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      “以學(xué)生為中心”的教育理念下“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程教學(xué)模式的探討

      2024-01-01 00:00:00李紅巖郎許鋒周作建
      文教資料 2024年6期
      關(guān)鍵詞:以學(xué)生為中心

      摘 要:“以學(xué)生為中心”的教育理念可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。中醫(yī)藥院校開設(shè)的“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程所具備的內(nèi)容新、實(shí)踐要求高、中醫(yī)藥與現(xiàn)代技術(shù)交叉的學(xué)科特點(diǎn)決定了“以學(xué)生為中心”的教育理念更適用于本門課程的學(xué)習(xí),有利于顯著提升學(xué)習(xí)效果?;谠摾砟?,本文通過對(duì)課程教學(xué)模式的探討,思考并設(shè)計(jì)了知識(shí)講授、案例驅(qū)動(dòng)和創(chuàng)新應(yīng)用相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì),以及多元評(píng)價(jià)和分級(jí)拓展的考核評(píng)價(jià)方式。

      關(guān)鍵詞:“以學(xué)生為中心”;“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程教學(xué)模式;考核評(píng)價(jià)方式

      “模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程具有高度的專業(yè)性和技術(shù)性,涉及圖像處理、特征提取、計(jì)算機(jī)視覺任務(wù)等多方面內(nèi)容。這些內(nèi)容要求學(xué)生不僅要掌握基礎(chǔ)理論知識(shí),還要具備實(shí)際操作能力,能夠?qū)⒗碚搼?yīng)用于解決實(shí)際問題。在中醫(yī)藥院校開設(shè)“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程,需要結(jié)合中醫(yī)藥領(lǐng)域的內(nèi)容,注重跨學(xué)科融合,讓學(xué)生能夠?qū)嶋H應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決中醫(yī)藥領(lǐng)域的問題。而在課程教學(xué)過程中,運(yùn)用“以學(xué)生為中心”的教育理念是十分必要的?!耙詫W(xué)生為中心”的教育理念強(qiáng)調(diào)個(gè)性化學(xué)習(xí)能夠滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。同時(shí),結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)操作,學(xué)生能夠?qū)⒗碚搼?yīng)用于實(shí)際操作問題,增強(qiáng)對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握。該理念的實(shí)施將有助于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和繼續(xù)學(xué)習(xí)的能力,不斷提升學(xué)生的知識(shí)和技能,也有助于高校培養(yǎng)中醫(yī)藥兼現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)合型人才。

      一、“以學(xué)生為中心”的教育理念的背景與必要性

      高等教育的發(fā)展對(duì)國(guó)家和社會(huì)的進(jìn)步起著至關(guān)重要的作用。1995年,羅伯·巴爾(Rob·Barr)和約翰·泰格(John·Tagg)提出高等教育的使命不是單純地教學(xué),而是應(yīng)該以最好的方式與每個(gè)學(xué)生一起學(xué)習(xí),這也促使了高等教育從“教的范式”到“學(xué)的范式”的轉(zhuǎn)變。[1]1998年,聯(lián)合國(guó)教科文組織(UNESCO)指出“以學(xué)生為中心”的新教育理念必將對(duì)高等教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。我國(guó)高等教育領(lǐng)域也在適應(yīng)時(shí)代的要求,積極推進(jìn)這一變革。

