基于優(yōu)課聯(lián)盟的“圖像處理技術(shù)”課程教學(xué)探索

周瑩

摘 要：“圖像處理技術(shù)”是信息工程類專業(yè)最為重要的課程之一，同時(shí)是計(jì)算機(jī)視覺的核心基礎(chǔ)課程。在新一輪科技與產(chǎn)業(yè)革命中，計(jì)算機(jī)視覺有關(guān)新興產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，但傳統(tǒng)教學(xué)已逐漸跟不上步伐。針對(duì)教學(xué)過程中理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)不適配、互動(dòng)性不足、反饋不及時(shí)和教學(xué)內(nèi)容與模式滯后等問題，結(jié)合優(yōu)課聯(lián)盟的線上平臺(tái)，開展線上+線下教學(xué)模式探究，線上教學(xué)以視頻學(xué)習(xí)與后臺(tái)數(shù)據(jù)追蹤為主，線下教學(xué)以答疑與反饋調(diào)整為主。針對(duì)線上+線下模式進(jìn)行問卷調(diào)查，大部分學(xué)生感到滿意，但是認(rèn)為線上教學(xué)資源有一定難度，并且在教學(xué)過程中需要更強(qiáng)的督促與考察。

關(guān)鍵詞：圖像處理技術(shù);教學(xué)改革;優(yōu)課聯(lián)盟

0? ? 引言

隨著新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命到來，技術(shù)創(chuàng)新與新興產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。為應(yīng)對(duì)全球新形勢(shì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展新轉(zhuǎn)變，應(yīng)對(duì)人工智能相關(guān)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展與新興信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)儲(chǔ)備人才不足的矛盾，國家提出“新工科”的發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)高等教育、工程教育培養(yǎng)模式進(jìn)行深化改革[1]?！靶鹿た啤睂?duì)應(yīng)的是新興科技與產(chǎn)業(yè)，既包括人工智能、智能裝備、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新興專業(yè)，也包括自動(dòng)化、電子信息類、電氣工程類和機(jī)械工程類等傳統(tǒng)專業(yè)。新興專業(yè)是以傳統(tǒng)專業(yè)為基礎(chǔ)，傳統(tǒng)專業(yè)需要與不同學(xué)科進(jìn)行交叉，特別是信息技術(shù)類專業(yè)，進(jìn)行升級(jí)改造才能服務(wù)于新興產(chǎn)業(yè)。

“圖像處理技術(shù)”是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)課程，也是學(xué)習(xí)機(jī)器視覺的重要基礎(chǔ)。機(jī)器視覺是人工智能一個(gè)正在快速發(fā)展的分支，其能夠替代人的眼睛進(jìn)行測(cè)量和判斷，并且具有更高的精確性、更快的速度、更高的效率和更低的成本。因此，其應(yīng)用范圍也很廣，包括工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)學(xué)影像、安防和交通管理以及衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域，還有近年來快速發(fā)展的自動(dòng)駕駛和工業(yè)視覺機(jī)器人等新興產(chǎn)業(yè)。但是，對(duì)于這樣一門應(yīng)用于新興產(chǎn)業(yè)的課程，傳統(tǒng)的教學(xué)方式逐漸不能滿足企業(yè)的用人需求。對(duì)于“圖像處理技術(shù)”這樣一門理論難度大、實(shí)踐過程復(fù)雜的課程，在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，不得不花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行理論教學(xué)，但是由于理論艱深、模型抽象，導(dǎo)致事倍功半;而對(duì)于實(shí)踐課程部分，實(shí)踐內(nèi)容過于碎片化，實(shí)踐課效果不能滿足預(yù)期，且導(dǎo)致學(xué)生工程思維與動(dòng)手能力提升不明顯。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”的新形態(tài)逐漸融入高等教育改革之中，特別是在線課程的建設(shè)與應(yīng)用?！督逃筷P(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》提到推出3 000國家精品在線課程，共享高質(zhì)量課程資源，起到示范作用，提升課程建設(shè)的整體水平[2]。由此，結(jié)合優(yōu)課聯(lián)盟上山東科技大學(xué)曹茂永教授所開設(shè)的“數(shù)字圖像處理”在線開放課程與線下的教學(xué)，對(duì)“圖像處理技術(shù)”這門課程改革進(jìn)行探究。

1? ? “圖像處理技術(shù)”課程教學(xué)中遇到的問題

1.1? 理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)不適配

在教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)“圖像處理技術(shù)”這門課程的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)出現(xiàn)不適配的情況。這種不適配主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)課時(shí)不適配;（2）理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)節(jié)奏不適配。

理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)課時(shí)不適配，主要在于理論課時(shí)雖然多，卻不能反復(fù)學(xué)習(xí)，而實(shí)踐課時(shí)較少，不利于掌握實(shí)踐要求內(nèi)容。理論課程知識(shí)量大且內(nèi)容有一定難度，學(xué)生短時(shí)間內(nèi)難以消化，并且結(jié)合實(shí)踐之后，需要重新再復(fù)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)，但課程進(jìn)度是線性的。實(shí)踐課程間隔較長，總學(xué)時(shí)較短，難以熟練掌握課程所要求內(nèi)容。

