“碎片化學(xué)習(xí)”在計(jì)算機(jī)圖像處理課程中的實(shí)踐與探索

郭永芳 彭玉青 黃凱

摘 要：隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)智能終端的發(fā)展，“碎片化學(xué)習(xí)”已成為一種新型學(xué)習(xí)方式。文章以計(jì)算機(jī)圖像處理課程為例，從碎片化教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)方式以及多元化考核評(píng)價(jià)方面對(duì)“碎片化學(xué)習(xí)”展開研究，旨在使其成為課堂教學(xué)的有利拓展，助力學(xué)生深入掌握課程內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)質(zhì)量，并培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，“碎片化學(xué)習(xí)”，圖像處理，創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G64? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-9132（2020）32-0003-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2020.32.001

大學(xué)教育，既要讓學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識(shí)，又要提高學(xué)生創(chuàng)新能力[1]。學(xué)校主要通過開展課堂教學(xué)和課外拓展對(duì)學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)。課堂教學(xué)屬于集中授課范疇，是教育的基礎(chǔ)。課外拓展一是采用課程實(shí)踐方式讓全部學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，二是通過采用項(xiàng)目或競(jìng)賽的方式讓少數(shù)學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。因此課堂教學(xué)是基礎(chǔ)，課外拓展是課堂教學(xué)的拓展和延伸。

目前多數(shù)高校都在進(jìn)行學(xué)分改革，減少課堂教學(xué)學(xué)時(shí)，增加課外拓展中的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐學(xué)習(xí)。然而，減少課堂教學(xué)學(xué)時(shí)并不意味著減少教學(xué)內(nèi)容，而是要改革教學(xué)方式，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)課外拓展內(nèi)容，更有效地利用學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間，全面提高其創(chuàng)新能力。

此外，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展、智能手機(jī)的普及以及應(yīng)用程序操作簡(jiǎn)單化和便利化，教育事業(yè)出現(xiàn)了重要變革：（1）慕課（massive open online courses， MOOC）、小規(guī)模限制性在線課程（small private online courses， SPOC）、微課、微視頻等“碎片化學(xué)習(xí)”模式的蓬勃發(fā)展，增加了教學(xué)形式的多樣化和靈活性。（2）大學(xué)生的日常生活也發(fā)生了巨大的變化，手機(jī)正在全面占領(lǐng)學(xué)生的業(yè)余時(shí)間，甚至學(xué)習(xí)時(shí)間。

如何利用好信息時(shí)代移動(dòng)終端這把雙刃劍，將其轉(zhuǎn)化為提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的工具，是高校教育改革的一個(gè)重要方向。

一、碎片化學(xué)習(xí)的概念和特點(diǎn)

“碎片化學(xué)習(xí)”方式已經(jīng)逐漸融入我們生活的各個(gè)方面[2]，其打破了學(xué)生數(shù)量的限制和時(shí)空的限制，可以隨時(shí)隨地獲取個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，已經(jīng)成為學(xué)習(xí)者拓展學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，快速獲取知識(shí)的一種新型學(xué)習(xí)方式?！八槠瘜W(xué)習(xí)”中學(xué)習(xí)者運(yùn)用全新的思維方式，利用碎片化時(shí)間或碎片化閱讀，從互聯(lián)網(wǎng)中挖掘有意義的只是碎片，并對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)、汲取、加工和構(gòu)建等。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，“碎片化學(xué)習(xí)”的出現(xiàn)和普及，對(duì)傳統(tǒng)的整體化學(xué)習(xí)方式形成了完美的補(bǔ)充。“碎片化學(xué)習(xí)”的相關(guān)研究在國(guó)外開展較早，經(jīng)過多年發(fā)展，在理論和實(shí)踐層面都取得了一系列進(jìn)展。國(guó)內(nèi)對(duì)碎片化學(xué)習(xí)的相關(guān)研究雖然晚，但是發(fā)展迅速，主要集中在理論層面的研究，很少有實(shí)踐方面的研究。目前，學(xué)術(shù)界有很多關(guān)于“碎片化學(xué)習(xí)”概念的界定，總結(jié)起來(lái)主要體現(xiàn)在幾點(diǎn)：（1）知識(shí)碎片化，學(xué)習(xí)內(nèi)容通過分割，使得學(xué)習(xí)者能夠在零散時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且可以重點(diǎn)學(xué)習(xí)對(duì)自己更有幫助或者啟發(fā)的部分內(nèi)容;（2）時(shí)間碎片化，學(xué)習(xí)者可以利用各種零碎時(shí)間進(jìn)行碎片化閱讀，從互聯(lián)網(wǎng)中挖掘有意義的信息;（3）地點(diǎn)碎片化，學(xué)習(xí)者可以借助智能終端和網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí);（4）方式多元化，學(xué)習(xí)內(nèi)容可以多種形式呈現(xiàn)，如微課、SPOC、微視頻、調(diào)查問卷、互動(dòng)視頻等，使學(xué)生能夠方便快捷且生動(dòng)地進(jìn)行學(xué)習(xí)。然而，碎片化學(xué)習(xí)方式的單位學(xué)習(xí)時(shí)間較短，學(xué)習(xí)者僅針對(duì)小知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，缺乏對(duì)整個(gè)知識(shí)體系的系統(tǒng)化掌握[3]。因此，如何在課程中利用“碎片化學(xué)習(xí)”的優(yōu)勢(shì)，摒棄其缺點(diǎn)，是“碎片化學(xué)習(xí)”的重要研究?jī)?nèi)容之一。

