基于混合學(xué)習(xí)模式的圖像處理課程教學(xué)改革探索

邱燕玲

關(guān)鍵詞：混合學(xué)習(xí)模式;圖像處理;教學(xué)改革

在獲取外部信息的渠道中，眼睛所感知的視覺信息占據(jù)了3/4以上，起著重要的作用。除了視覺自然場景外，宏、微觀圖像和大量計(jì)算機(jī)生成的圖像豐富了視覺的范圍，成為多媒體世界中最重要的成員之一。圖像處理技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為科技、工業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活質(zhì)量提高的強(qiáng)大動力。各級高等教育以不同的方式和內(nèi)容傳授這方面的知識和技能，但在教學(xué)效果和質(zhì)量上還有待提高。

一、課程特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容分析

圖像處理是通過計(jì)算機(jī)，對獲取的視覺信息進(jìn)行處理的技術(shù)。圖像處理技術(shù)理論基礎(chǔ)涉及諸多學(xué)科，其中包括物理、數(shù)學(xué)、信號處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等知識，內(nèi)容較為廣泛，不容易理解，理論較為抽象。圖像處理技術(shù)實(shí)用性較強(qiáng)，因此本課程的關(guān)鍵就是理論與實(shí)踐結(jié)合，把基礎(chǔ)理論與技術(shù)教學(xué)作為重點(diǎn)內(nèi)容，把提升學(xué)生實(shí)踐能力與課題研究能力作為重要目標(biāo)。

在眾多高校中，圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為非常重要的一門課程，主要是對圖像數(shù)學(xué)描述、圖像數(shù)字化、圖像增強(qiáng)、圖像變換、圖像編碼、圖像恢復(fù)、圖像分割、圖像重建、邊緣提取、圖像分析與識別等圖像處理方法進(jìn)行介紹，促使學(xué)生可以通過該門課程的學(xué)習(xí)熟練掌握圖像處理過程，利用這些基本方法對圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。利用這些內(nèi)容設(shè)置，可以使學(xué)生對圖像處理技術(shù)基本思想與技術(shù)進(jìn)行真正掌握，進(jìn)而促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

二、混合學(xué)習(xí)模式特點(diǎn)

（一）學(xué)生主體與教師主導(dǎo)共存

混合學(xué)習(xí)是將面對面課程教學(xué)與在線課程學(xué)習(xí)等系統(tǒng)課程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)完整的課程教學(xué)管理過程，是一種新型教學(xué)方法，更好地實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)效果目標(biāo)。自混合學(xué)習(xí)概念被提出以來，優(yōu)化教學(xué)模式、更好地為學(xué)生學(xué)習(xí)服務(wù)的教學(xué)探索就從未停止。從學(xué)習(xí)理論、環(huán)境、資源到各種學(xué)習(xí)組合方法，探索并找出更有效的學(xué)習(xí)方法進(jìn)行組合，從而更好適應(yīng)學(xué)生的思維習(xí)慣和學(xué)習(xí)能力特點(diǎn)，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得更好的學(xué)習(xí)效果?；旌蠈W(xué)習(xí)課程模式始終堅(jiān)持貫徹“學(xué)習(xí)者是學(xué)習(xí)的主體，教師是學(xué)習(xí)的支持者”的教學(xué)理念，教師不是簡單地傳授知識者和灌輸者，而是引導(dǎo)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的課程設(shè)計(jì)者、幫助者和行動支持者。學(xué)生不是知識的“容器”，而是認(rèn)知的主體。

（二）教師把控下的網(wǎng)絡(luò)資源針對性學(xué)習(xí)

教學(xué)資源是現(xiàn)代混合學(xué)習(xí)模式教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)教育資源的綜合價(jià)值。在教師的專業(yè)指導(dǎo)下，學(xué)生不僅可以充分利用教育網(wǎng)站上的在線教學(xué)資源，進(jìn)行有效和針對性的在線學(xué)習(xí)，不必拘泥于普通學(xué)校教育網(wǎng)絡(luò)平臺有限的教育學(xué)習(xí)信息資源。同時(shí)，也不會從目前海量的在線學(xué)習(xí)資源中進(jìn)行選擇和自動識別篩選。這樣，在教師的教學(xué)指導(dǎo)下，將網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的補(bǔ)充內(nèi)容，融入運(yùn)用到混合教學(xué)中，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)資源的不足。

