數(shù)字圖像處理理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式研究

摘 要 為解決數(shù)字圖像處理課程中理論與實踐脫節(jié)的問題，文章提出了一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，該模式融入了翻轉(zhuǎn)課堂、項目驅(qū)動和OBE（Outcome-Based Education）等先進的教育理念。借助超星學(xué)習(xí)通平臺，設(shè)計課前自主學(xué)習(xí)、課堂互動討論和課后實踐應(yīng)用的閉環(huán)教學(xué)流程。教學(xué)方法的創(chuàng)新在于：①翻轉(zhuǎn)課堂，鼓勵學(xué)生課前預(yù)習(xí)，課堂時間更多用來進行案例分析、實踐操作和深入討論；②項目驅(qū)動教學(xué)，使學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題，有效提升了學(xué)生的工程實踐技能；③過程性評價，全面考核學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和成果。本教學(xué)新模式旨在提高學(xué)生的參與度、學(xué)習(xí)效果及綜合能力，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供新思路。

關(guān)鍵詞 數(shù)字圖像處理；翻轉(zhuǎn)課堂；項目驅(qū)動；OBE理念；評價改革

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.29.035

Research on the Teaching Model Integrating Theory with Practice"in Digital Image Processing

ZHOU Xinwen， LIU Suolan， BI Hui

（School of Computer Science and Artificial Intelligence， Changzhou University， Changzhou， Jiangsu 213164）

Abstract To address the disconnect between theory and practice in Digital Image Processing courses， this article proposes an innovative teaching model that incorporates advanced educational concepts such as flipped classroom， project driven， and Outcome Based Education （OBE）. Using the Chaoxing Learning Platform， design a closed-loop teaching process for pre class self-learning， classroom interactive discussions， and post class practical applications. The innovation of teaching methods lies in： ① Flipped classroom， encouraging students to preview before class， and using more classroom time for case analysis， practical operations， and in-depth discussions; ② Project driven teaching enables students to apply their learned knowledge to solve practical problems， effectively enhancing their engineering practical skills Process evaluation comprehensively assesses students' learning process and outcomes. This new teaching model aims to improve students' participation， learning effectiveness， and comprehensive abilities， providing new ideas for the cultivation of applied talents.

Keywords digital image processing; flipped classroom; project driven; OBE concept; evaluation reform

1" 數(shù)字圖像處理課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

數(shù)字圖像處理技術(shù)是計算機視覺、計算機圖形學(xué)及人工智能等領(lǐng)域的基礎(chǔ)，應(yīng)用非常廣泛，已成為電子信息和自動化等領(lǐng)域的人才不可或缺的核心技能。傳統(tǒng)的教學(xué)模式在理論與實踐相結(jié)合方面存在諸多挑戰(zhàn)，難以滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。《科技資訊》2022年的調(diào)查顯示，超過60%的學(xué)生反映數(shù)字圖像處理課程內(nèi)容與實際應(yīng)用脫節(jié)，缺乏足夠的實踐案例分析[1]。此外，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過于側(cè)重理論講授，僅有不到30%的課堂時間用于實踐操作，限制了學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。

在教學(xué)方法上，一項針對應(yīng)用型本科院校的問卷調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當前采用翻轉(zhuǎn)課堂和項目驅(qū)動教學(xué)的課程不足20%，大多數(shù)課程依舊沿用“滿堂灌”的教學(xué)模式[2]。這種單一的教學(xué)方式無法滿足學(xué)生對于互動和個性化學(xué)習(xí)的需求。此外，教學(xué)評價體系也亟須改進。根據(jù)惠州學(xué)院電子信息工程專業(yè)的統(tǒng)計，傳統(tǒng)的期末考核占總評成績的70%，而過程性評價如課堂互動、實驗報告等僅占30%，導(dǎo)致了學(xué)生對平時學(xué)習(xí)的忽視[3]。

為了更好地適應(yīng)新工科背景下的人才培養(yǎng)需求，數(shù)字圖像處理課程亟須從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗實踐以及評價體系等方面進行全面改革[4-7]。本研究提出了一種融合翻轉(zhuǎn)課堂、項目驅(qū)動教學(xué)和成果導(dǎo)向教育（OBE）理念的新型教學(xué)模式，旨在提升數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合能力。

2" 教學(xué)模式構(gòu)建

2.1" 翻轉(zhuǎn)課堂策略的深化

翻轉(zhuǎn)課堂策略是本模式的核心組成部分。在該策略下，學(xué)生在課前通過超星學(xué)習(xí)通平臺接觸豐富的在線資源，包括教學(xué)視頻、互動式教學(xué)軟件、在線閱讀材料等，以自主學(xué)習(xí)的方式掌握必要的理論知識。這樣的安排使得課堂時間得以釋放，更多地用于開展案例分析、實踐操作和深入討論。在案例分析中，學(xué)生能夠?qū)⒊橄蟮睦碚撝R與具體的圖像處理問題相結(jié)合，經(jīng)過小組討論和教師指導(dǎo)，提高對知識的理解和應(yīng)用能力。此外，翻轉(zhuǎn)課堂還促進了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和批判性思維，為學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)提供了空間。