      當(dāng)前在“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程中,由于知識(shí)更新迭代較快,教師往往更關(guān)注對(duì)學(xué)科前沿知識(shí)的掌握和傳授,而在教育教學(xué)改革方面的探索相對(duì)較少。中醫(yī)藥院校的“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程通常涉及中醫(yī)藥與現(xiàn)代技術(shù)的交叉,課程內(nèi)容豐富多樣。與此同時(shí),學(xué)生在該門課程中的學(xué)習(xí)需求也因個(gè)人興趣、文化背景和學(xué)習(xí)風(fēng)格而有所不同。因此,本文深入探究了將中醫(yī)藥院?!耙詫W(xué)生為中心”的教育理念融入“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”這一前沿課程之中。此教育理念的踐行,旨在深刻洞察并精準(zhǔn)對(duì)接學(xué)生群體的多元化學(xué)習(xí)需求,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣與內(nèi)在動(dòng)力,更致力于創(chuàng)設(shè)鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考、勇于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新的新的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過對(duì)“以學(xué)生為中心”的教育理念在“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程中的探討,中醫(yī)藥院??梢越⑶袑?shí)、合理、可行的“以學(xué)生為中心”的課堂新模式。這不僅有助于推動(dòng)課程教學(xué)改革,提升課程的質(zhì)量水平,更能夠培養(yǎng)學(xué)生跨領(lǐng)域合作的能力。

      二、“以學(xué)生為中心”的教育理念下課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

      本文基于“以學(xué)生為中心”的教育理念,以中醫(yī)藥院校課程專業(yè)特色為基礎(chǔ),探索和構(gòu)建體系完整的“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程教學(xué)新模式。

      (一)教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)

      在“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程中,教學(xué)目標(biāo)應(yīng)注重從知識(shí)掌握、技能培養(yǎng)、應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作與溝通能力以及自主學(xué)習(xí)能力等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

      “模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程是中醫(yī)藥院校面向人工智能專業(yè)高年級(jí)本科學(xué)生開設(shè)的專業(yè)課程。課程主要介紹模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺的基本理論與方法,其中重點(diǎn)涉及圖像分類與分割、目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤,以及圖像生成等計(jì)算機(jī)視覺任務(wù)的操作步驟與方法流程。

      為了更好地服務(wù)中醫(yī)藥領(lǐng)域,課程要求學(xué)生調(diào)研和思考不同視覺任務(wù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用情況。教師通過對(duì)中醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)嵺`案例和中草藥識(shí)別的綜合設(shè)計(jì),讓學(xué)生熟悉深度學(xué)習(xí)框架的應(yīng)用,掌握用Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)視覺處理任務(wù)的方法與流程,提升學(xué)生分析和解決計(jì)算機(jī)視覺任務(wù)的能力。

      在“以學(xué)生為中心”的教育理念下,“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)應(yīng)注重學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)應(yīng)涵蓋從理論基礎(chǔ)到實(shí)際應(yīng)用的全方位知識(shí),可從掌握基本理論與方法、培養(yǎng)設(shè)計(jì)與開發(fā)能力、提升實(shí)踐與應(yīng)用能力三個(gè)方面著手,如強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的結(jié)合以及評(píng)估與反饋的重要性。同時(shí),課程應(yīng)融入最新的行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)和研究成果,提供多樣化的學(xué)習(xí)材料并鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí),以滿足中醫(yī)藥院校的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的個(gè)性化需求,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和批判性思維,為學(xué)生的未來(lái)生活奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

      1. 基本理論與方法的掌握

      基本理論與方法的掌握旨在確保學(xué)生全面理解“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程的核心理論,熟悉模式識(shí)別的系統(tǒng)構(gòu)建方法,以及完成圖像理解與分析的計(jì)算機(jī)視覺的基本任務(wù),如圖像處理、特征提取、目標(biāo)分類、目標(biāo)檢測(cè),圖像生成等[2];熟悉并能夠?qū)崿F(xiàn)常用的算法,如K近鄰、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等;實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺任務(wù),了解領(lǐng)域內(nèi)最新的研究成果和技術(shù)進(jìn)展,如深度學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)和生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)等在計(jì)算機(jī)視覺中的應(yīng)用。教師通過系統(tǒng)的講授理論、編程作業(yè)、實(shí)驗(yàn)課程等多種方式進(jìn)行教學(xué),使學(xué)生能夠建立扎實(shí)的知識(shí)體系,為后續(xù)的實(shí)踐和應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

      2. 設(shè)計(jì)與開發(fā)能力的培養(yǎng)