二、碎片化學(xué)習(xí)的實(shí)踐——以計(jì)算機(jī)圖像處理課程為例

計(jì)算機(jī)圖像處理課程本質(zhì)上是一門將數(shù)學(xué)算法應(yīng)用于圖像中解決工程問題的課程。通常面對(duì)數(shù)學(xué)，學(xué)生有畏難情緒。然而，如果能夠?qū)W會(huì)如何分析問題，如何用數(shù)學(xué)去解決實(shí)際生活中的問題，會(huì)大力激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)其專業(yè)興趣，并提高其創(chuàng)新能力?；诖耍P者以計(jì)算機(jī)圖像處理課程為例，對(duì)基于課程的“碎片化學(xué)習(xí)”進(jìn)行研究，旨在使其成為課堂教學(xué)的有利輔助，以期提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

（一）教學(xué)內(nèi)容的整體化+碎片化設(shè)計(jì)

“碎片化學(xué)習(xí)”時(shí)間較為零散，內(nèi)容不宜過多，但仍舊需要是一個(gè)完整的知識(shí)點(diǎn)，因此，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，教師要在課程內(nèi)容模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步根據(jù)科研問題或?qū)嶋H案例對(duì)內(nèi)容模塊進(jìn)行拆分，化整為零，挖掘更多的碎片化知識(shí)單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)“整體化學(xué)習(xí)”的有效拓展。例如，計(jì)算機(jī)圖像處理中有一個(gè)知識(shí)點(diǎn)——直方圖閾值分割，其教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握利用直方圖性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)閾值分割、基于面積的閾值分割和自動(dòng)閾值分割的方法和原理。為了學(xué)習(xí)本知識(shí)點(diǎn)，將其分割為三大塊內(nèi)容：課前內(nèi)容、課上內(nèi)容和課后內(nèi)容。課前內(nèi)容主要包括直方圖的概念的學(xué)習(xí)，課上內(nèi)容包括三種算法的原理和特點(diǎn)，課后內(nèi)容是編程實(shí)現(xiàn)三種算法以及查閱文獻(xiàn)改進(jìn)算法。課前內(nèi)容和課后內(nèi)容要求學(xué)生以“碎片化學(xué)習(xí)”方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

相關(guān)課前內(nèi)容——灰度直方圖的概念，這是圖像處理中常用的一個(gè)基本概念，其反映了一副圖像中各灰度級(jí)像素出現(xiàn)的頻率之間的關(guān)系，反映了圖像灰度分布的情況。雖然這個(gè)概念比較簡(jiǎn)單，但是其意義重大，且拓展應(yīng)用很多，通過多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)反思總結(jié)，大部分學(xué)生無(wú)法將直方圖性質(zhì)和圖像性質(zhì)關(guān)聯(lián)在一起。因此將該內(nèi)容碎片化為兩個(gè)部分：直方圖概念和基本運(yùn)算、直方圖程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。課后內(nèi)容，主要涉及文獻(xiàn)查閱，采用優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閾值分割。

課前和課后的碎片化內(nèi)容是對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的有效拓展，且有以下優(yōu)勢(shì)：（1）將其內(nèi)容碎片化為多個(gè)小模塊，有利于學(xué)生循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)，可以適應(yīng)不同程度學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度情況。（2）程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，有助于學(xué)生從本質(zhì)上了解圖像的性質(zhì)，有助于形象了解數(shù)學(xué)算法的結(jié)果，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，有助于彌補(bǔ)由于數(shù)學(xué)知識(shí)不足而產(chǎn)生的對(duì)算法原理不易掌握的缺點(diǎn)。（3）文獻(xiàn)查閱，優(yōu)化算法學(xué)習(xí)能夠培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)間，提高其分析問題和解決問題的能力。