（三）師生互動與學(xué)生互動相結(jié)合

在混合學(xué)習(xí)中，教師教學(xué)以利用線下平臺為主，學(xué)生知識的應(yīng)用和技能提高主要在網(wǎng)上平臺進(jìn)行。在這種教學(xué)情況下，教師完全可以充分依靠教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，掌握每個(gè)學(xué)生的具體學(xué)習(xí)發(fā)展過程，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和相應(yīng)課程教學(xué)要求分配任務(wù)，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的心理特點(diǎn)和接受能力，為每個(gè)學(xué)生主動講解基礎(chǔ)知識，形成一種師生間的互動。同時(shí)，學(xué)生通過在線網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和個(gè)人自主在線學(xué)習(xí)相互結(jié)合，甚至可以鼓勵學(xué)生通過在線學(xué)習(xí)互動方式拓寬新的視野。豐富的課堂互動教學(xué)形式一定能有效調(diào)動激發(fā)部分學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)活動積極性，避免部分學(xué)生在單調(diào)的課堂學(xué)習(xí)活動環(huán)境中思維和學(xué)習(xí)視野嚴(yán)重受限，同時(shí)通過加強(qiáng)學(xué)生之間的合作交流，可以相互支持鼓勵、優(yōu)勢互補(bǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作與溝通交流能力。

三、圖像處理課程教學(xué)現(xiàn)狀

在實(shí)際教學(xué)過程中，圖像處理課程在理論和實(shí)踐上都存在一定的困難。它要求學(xué)生在學(xué)習(xí)后掌握理論方法，解決實(shí)際問題。一般來說，圖像處理課程存在教學(xué)內(nèi)容過多、教學(xué)模式陳舊等問題。

（一）教學(xué)內(nèi)容多

圖像處理課程教學(xué)內(nèi)容很多，包括色彩圖像原理、色彩圖像模型、光照圖像模型、隱面圖像消除、造型圖像設(shè)計(jì)、曲線圖和曲面圖像擬真組合等，傳統(tǒng)教學(xué)過程中根據(jù)教材教學(xué)內(nèi)容講述，會發(fā)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容眾多，講述過程中缺乏重點(diǎn)，沒有對課程內(nèi)容講透，使學(xué)生一時(shí)無法把握重點(diǎn)，教學(xué)效果不佳。

（二）教學(xué)模式陳舊

圖像處理教學(xué)模式多年來一直是固定不變的。一般來說，教師教學(xué)生完成習(xí)題、實(shí)驗(yàn)和考試。教師對所有學(xué)生一視同仁，限制了學(xué)生的積極性，效果不佳。在信息時(shí)代，教學(xué)模式應(yīng)多樣化。除了教師的講課外，還應(yīng)能為圖像處理課程提供專門的教學(xué)實(shí)踐活動，因材施教，教學(xué)過程中也能讓學(xué)生積極參與。

（三）理論知識過于分散化

在以往教學(xué)過程中，教師基本上都是逐一講解單個(gè)知識點(diǎn)，從數(shù)學(xué)背景到公式推導(dǎo)，具有較強(qiáng)的理論性，這給很多學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來較大的苦難，且學(xué)生很難對知識模塊之間的聯(lián)系性進(jìn)行掌握，特別是在實(shí)際復(fù)雜應(yīng)用場景時(shí)，會存在束手無策的情況。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)薄弱

在以往圖像處理教學(xué)中，大部分教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，都是以驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)為主，無法有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問題能力。并且，教師利用的實(shí)驗(yàn)工具都是MATLAB編程。該實(shí)驗(yàn)工具雖然編程環(huán)境簡單，具有完善的圖像處理功能，但是其在人工智能算法研發(fā)層面，和Pyrhon編程相比，還存在諸多不足。

四、基于混合學(xué)習(xí)模式的圖像處理課程教學(xué)改革措施

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1.教學(xué)內(nèi)容應(yīng)側(cè)重于實(shí)踐性

通過大量的教學(xué)實(shí)踐案例操作，引導(dǎo)學(xué)生如何在實(shí)踐中學(xué)會發(fā)現(xiàn)實(shí)際問題、解決實(shí)際問題、掌握實(shí)用技能。因此，教師一般可以根據(jù)本學(xué)科專業(yè)的實(shí)際具體情況，將三分之一的學(xué)習(xí)時(shí)間主要用于新基礎(chǔ)知識的理論講解、演示和理論總結(jié)，將三分之二的學(xué)習(xí)時(shí)間主要用于指導(dǎo)學(xué)生的理論實(shí)際操作，從而給予學(xué)生充分的學(xué)習(xí)時(shí)間和主動參與學(xué)習(xí)的良好機(jī)會。