2.2" 項目驅(qū)動教學(xué)的實踐

項目驅(qū)動教學(xué)是本模式的另一大特色。學(xué)生被置于真實或模擬的數(shù)字圖像處理工作項目環(huán)境中，將理論知識應(yīng)用于解決實際問題。這些項目可能涉及圖像增強、圖像壓縮傳輸、圖像分割、圖像識別等多個方面，旨在引導(dǎo)學(xué)生認真分析項目的需求，整理出需要解決的具體問題，并且將其分解為一個個具體的任務(wù)，然后查閱資料，用數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的具體算法進行匹配并解決問題。最后編程實現(xiàn)算法，結(jié)果分析，評估和優(yōu)化解決方案。通過一整套的需求―問題―算法―評估的流程，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐技能和創(chuàng)新能力。在項目實施過程中，學(xué)生不僅能夠鍛煉個人的專業(yè)技能，還能通過團隊合作來提升溝通能力和協(xié)作精神。項目驅(qū)動教學(xué)的實施，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)更具目標導(dǎo)向，有助于學(xué)生在實際操作中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題，從而更好地適應(yīng)未來工作環(huán)境的需求。

2.3" OBE教育理念的貫徹

本模式嚴格遵循OBE（Outcome-Based" Education）教育理念，即以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為中心，關(guān)注學(xué)生能力的全面發(fā)展。在這一理念的指導(dǎo)下，教學(xué)活動的設(shè)計始終圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)成果展開，確保教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評價機制與學(xué)生的學(xué)習(xí)目標緊密相連。教師首先明確設(shè)定若干個學(xué)習(xí)目標，然后設(shè)計出具有針對性的教學(xué)活動，如案例研討、模擬實驗、角色扮演等，以促進學(xué)生在特定領(lǐng)域的能力提升。同時，評價機制的改革也更加注重過程性評價和綜合性評價，不僅考查學(xué)生對知識的掌握程度，也重視學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新思維和社會責任感。OBE理念的貫徹為本模式的教學(xué)改革奠定了堅實的理論基礎(chǔ)，確保了教學(xué)活動的有效性和針對性。

3" 教學(xué)實施

在本研究提出的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)模式中，教學(xué)實施環(huán)節(jié)是實現(xiàn)知識傳遞和能力培養(yǎng)的關(guān)鍵，包括課前自主學(xué)習(xí)、課堂互動討論、課后實踐應(yīng)用。

3.1" 課前自主學(xué)習(xí)的實施

課前，學(xué)生利用超星學(xué)習(xí)通平臺的資源進行自主學(xué)習(xí)，包括觀看教學(xué)視頻、閱讀相關(guān)的學(xué)習(xí)資料，并完成預(yù)習(xí)測試。教學(xué)視頻不僅涵蓋了課程的核心概念和理論，還包括實際案例的介紹，以增強學(xué)生對知識的直觀理解。預(yù)習(xí)測試旨在評估學(xué)生對即將講授內(nèi)容的初步掌握程度，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題和思考進入課堂，從而提高課堂學(xué)習(xí)效率。

3.2" 課堂互動討論的實施

課堂環(huán)節(jié)中，教師的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者和促進者，通過組織案例分析、小組討論等活動，激發(fā)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新思維。案例分析通過項目背景的介紹，引導(dǎo)性羅列討論提綱，允許學(xué)生對需求具體化、所學(xué)知識與需求相互映射并形成整體方案、優(yōu)化方案等部分進行詳細討論，交流不同觀點，共同探索問題的多種解決方案。教師在這一過程中提供必要的指導(dǎo)和反饋，幫助學(xué)生深化理解并拓展思路。

3.3" 課后實踐應(yīng)用的強化

課后，學(xué)生將所學(xué)理論知識應(yīng)用于實踐項目中，這些項目可以是課堂討論項目，也可以是新的項目。鼓勵學(xué)生完成包括數(shù)據(jù)整理、方案設(shè)計、算法實現(xiàn)、結(jié)果分析評估、報告撰寫等一系列流程。學(xué)生在實踐中遇到的問題和挑戰(zhàn)將進一步鞏固其理論知識，并促進其問題解決能力的提高。教師通過評審項目完成情況和項目報告，提供反饋和建議，并讓學(xué)生課堂演示答辯，幫助學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗、吸取教訓(xùn)，提高思辨能力，從而實現(xiàn)知識的內(nèi)化和能力的提升。

綜上所述，本教學(xué)模式的實施環(huán)節(jié)通過結(jié)構(gòu)化的課前自主學(xué)習(xí)、互動性強的課堂討論和應(yīng)用導(dǎo)向的課后實踐，形成了一個連貫的教學(xué)流程。這種流程不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和參與度，而且通過實踐應(yīng)用促進了學(xué)生對知識的深入理解和綜合運用，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

