基于學(xué)習(xí)測量和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的“機(jī)器視覺”課程知識創(chuàng)新實(shí)踐研究

王 朗,耿慶田,葉凌箭

(1.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江寧波 315100；2.長春師范大學(xué)，吉林長春 130032)

基于學(xué)習(xí)測量和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的“機(jī)器視覺”課程知識創(chuàng)新實(shí)踐研究

王 朗1,耿慶田2,葉凌箭1

(1.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江寧波 315100；2.長春師范大學(xué)，吉林長春 130032)

本文基于學(xué)習(xí)測量技術(shù)對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為客觀量化，評定其學(xué)習(xí)價值。通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)來重新設(shè)計和組織機(jī)器視覺課程的教學(xué)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)深度學(xué)習(xí)階段課堂互動教學(xué)的案例選取和教學(xué)過程設(shè)計，為學(xué)生量身定制，滿足他們的個性化發(fā)展需求。在課前階段，學(xué)生通過優(yōu)化整合的移動學(xué)習(xí)平臺來實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)目標(biāo)內(nèi)容的初步認(rèn)知；在課堂教學(xué)階段，學(xué)生參加精心設(shè)計的互動教學(xué)活動,實(shí)現(xiàn)對知識的內(nèi)化、構(gòu)建和遷移。

學(xué)習(xí)測量；自適應(yīng)學(xué)習(xí)；創(chuàng)新實(shí)踐

1 “機(jī)器視覺”在電信專業(yè)體系中的地位

“機(jī)器視覺”是電子信息專業(yè)一門重要學(xué)科。它面向未來智能工廠和知識自動化的應(yīng)用發(fā)展，在助推“智能制造”搶占未來產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)中扮演重要角色，主要研究的是將計算機(jī)視覺技術(shù)用于工業(yè)自動檢驗(yàn)、工件加工和裝配自動化以及生產(chǎn)過程的控制和監(jiān)視。該課程所在體系主要包括“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”“數(shù)字圖象處理”“機(jī)器視覺”“DSP原理及應(yīng)用”“EDA電子設(shè)計”“網(wǎng)絡(luò)安全”“機(jī)器人視覺測量與技術(shù)”等課程。隨著計算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺處理向更高、更深層次發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)理解外部世界的類似人類視覺的系統(tǒng)，通過配備視覺系統(tǒng)的機(jī)器人發(fā)展和提高生產(chǎn)力水平。該課程要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識來分析和解決生產(chǎn)過程中的工程問題，對培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工程視覺分析、解決實(shí)際問題起到重要的作用。

2 基于學(xué)習(xí)測量和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的課程創(chuàng)新實(shí)踐內(nèi)容

(1)實(shí)施符合本校應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)定位的工業(yè)視覺處理實(shí)驗(yàn)課程教材(內(nèi)部講義)建設(shè)、教學(xué)大綱修訂和教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

(2)圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行課堂教學(xué)方法改革，完成基于學(xué)習(xí)測量的“移動課堂”軟件系統(tǒng)平臺，并結(jié)合課程內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)開展教學(xué)，完成對學(xué)習(xí)行為的數(shù)據(jù)描述和學(xué)習(xí)價值評定。

(3)加強(qiáng)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以學(xué)定教，加大實(shí)踐綜合性、實(shí)際應(yīng)用性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。完成重新設(shè)計學(xué)習(xí)空間、轉(zhuǎn)向深度學(xué)習(xí)方法。

(4)強(qiáng)化科研訓(xùn)練和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，豐富和完善“開放式教學(xué)環(huán)境”實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)。在“移動課堂”平臺上，引入外部資源，集成創(chuàng)客平臺導(dǎo)引。引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生參加教師科研項(xiàng)目、學(xué)科競賽、創(chuàng)客活動，與企業(yè)聯(lián)合建立實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地、政府孵化平臺,建立微創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，建設(shè)面向地方服務(wù)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，不斷提高知識應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

3 基于學(xué)習(xí)測量和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的課程教學(xué)實(shí)施