（二）學(xué)習(xí)方式碎片化

學(xué)習(xí)方式碎片化主要是指采用多種方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，建立計(jì)算機(jī)圖像處理課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站、微信群和QQ群，根據(jù)不同碎片化內(nèi)容采取相應(yīng)的學(xué)習(xí)方式，例如采用微視頻、微課、配有音頻講解的PPT等方式推送碎片化學(xué)習(xí)內(nèi)容，利用課程網(wǎng)站等推送教師發(fā)布的學(xué)習(xí)內(nèi)容，接收學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，并形成統(tǒng)計(jì)分析。此外，為了提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，鼓勵(lì)學(xué)生參與到碎片化內(nèi)容設(shè)計(jì)和制作過程，并將其上傳到學(xué)習(xí)網(wǎng)站以供其他同學(xué)學(xué)習(xí)和討論。

仍以上述知識(shí)點(diǎn)為例，課堂教學(xué)前，教師可以將直方圖概念的知識(shí)點(diǎn)以配有音頻講解的PPT推送給學(xué)生，學(xué)生完成相應(yīng)的作業(yè)后可以上傳至課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，網(wǎng)站能夠自動(dòng)批改基礎(chǔ)作業(yè)，并對(duì)結(jié)果形成統(tǒng)計(jì)。課堂教學(xué)后，學(xué)習(xí)對(duì)相關(guān)算法進(jìn)行文獻(xiàn)查閱，學(xué)生可以根據(jù)自己對(duì)文獻(xiàn)的理解，將文獻(xiàn)、文獻(xiàn)的概要內(nèi)容、文獻(xiàn)中方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及文獻(xiàn)中算法的程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等用微視頻或PPT等方式展現(xiàn)，并推送到課程學(xué)習(xí)群中。

學(xué)習(xí)方式碎片化有助于學(xué)生隨時(shí)、隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。另外，學(xué)生參與到教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與拓展中，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)思想，能夠推動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于從“被動(dòng)式學(xué)習(xí)”模式轉(zhuǎn)化為“主動(dòng)式學(xué)習(xí)”模式。

（三）考核評(píng)價(jià)方式多元化

“碎片化學(xué)習(xí)”有隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)，但將其引入高校教育中，有一個(gè)必須解決的問題，即學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間較為零散，如何在無(wú)監(jiān)督情況下調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，以及隨時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)是有效化“碎片化學(xué)習(xí)”的關(guān)鍵問題?；诖?，需要探索智慧“碎片化學(xué)習(xí)”考核機(jī)制，從空間角度將評(píng)價(jià)分為線上和線下評(píng)價(jià)，結(jié)合全過程（時(shí)間角度）形成性評(píng)價(jià)，立體地收集教學(xué)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，使教學(xué)考核評(píng)價(jià)更加科學(xué)化。同時(shí)，積極開拓其他考核評(píng)價(jià)手段，研究多種考核評(píng)價(jià)方式并存的綜合考核評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)對(duì)象全方位測(cè)評(píng)。

目前，計(jì)算機(jī)圖像處理課程中關(guān)于“碎片化學(xué)習(xí)”部分的考核評(píng)價(jià)指標(biāo)主要分為三部分：第一部分是系統(tǒng)評(píng)價(jià)，考核學(xué)生對(duì)教師上傳到課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站的“碎片化學(xué)習(xí)”資料的學(xué)習(xí)和問題回答情況，用于評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)和掌握程度。第二部分是教師評(píng)價(jià)，主要從參與度和貢獻(xiàn)度兩個(gè)角度對(duì)程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及文獻(xiàn)相關(guān)方面進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中參與度主要考核學(xué)生是否閱讀教師或其他學(xué)生上傳的程序，是否對(duì)程序中存在的問題進(jìn)行分析，或者是否對(duì)程序參與討論等。貢獻(xiàn)度主要針對(duì)學(xué)生提供的程序的可讀性、有效性、完整性等進(jìn)行評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)相關(guān)的參與度主要考核學(xué)生是否閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，是否對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行整理以及整理的程度。文獻(xiàn)相關(guān)的貢獻(xiàn)度主要考核對(duì)文獻(xiàn)的理解程度、對(duì)相關(guān)算法的理解程度、對(duì)相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)、對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)的分析以及改進(jìn)情況。第三部分是學(xué)生評(píng)價(jià)，指的是學(xué)生對(duì)其他學(xué)生上傳的程序和文獻(xiàn)相關(guān)資料從參與度和貢獻(xiàn)度兩個(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

三、結(jié)語(yǔ)

大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是高等教育教學(xué)改革的重點(diǎn)，將“碎片化學(xué)習(xí)”這種新型學(xué)習(xí)方式引入到教學(xué)中，合理進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)考核評(píng)價(jià)，可以提高“碎片化學(xué)習(xí)”效果，提高學(xué)生專業(yè)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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