2.教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重實(shí)用性

在大多數(shù)實(shí)際情況下，圖像處理課程的教師過分注重教學(xué)圖像的美和處理技巧，課程研究結(jié)束后，學(xué)生們踏上新工作崗位，卻突然發(fā)現(xiàn)之前的課題研究不適用，同時(shí)，枯燥的教學(xué)內(nèi)容也可能會導(dǎo)致部分學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動興趣的明顯下降，達(dá)不到理想教學(xué)效果。因此，教師在正確選擇教學(xué)內(nèi)容素材時(shí)，要更加善于從現(xiàn)實(shí)生活中深入挖掘教學(xué)素材，最好將學(xué)生日常生活中經(jīng)常遇到的教學(xué)效果問題作為課堂實(shí)例講解，如日常生活中的照片、海報(bào)、包裝、封面等，通過課堂學(xué)習(xí)和實(shí)際操作，學(xué)生往往會發(fā)現(xiàn)自身已經(jīng)能夠有效解決日常生活工作中的許多實(shí)際應(yīng)用問題，提高對本學(xué)科課程的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到理想化的教學(xué)效果。在就業(yè)教學(xué)中，教師一定要時(shí)刻牢記，學(xué)習(xí)不是高職學(xué)生的主要學(xué)習(xí)目的，未來如何就業(yè)才是高職學(xué)生真正需要解決的問題。因此，教師在自行選擇教學(xué)內(nèi)容時(shí)，必須與在校學(xué)生未來就業(yè)緊密聯(lián)系，將所學(xué)專業(yè)知識與市場需求緊密結(jié)合。

3.教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重趣味性

興趣愛好是學(xué)生最大的學(xué)習(xí)動力，隨著社會進(jìn)步發(fā)展，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣必然會隨著時(shí)代的發(fā)展變化而變化。作為教師就更應(yīng)該充分掌握學(xué)生的喜好，從而充分激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情?？菰锏膱D像處理課堂教學(xué)內(nèi)容往往會容易讓很多學(xué)生上課聽得無味，因此選擇一些有趣的圖像處理教學(xué)內(nèi)容可以有效吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)活動興趣，達(dá)到一舉兩得的教學(xué)效果。例如，教師可以引入玉兔號月球車的結(jié)構(gòu)，把玉兔號月球車怎樣通過測月雷達(dá)、全景相機(jī)、粒子激發(fā)X射線譜儀、紅外光譜儀等儀器的視頻動畫呈現(xiàn)給學(xué)生，三維光學(xué)成像和紅外光譜分析月表，科學(xué)探測月壤厚度和結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場分析月表物質(zhì)主要元素。

（二）革新教學(xué)模式

1.科學(xué)合理地進(jìn)行課程整體設(shè)計(jì)

圖像處理課程是一門高技能課程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)際操作能力，要求學(xué)生掌握圖形圖像處理軟件的應(yīng)用技能。根據(jù)課程性質(zhì)和課時(shí)限制，設(shè)計(jì)專業(yè)的圖像處理課程一般采用Pholoshop和CorelDRAW，非設(shè)計(jì)專業(yè)只開設(shè)一種軟件。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，我們應(yīng)該做出一些選擇。在制訂教學(xué)計(jì)劃時(shí)，要充分考慮課程的實(shí)際操作性。我們應(yīng)該把實(shí)踐教學(xué)作為一個(gè)重要的組成部分來安排，而理論只占一小部分。合理設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，即課程的總體設(shè)計(jì)。

2.打破傳統(tǒng)的理論教學(xué)方法

圖像處理課程是一門強(qiáng)調(diào)實(shí)踐操作的專業(yè)技能培養(yǎng)課程，即注重培養(yǎng)學(xué)生的理論實(shí)踐操作能力。學(xué)生們在掌握基本的動手操作技能后，就要不斷鍛煉動手操作能力。傳統(tǒng)圖像處理課程教學(xué)時(shí)專業(yè)理論課和專業(yè)實(shí)訓(xùn)技能課各占一半，但對圖像處理課程教學(xué)來說，過多的學(xué)習(xí)理論課只可能會嚴(yán)重扼殺學(xué)生的學(xué)習(xí)活動興趣，不能充分發(fā)揮突出圖像處理課程教學(xué)的專業(yè)技能。

要徹底打破傳統(tǒng)圖像處理課程教學(xué)模式，在理論教學(xué)中要特別注重充分培養(yǎng)學(xué)生邏輯發(fā)散意識思維，要充分結(jié)合實(shí)際案例，以寬松靈活的教學(xué)方式認(rèn)真結(jié)合理論實(shí)踐教學(xué)。在作品案例中，每個(gè)產(chǎn)品理論中的知識點(diǎn)都被再次提出，所有的理論知識點(diǎn)都會被滲透到整個(gè)作品案例中的設(shè)計(jì)中，在理論知識教學(xué)中，把作品案例分析教學(xué)作為理論知識教學(xué)的主要理論輔助教學(xué)手段，對優(yōu)秀的作品案例進(jìn)行理論講解和分析。