3.1 教材建設(shè)、教學(xué)大綱修訂和教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

在課時數(shù)有限的前提下，挑選圖像描述、圖像識別應(yīng)用及機(jī)器人控制這三部分章節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)，講授相應(yīng)的方法論和工程項(xiàng)目設(shè)計案例，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。在此基礎(chǔ)上，凝練其他教材中的內(nèi)容，編寫適應(yīng)學(xué)生使用的內(nèi)部教材，結(jié)合科研項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)歷，建成由文字教材、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、習(xí)題集及參輔教材、微課、翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目案例等構(gòu)成的全方位、立體化教學(xué)資源，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享做好準(zhǔn)備。

3.2 搭建基于學(xué)習(xí)測量和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的功能平臺

重新設(shè)計學(xué)習(xí)空間、轉(zhuǎn)向深度學(xué)習(xí)。搭建基于“互聯(lián)網(wǎng)+”接口為載體的移動課堂平臺框架，在此平臺上設(shè)置深度學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過移動課堂這一平臺，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)行為的客觀量化測量，評定其學(xué)習(xí)效果和價值。加強(qiáng)與學(xué)生的交流和互動，培養(yǎng)學(xué)生的課堂主體意識。其功能性設(shè)計如圖1所示。

圖1 課程移動平臺功能性設(shè)置

平臺大致分為三個模塊：課程資源、師生互動、創(chuàng)新平臺。

3.2.1 課程資源模塊

該模塊主要包括課程資源、教學(xué)內(nèi)容回顧、課堂激勵等。課程資源從內(nèi)容上分為課前、課中和課后三個階段，這樣把預(yù)習(xí)、課堂互動、課后作業(yè)與反饋系統(tǒng)有效地結(jié)合起來。把手機(jī)這一工具作為課堂教學(xué)的必要組成部分穿插在課堂中。

(1)首先實(shí)現(xiàn)學(xué)生的分組管理，每個課程班在課代表的組織下建立一個微信群，為師生提供一個可以隨時隨地交流互動的平臺。目的在于根據(jù)教學(xué)效果和教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行分類推送內(nèi)容。

(2)課前預(yù)習(xí)，溫故而知新，教師先把預(yù)習(xí)內(nèi)容和預(yù)習(xí)問題發(fā)送在微信群里。

(3)課堂教學(xué)和反饋。課堂上可以穿插課堂小測驗(yàn)，調(diào)整課堂氣氛。每次課堂檢測只需1～2分鐘。課下，對課上測驗(yàn)情況進(jìn)行統(tǒng)計記錄，計入平時成績，給予激勵。

(4)課后提升。通過平臺上傳課后作業(yè)，先進(jìn)行小組互評，然后教師批閱和答疑。同時，定時開展開放性討論，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，教師可以根據(jù)群內(nèi)學(xué)生的活躍程度，給予他們一定的平時分獎勵，并加入到課程考核中，將學(xué)生學(xué)習(xí)效果作為課堂教學(xué)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 師生互動模塊

實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自管理，教師在線上或線下解答課程中一些疑難點(diǎn)，通過后臺操作實(shí)現(xiàn)對學(xué)生作業(yè)或創(chuàng)新作品的管理和綜合評價。

(1)課前，學(xué)生可以隨時隨地通過微信群對預(yù)習(xí)內(nèi)容提出問題，教師大致了解學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，上課重點(diǎn)講解。

(2)課后，通過微信窗口接收學(xué)生的課程疑點(diǎn)，使學(xué)生能夠結(jié)合教師的指導(dǎo)擴(kuò)展學(xué)習(xí)廣度和深度。

(3)接受學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度的實(shí)時性建議，進(jìn)行及時調(diào)整。增強(qiáng)學(xué)生與教師的互動，提高學(xué)生對所學(xué)課程的進(jìn)一步認(rèn)識。

3.2.3 創(chuàng)新平臺模塊

(1)引入一些外部創(chuàng)新型企業(yè)或業(yè)界資源，彌補(bǔ)教學(xué)資源短板。

(2)搭建與創(chuàng)客活動、學(xué)生社會實(shí)踐、企業(yè)實(shí)習(xí)聯(lián)系的橋梁。讓學(xué)生不局限于校內(nèi)，共享外部創(chuàng)新資源，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念，提升學(xué)生的內(nèi)在價值。

