù)點(diǎn)設(shè)置

圖7 章節(jié)測驗(yàn)設(shè)置

每周開展一次線上直播授課，使用的工具為騰訊課堂極速版。騰訊課堂極速版支持PPT 視頻授課，也支持教師端屏幕直播，完全能滿足線上實(shí)時教學(xué)。本課程的線上直播授課，主要包括難點(diǎn)知識點(diǎn)進(jìn)一步講解、自測作業(yè)中的錯題講解、討論和實(shí)時答疑。上課過程中邀請學(xué)生通過麥克風(fēng)上臺發(fā)言，也鼓勵學(xué)生在討論區(qū)文字交流。

圖8 在線教學(xué)方法設(shè)計(jì)

2.2 線上上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法設(shè)計(jì)

通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)所有學(xué)生都配置了個人計(jì)算機(jī)，本課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)性能要求很低，所以可以在線上開展上機(jī)教學(xué)，主要方式為：教師依托學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布上機(jī)任務(wù)、給出參考源代碼、并上傳若干程序示例輸入圖像，然后錄制并上傳上機(jī)操作步驟、算法概念講解、代碼含義講解等視頻，最后教師以作業(yè)的形式發(fā)布實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫任務(wù)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的主要內(nèi)容包含算法原理、核心代碼解釋、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析。學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)，依托學(xué)習(xí)通平臺上教師提供的上機(jī)指導(dǎo)資源，自主完成上機(jī)實(shí)驗(yàn)，并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并在學(xué)習(xí)通里以作業(yè)的形式提交。學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告并退回不合格作業(yè)，督促其重做實(shí)驗(yàn)并認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

圖9 實(shí)驗(yàn)任務(wù)及資源

3 考核方式

采用線上學(xué)習(xí)情況和線上考試相結(jié)合的方式給出總評成績。總評成績的各打分項(xiàng)構(gòu)成比例如下：課程視頻（10%），章節(jié)測驗(yàn)（10%），章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)（5%），討論（5%），實(shí)驗(yàn)報(bào)告（15%），簽到（5%），考試（50%）。其中，章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)：達(dá)到130 次為滿分；討論：發(fā)表或者回復(fù)20 個討論為滿分；考試：采用線上考試的方式，利用學(xué)習(xí)通平臺的考試功能。線上考試要求在電腦端答題，并且用手機(jī)開啟騰訊會議，全程直播考試過程，要求拍攝到人臉、電腦屏幕并且要用側(cè)機(jī)位，提前10 分鐘進(jìn)入騰訊會議，調(diào)試機(jī)位并測試設(shè)備。

以線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)支撐的平時成績綜合了學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)完成情況、自測練習(xí)的質(zhì)量、參與討論的積極性、考勤和實(shí)驗(yàn)情況，具有多維度、高精度的特點(diǎn)，能準(zhǔn)確衡量學(xué)生的平時學(xué)習(xí)情況。

結(jié)合視頻直播的線上考試的組織方式，能最大限度嚴(yán)肅考場紀(jì)律，防止學(xué)生作弊。線上考試的題目類型有判斷題、單選題、多選題、填空題和簡答題。其中判斷題部分主要是基本概念的考察、單選題部分考察了課程基本算法和概念的計(jì)算部分內(nèi)容，多選題主要考察知識點(diǎn)的綜合理解，填空題主要考察課程相關(guān)的編程內(nèi)容，簡答題主要考察概念和算法原理。

4 實(shí)施情況及效果評價

有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的74 位學(xué)生修學(xué)了本課程，其中大部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，討論問題積極，課程作業(yè)正確率較高，上機(jī)實(shí)驗(yàn)認(rèn)真完成，實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫認(rèn)真，考前認(rèn)真復(fù)習(xí)，取得了較好的成績；少部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度一般，討論問題不太積極，課程作業(yè)和實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量一般，但考前進(jìn)行了認(rèn)真復(fù)習(xí)，考試雖然沒有取得很好的成績，但也順利通過了課程考試；極少量學(xué)生，平時自主學(xué)習(xí)投入較少，考前也沒有認(rèn)真準(zhǔn)備，沒有通過考試。

課程結(jié)束后，對所有修學(xué)本課程的學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，提交問卷的人數(shù)一共有48 位，占總學(xué)生人數(shù)的64.8%。問卷包含教學(xué)方式接受程度、學(xué)習(xí)積極性、自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)、知識掌握、優(yōu)勢點(diǎn)等5 個方面問題。問卷調(diào)查的結(jié)果如表1 所示。從調(diào)查結(jié)果可以看到大部分學(xué)生對于這種授課模式是支持和喜歡的，學(xué)生對于這種教學(xué)模式下的“講解可以回放”，“學(xué)習(xí)時間較靈活”和“移動端學(xué)習(xí)更加方便”這三個優(yōu)勢的認(rèn)可度很高，其余的幾點(diǎn)優(yōu)勢也得到了大部分學(xué)生得認(rèn)可。

圖10 6月份課程章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)

圖11 6月份課程視頻觀看時長

圖12 線上考試成績柱狀圖

圖13 學(xué)生綜合成績分布

表1 課程問卷調(diào)查結(jié)果

5 結(jié)語

本文介紹了利用超星學(xué)習(xí)通平臺和騰訊課堂開展《數(shù)字圖像處理技術(shù)》這門課程的在線教學(xué)的實(shí)踐情況：教師通過超星學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布課程資源，并定期發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過超星學(xué)習(xí)通自主學(xué)習(xí)、完成各任務(wù)點(diǎn)，教師通過分析學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，精確把握知識點(diǎn)的掌握程度，在定期的實(shí)時互動直播課中講解相關(guān)問題，并開展討論與實(shí)時答疑活動。通過平臺學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)得知，該教學(xué)模式下大部分學(xué)生能夠較認(rèn)真地完成自主學(xué)習(xí)；從在線考試結(jié)果分析，大部分學(xué)生較好掌握了本課程的知識內(nèi)容；從課后的調(diào)查問卷結(jié)果可知，學(xué)生對于本課程的這種教學(xué)模式認(rèn)可度較高。