而理論課程與實(shí)踐課程教學(xué)節(jié)奏不適配，主要在于理論課程較為集中，而實(shí)踐課程較為分散。過于集中且模塊化不足的理論知識(shí)會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)難度增加，加之，對(duì)應(yīng)實(shí)踐課程需分階段學(xué)習(xí)，理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位。節(jié)奏錯(cuò)位使得學(xué)生已學(xué)的內(nèi)容無法及時(shí)鞏固和練習(xí)，而進(jìn)行實(shí)踐時(shí)理論知識(shí)印象已不深刻。

1.2? 互動(dòng)性不足，反饋不及時(shí)

被動(dòng)式學(xué)習(xí)是教學(xué)中必須面對(duì)且最為艱難問題之一。學(xué)生學(xué)習(xí)沒有主觀能動(dòng)性，課堂氣氛沉悶，學(xué)習(xí)效果必然不佳。這種被動(dòng)式學(xué)習(xí)在于缺乏互動(dòng)性與及時(shí)反饋，學(xué)生與教師在同一空間卻猶如分隔兩地。在“圖像處理技術(shù)”這門課程的教學(xué)過程中，理論教學(xué)部分以講授為主，但講授時(shí)間一長學(xué)生就會(huì)出現(xiàn)倦怠，學(xué)生也紛紛表達(dá)希望課堂能夠更加活躍的想法。同時(shí)，缺乏互動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致教師不能及時(shí)了解到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。最后考試的成績是對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)情況較為籠統(tǒng)的評(píng)價(jià)，難以準(zhǔn)確、真實(shí)地追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，但在現(xiàn)有的教學(xué)模式中缺乏有效的追蹤與反饋機(jī)制。

1.3? 舊瓶難裝新知

近年來，人工智能技術(shù)的突破和應(yīng)用場(chǎng)景的擴(kuò)展，其中計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用極為廣泛，深入日常生活與專業(yè)領(lǐng)域。二維碼、指紋識(shí)別和人臉識(shí)別等技術(shù)已融入人們生活，機(jī)器視覺、缺陷自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)駕駛和機(jī)器人等技術(shù)在各領(lǐng)域逐漸成熟。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)仍在不斷更新，但作為其核心基礎(chǔ)的“圖像處理技術(shù)”這門課卻沒有銜接上實(shí)際應(yīng)用。

“圖像處理技術(shù)”這門課程現(xiàn)有的教學(xué)模式具有靜態(tài)、滯后和彈性不足等特點(diǎn)，難以適應(yīng)不斷更新的技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景。教學(xué)方式呈現(xiàn)靜態(tài)，理論課程以講解數(shù)學(xué)背景與公式推導(dǎo)為主，學(xué)生難于理解與激發(fā)興趣;教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)滯后，現(xiàn)有理論與實(shí)踐課程的內(nèi)容滯后于技術(shù)應(yīng)用，遇到復(fù)雜場(chǎng)景，學(xué)生難以應(yīng)對(duì);教學(xué)模式呈現(xiàn)彈性不足，固有的教學(xué)模式對(duì)外無法應(yīng)對(duì)應(yīng)用上的變化，對(duì)內(nèi)無法挖掘課程思政思想。

2? ? “圖像處理技術(shù)”課程改革方案探討

2.1? 模塊化與項(xiàng)目化

針對(duì)上文中所提到的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)不適配，在線上+線下的教學(xué)模式下嘗試?yán)碚撜n程模塊化和實(shí)踐課程項(xiàng)目化的方式進(jìn)行教學(xué)。理論課程模塊化是指將之前由單個(gè)知識(shí)點(diǎn)切入，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)和公式推導(dǎo)進(jìn)行講解的方式，轉(zhuǎn)化成以圖像處理技術(shù)中不同技術(shù)手段為模塊，從最基礎(chǔ)的模塊開始，依次提升模塊難度，最終將所有模塊進(jìn)行組合解決不同情境下的問題。實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目化則是指將實(shí)踐課程內(nèi)容由課本的知識(shí)遷移到實(shí)際的項(xiàng)目應(yīng)用，結(jié)合理論課程中的主要模塊：圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割和特征提取等，形成兼顧基礎(chǔ)知識(shí)與前沿應(yīng)用的一系列實(shí)踐項(xiàng)目。理論與實(shí)踐教學(xué)模塊與項(xiàng)目相對(duì)應(yīng)，在大的模塊之下，切分成小模塊，每個(gè)小模塊對(duì)應(yīng)著項(xiàng)目的進(jìn)度，化整為零，把大問題切分成小問題。對(duì)于小問題以結(jié)果為導(dǎo)向倒推理論，使得理論教學(xué)與教學(xué)能夠較好地契合。