3.3 基于數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)行為測量分析和轉(zhuǎn)向自適應(yīng)學(xué)習(xí)

從學(xué)習(xí)者的角度來看，既有基本的可直接反映其行為的操作，如視頻學(xué)習(xí)、關(guān)鍵字搜索、互動問答；也有間接反映其行為的操作，如學(xué)習(xí)時間分布、發(fā)帖和回帖的高峰時段、主題聚集度以及與最終成績的關(guān)聯(lián)。通過對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的分析，總會發(fā)現(xiàn)一些平時看上去不太起眼的問題，得到一些有用的結(jié)論。從教學(xué)策略的制定者和教師角度而言，可以更好地了解學(xué)生，針對他們反饋出的問題進(jìn)一步改善教學(xué)方法，提高學(xué)生的教學(xué)體驗(yàn)。對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行客觀量化，一方面對其學(xué)習(xí)行為進(jìn)行數(shù)據(jù)描述，另一方面評定學(xué)生的學(xué)習(xí)價值。有利于教師調(diào)整教學(xué)策略，有針對性地進(jìn)行個別化教學(xué)，且能隨時預(yù)測學(xué)習(xí)者在某個具體時間點(diǎn)要取得進(jìn)步所需的內(nèi)容和資源類型。

利用通用的大數(shù)據(jù)框架來處理學(xué)生行為數(shù)據(jù)是大勢所趨，隨著收集的數(shù)據(jù)逐漸増多，數(shù)據(jù)更加全面，為了不讓技術(shù)成為束縛行為分析的因素，架構(gòu)一個通用的大數(shù)據(jù)平臺是很有必要的，它可將毎天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作簡單的統(tǒng)計和分析，并把所得結(jié)果展示給學(xué)生和教師。

在傳統(tǒng)的課堂中，想要對學(xué)生的行為進(jìn)行分析是非常困難的，唯一反映學(xué)生學(xué)習(xí)效果的只有成績，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是一無所知的，基于學(xué)習(xí)測量和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的教學(xué)平臺為我們提供了很好的解決方案，將學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的收集，通過對數(shù)據(jù)的分析，真實(shí)地反映學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)過程，有助于教師有針對性地進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的設(shè)計。

[1]NMC地平線報告2016(高等教育版)發(fā)布[EB/OL].(2016-02-06)[2017-01-03].http://sohu.com/20160216/n437557822.html.

[2]王靖,陳衛(wèi)東.認(rèn)知理論及其對教學(xué)設(shè)計與技術(shù)的應(yīng)用啟示[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2012(3):88-93.

[3]李海峰,王煒.基于具身認(rèn)知理論的教育游戲設(shè)計研究——從EGEC框架構(gòu)建到“環(huán)衛(wèi)斗士”游戲的開發(fā)與應(yīng)用[J].中國電化教育,2015(5):50-57.

[4]高潔.非正式學(xué)習(xí)成果認(rèn)證探析[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2014(4):93-98.

[5]黃春梅,蔣蕾,楊倩.官產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新機(jī)構(gòu)CITRIS的啟示[J].中國高?？萍寂c產(chǎn)業(yè)化,2008(10):75-77.

[6]李浩.網(wǎng)絡(luò)自媒體的使用與滿足——基于高校大學(xué)生微信使用的實(shí)證研究[J]．浙江學(xué)刊,2014(5):127-131.

2017-04-06

浙江省教育規(guī)劃課題項(xiàng)目“基于學(xué)習(xí)測量與自適應(yīng)學(xué)習(xí)的電信專業(yè)‘機(jī)器視覺’課程的知識創(chuàng)新實(shí)踐研究”(2017SCG234)；寧波市教育規(guī)劃課題項(xiàng)目“基于互聯(lián)網(wǎng)+的高校移動創(chuàng)客教育平臺探索”(2016YGH033)；浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院教研課題項(xiàng)目“‘互聯(lián)網(wǎng)+’視閾下手機(jī)課堂在電信專業(yè)‘?dāng)?shù)字圖像處理’課程的實(shí)踐研究”(NITJG-201617)。

王 朗(1980- )，男，講師，從事機(jī)器視覺研究。

G40-057

A

2095-7602(2017)08-0135-03