這種方式最大優(yōu)點(diǎn)是：通過課程實(shí)例互動操作方式傳授專業(yè)理論知識，真正能夠做到理論與實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系，使學(xué)生學(xué)以致用;不斷培養(yǎng)學(xué)生的邏輯審美思維能力;不斷放寬學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思維視野，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)散性邏輯思維能力;不斷提高學(xué)生的理論學(xué)習(xí)實(shí)踐能力研究興趣和學(xué)生創(chuàng)造力培養(yǎng)水平。

3.設(shè)置靈活多樣的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)

圖像處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，其中包括自然災(zāi)害預(yù)測、視頻通話、數(shù)字電視、環(huán)境污染監(jiān)測、自然災(zāi)害預(yù)測、氣象云圖等，因此，在圖像處理課程實(shí)踐教學(xué)中，要不斷加強(qiáng)學(xué)生教和學(xué)的有機(jī)互動，改變學(xué)生原有的課堂學(xué)習(xí)行為模式，充分調(diào)動全體學(xué)生的實(shí)際參與性。

教師需要注重指引學(xué)生通過VC或者是MATLAB，進(jìn)行實(shí)際程序設(shè)計(jì)，對學(xué)生分析和解決問題能力、開發(fā)圖像處理系統(tǒng)能力進(jìn)行培養(yǎng)。教師根據(jù)課程教學(xué)要求設(shè)置圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像編碼、圖像分割和邊緣提取等課外實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生完成課外實(shí)驗(yàn)后，教師可以開展實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)課，幫助學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中存在的問題進(jìn)行解決，進(jìn)而有效提升學(xué)生編程能力與算法設(shè)計(jì)能力。例如，圖像變換實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生分別利用離散余弦變換、傅里葉變換、小波變換，對輸入的圖像進(jìn)行變換，通過變換前后的圖像，對圖像變換前后視覺效果進(jìn)行分析。

教師還可以開展專題討論課，教師對題目進(jìn)行指定，學(xué)生通過對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行查閱，對基本原理與方法進(jìn)行深入分析，對相應(yīng)的算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，編程實(shí)現(xiàn)，并且給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析，這樣可以有效提升學(xué)生積極主動性，還有助于培養(yǎng)學(xué)生通過理論知識對問題進(jìn)行解決能力。例如，數(shù)字圖像表示及其處理專題討論課，題目是利用vc或MATLAB實(shí)現(xiàn)常用圖像文件格式顯示，常見圖像文件格式，利用VC或MATLAB進(jìn)行圖像格式轉(zhuǎn)換。

此外，鼓勵學(xué)生積極主動參與教師主持的科研項(xiàng)目，例如，科技支撐計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、863項(xiàng)目，這些項(xiàng)目涉及諸多研究方向，如信息檢索、文字處理，網(wǎng)絡(luò)信息分析、視頻音頻處理、圖像識別等。在項(xiàng)目中，可以有效提升學(xué)生的思維創(chuàng)新能力與科研能力，可以為學(xué)生未來發(fā)展和就業(yè)打下良好基礎(chǔ)。

（三）改革考核評價(jià)形式

考核，主要是為了檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，考核目標(biāo)不僅需要對學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容的程度進(jìn)行檢驗(yàn)，還需要提升學(xué)生對問題的發(fā)現(xiàn)、思考、解決能力。為了防止發(fā)生日常不努力、考前突擊的情況，教師還需要對考核評價(jià)形式進(jìn)行改革。在具體考核時(shí)，可以分為兩個(gè)部分，日常成績占據(jù)30%，期末考試成績占據(jù)70%。在日常成績中，包括上課出勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、專題討論。在該過程中，教師需要嚴(yán)格要求學(xué)生，促使學(xué)生能夠?qū)虒W(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)都給予足夠重視。

結(jié)語

綜上所述，基于混合學(xué)習(xí)模式下，對圖像處理課程教學(xué)方法進(jìn)行整體改革的新探索，應(yīng)該以開展實(shí)踐性學(xué)習(xí)為主要教學(xué)目標(biāo)，充分發(fā)揮全體學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和教學(xué)創(chuàng)新性，合理分配選擇課程教學(xué)內(nèi)容和運(yùn)用教學(xué)方法，激發(fā)全體學(xué)生綜合學(xué)習(xí)的興趣，使之積極主動投入圖像處理課程中去。

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