2.2? 獎(jiǎng)懲游戲與數(shù)據(jù)追蹤

在線上+線下的教學(xué)模式下，在線上學(xué)生需選擇優(yōu)課聯(lián)盟中曹茂永老師的“數(shù)字圖像處理”課程，完成簽到、視頻學(xué)習(xí)、作業(yè)、單元測(cè)驗(yàn)、討論區(qū)與線上考試;在線下主要進(jìn)行集中答疑、實(shí)踐課程、項(xiàng)目討論與線下考試。在線下教學(xué)的環(huán)節(jié)中，每隔一周對(duì)學(xué)生的線上自主學(xué)習(xí)情況進(jìn)行檢查。教師組織課程知識(shí)競(jìng)賽，以組為單位，采用積分制，回答正確的組進(jìn)行加分，最后在學(xué)期末對(duì)積分最高的組全員進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。采用這種知識(shí)競(jìng)賽之后，學(xué)生參與積極性提高。同時(shí)，可以定期考查學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度與效果，學(xué)生與教師的互動(dòng)比上課時(shí)更加頻繁，氣氛活躍，學(xué)生反應(yīng)熱烈。在線上學(xué)習(xí)的過程中，通過優(yōu)課聯(lián)盟課程后臺(tái)，統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生簽到、視頻學(xué)習(xí)、作業(yè)、單元測(cè)驗(yàn)的情況，通過測(cè)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生的薄弱點(diǎn)，在線下答疑時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)鞏固，通過視頻觀看次數(shù)，找到反復(fù)觀看次數(shù)最多的視頻，對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，通過學(xué)生作業(yè)情況實(shí)時(shí)掌握學(xué)生進(jìn)度，對(duì)于進(jìn)度較慢的學(xué)生提供幫助。

2.3? 動(dòng)態(tài)教學(xué)構(gòu)建

“圖像處理技術(shù)”是一門緊貼生活、生產(chǎn)實(shí)際且前沿技術(shù)不斷迭代的課程，囿于現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式，教學(xué)會(huì)陷入僵化。嘗試構(gòu)建一種動(dòng)態(tài)的教學(xué)模式，動(dòng)態(tài)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式。教學(xué)內(nèi)容不是固定的，設(shè)定一個(gè)前沿應(yīng)用的章節(jié)，隨著技術(shù)的更新不斷更換，實(shí)踐課程中設(shè)定一個(gè)綜合應(yīng)用，以當(dāng)下熱點(diǎn)技術(shù)為題，幫助學(xué)生完成一個(gè)實(shí)際的有應(yīng)用價(jià)值的項(xiàng)目。教學(xué)方式上將重心從“老師教”轉(zhuǎn)移到“學(xué)生學(xué)”，甚至可以是“學(xué)生教”，課程以集中解決問題為核心。這樣的方式彈性空間較大，過程中根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)，這種方式更加依賴于學(xué)生自身的主動(dòng)性，故而，在整個(gè)教學(xué)過程中，教師需要嚴(yán)格要求學(xué)生，緊盯學(xué)習(xí)進(jìn)度。

3? ? 評(píng)價(jià)與展望

針對(duì)“圖像處理技術(shù)”這門課程，根據(jù)教師教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題和學(xué)生集中反映的問題，進(jìn)行了改革嘗試，并對(duì)參與改革的同學(xué)進(jìn)行了滿意度調(diào)查。調(diào)查結(jié)果如表1所示，由表可知，超過半數(shù)的學(xué)生對(duì)這樣的改革嘗試感到非常滿意，超過八成學(xué)生感到滿意;對(duì)于線上的教學(xué)資源學(xué)生感覺講解不夠詳細(xì)，更傾向于線上直播的方式或教師錄播的方式。這樣的改革嘗試總體而言是受到學(xué)生歡迎的，也確實(shí)對(duì)學(xué)習(xí)效果有一定促進(jìn)作用，但是在執(zhí)行過程中，仍存在部分學(xué)生跟不上進(jìn)度，前沿應(yīng)用題目有一定難度，導(dǎo)致實(shí)踐課效率較低和整體學(xué)生進(jìn)展慢等問題，需在實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)。

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[3]劉東，方芳.人工智能視域下數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)改革[J].福建電腦，2020（3）：23-26.

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（編輯 何 琳）

Exploration of “Image Processing Technology” on university open online courses

Zhou Ying

（Guangdong Polytechnic College， Zhaoqing 526000， China）

Abstract：“Image Processing Technology” is one of the most important courses for information engineering majors， and it is also the core basic course of computer vision. In the new round of science and technology and industrial revolution， computer vision related emerging industries are developing rapidly， but the traditional teaching has gradually failed to keep up with the pace. In view of the problems in the teaching process， such as the mismatch between theoretical teaching and practical teaching， the lack of interaction， the untimely feedback and the lag of teaching content and mode， combined with the online platform of excellent course alliance， the “online + offline” teaching mode is explored. Online teaching mainly focuses on video learning and back stage data tracking， while offline teaching mainly focuses on question answering and feedback adjustment. According to the questionnaire survey of “online” + “offline” mode， most students are satisfied， but think that online teaching resources have certain difficulty， and the teaching process needs stronger supervision and inspection.

Key words：“Image Processing Technology”; teaching reform; university open online courses