4" 評價機制改革

在本研究提出的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)模式中，評價機制的改革是確保教學(xué)目標達成和促進學(xué)生全面發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本模式采用的過程性評價方法突破了傳統(tǒng)以期末考試為主的評價體系，轉(zhuǎn)而關(guān)注學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)和成長。具體而言，評價內(nèi)容涵蓋了學(xué)生學(xué)習(xí)的各個階段，包括：①課前預(yù)習(xí)。通過預(yù)習(xí)測試、在線討論和問題提交等方式，評價學(xué)生對即將學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和準備情況，鼓勵學(xué)生主動探索和思考。②課中參與。通過學(xué)生的課堂互動、小組討論貢獻、案例分析表現(xiàn)等，評價學(xué)生在課堂上的積極性和參與度，以及對課堂內(nèi)容的深入理解。同時進行教師評價和學(xué)生互評，確保評價內(nèi)容真實客觀。 ③課后實踐報告：通過實踐項目的完成情況和實踐報告的撰寫，評價學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實際問題解決的能力，以及實踐過程中的創(chuàng)新思維和問題解決策略。④項目成果展示。通過項目成果的展示和答辯，評價學(xué)生的團隊合作能力、項目管理能力和專業(yè)展示技巧。

此外，評價機制還包括形成性評價和總結(jié)性評價的結(jié)合。通過持續(xù)的反饋，幫助學(xué)生及時了解自己的學(xué)習(xí)進展和存在的問題，同時在課程結(jié)束時給出總體評價，幫助學(xué)生進行自我反思和總結(jié)。這樣的評價機制不僅全面反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，也促進了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、批判性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過過程性評價，教師能夠更準確地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)策略，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生學(xué)習(xí)目標的一致性，從而有效提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合能力。

5" 結(jié)語

本研究提出的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)模式，通過深入探討，展現(xiàn)了其解決理論與實踐脫節(jié)問題的巨大潛力。該模式以學(xué)生為中心，采用翻轉(zhuǎn)課堂策略，促使學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)，為課堂深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。課堂上，學(xué)生通過案例分析和小組討論，將理論知識與實際問題相結(jié)合，培養(yǎng)了批判性思維和團隊合作能力。課后實踐項目進一步鞏固了學(xué)習(xí)成果，同時，過程性評價方法全面考核了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和成果，促進了學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維的發(fā)展。

展望未來，我們將繼續(xù)探索和完善教學(xué)模式，以適應(yīng)不斷變化的教育需求和技術(shù)發(fā)展。我們將進一步思考如何將新興技術(shù)融入教學(xué)，如何設(shè)計更具挑戰(zhàn)性和互動性的教學(xué)活動，以及如何構(gòu)建更加開放和包容的教學(xué)環(huán)境。我們相信，通過不斷的教學(xué)實踐和反思，可以逐步提升教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)教學(xué)目標，最終為社會培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力和實踐能力的應(yīng)用型技術(shù)人才。此外，我們也將加強與行業(yè)的合作，為學(xué)生提供更多實踐機會，使他們能夠在真實工作環(huán)境中應(yīng)用所學(xué)知識，增強其職業(yè)技能和市場競爭力。

基金項目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（220605181012316，230805181143249，202102128009）；常州大學(xué)2023年校級教育教學(xué)研究課題（GJY23020048，GJY23020044）；常州大學(xué)研究生教改課題（YJK2021032）；2021年度常州大學(xué)計算機與人工智能學(xué)院教育教學(xué)研究課題（2021BDJY09）。

參考文獻

[1] 楊絮，王宇，安曉峰.線上線下混合式一流課程《數(shù)字圖像處理》的教學(xué)研究[J].科技資訊，2022，20（13）：151-154.

[2] 王成優(yōu)，周曉，張亮，等.人工智能背景下數(shù)字圖像處理教學(xué)改革[J].高教學(xué)刊，2023，9（8）：6-9.

[3] 彭響華，彭玲，劉舸，等.“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改進與研究[J].科技與教育，2024（1）：16-18.

[4] 賈永紅.數(shù)字圖像處理混合教學(xué)的研究與實踐[J].測繪通報，2022（2）：174-176.

[5] 畢卉，周新文，張繼.OBE背景下人工智能專業(yè)Python課程案例式教學(xué)探討[J].科教導(dǎo)刊，2023（15）：32-34.

[6] 范春年，馬利.“以學(xué)生為中心”的數(shù)字圖像處理課程在線教學(xué)設(shè)計與實施[J].計算機教育，2021（2）：35-40.

[7] 龐海波，張朝陽.應(yīng)用型本科院?！稊?shù)字圖像處理》課程教改的探索[J].課程教育研究：學(xué)法教法研究，2014（14）：236-237.