      設(shè)計(jì)與開發(fā)能力的培養(yǎng)旨在提高學(xué)生使用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺算法的能力。教學(xué)重點(diǎn)在于Python語(yǔ)言的使用,并涵蓋TensorFlow、Keras和OpenCV(跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺庫(kù))等框架和工具的應(yīng)用。[3]教師可通過編程作業(yè)、在線編程平臺(tái)、編程競(jìng)賽等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練,提高學(xué)生設(shè)計(jì)與開發(fā)完整計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)的能力。這要求學(xué)生能夠應(yīng)用模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺的相關(guān)理論,關(guān)注和理解如何用深度學(xué)習(xí)等方法解決圖像理解與分析方面的問題。

      3. 實(shí)踐與應(yīng)用能力的提升

      實(shí)踐與應(yīng)用能力的提升旨在提高學(xué)生應(yīng)用模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來(lái)解決實(shí)際問題的能力,特別是與中醫(yī)藥領(lǐng)域相關(guān)的問題,如中藥材圖像的分類和中醫(yī)診斷圖像的分析。通過案例教學(xué)、問題驅(qū)動(dòng)等方式,教師可指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與處理、結(jié)果分析與報(bào)告,從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和研究能力,鼓勵(lì)自主創(chuàng)新和科研探索。[4]

      (二)教學(xué)實(shí)施過程的設(shè)計(jì)

      為達(dá)成“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程的教學(xué)目標(biāo),教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“以學(xué)生為中心”的教育理念[5,6],探索教育教學(xué)方法,從學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)和體驗(yàn)學(xué)習(xí)等方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的主體作用。值得注意的是,“以學(xué)生為中心”并不僅僅是一種關(guān)于學(xué)生的課堂體驗(yàn)與實(shí)踐,而是提供一個(gè)多維度視角,聚焦師生之間的互動(dòng)以及所處的學(xué)習(xí)環(huán)境。從這個(gè)角度來(lái)看,“以學(xué)生為中心”并不意味著放棄講授,而是強(qiáng)調(diào)要針對(duì)不同的內(nèi)容組織合適的教學(xué)模式,強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和責(zé)任意識(shí)。

      在“以學(xué)生為中心”的教育理念下,教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)從學(xué)生需求分析、學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法與策略及評(píng)估與反饋等方面進(jìn)行思考。教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)背景和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),設(shè)定明確且具個(gè)性化的學(xué)習(xí)目標(biāo);應(yīng)按照由淺入深、循序漸進(jìn)的原則,選擇與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)的內(nèi)容,結(jié)合中醫(yī)藥領(lǐng)域的實(shí)際案例與問題,采用講授、討論、案例分析、實(shí)驗(yàn)操作及項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等多樣化和互動(dòng)性的教學(xué)方法,以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求;還應(yīng)重視包括平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目成果等多元化的過程評(píng)估,關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、參與度和進(jìn)步情況,全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在本課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中,本文針對(duì)課程目標(biāo),結(jié)合課程內(nèi)容采用不同的教學(xué)設(shè)計(jì)策略,總體方案如圖1所示。

      “以學(xué)生為中心”的教育理念下課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案

      針對(duì)基本理論與方法,本課程采用知識(shí)講授的方法,但與傳統(tǒng)講授方法相比,“以學(xué)生為中心”的教育理念下課程更加注重學(xué)生的參與度、學(xué)習(xí)活動(dòng)的多樣化設(shè)計(jì)以及對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核和評(píng)價(jià)。知識(shí)講授的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí),建立扎實(shí)的理論基礎(chǔ),如圖像分類、圖像分割、目標(biāo)檢測(cè)、圖像生成等基本理論知識(shí)。但在這個(gè)過程中,教師仍需要設(shè)計(jì)合理的互動(dòng)參與方式,鼓勵(lì)學(xué)生提出問題、分享觀點(diǎn),并與教師和同學(xué)共同進(jìn)行討論。

      “以學(xué)生為中心”的教育理念強(qiáng)調(diào)從教向?qū)W的轉(zhuǎn)變。[7]在這種教育理念下,教師傳授知識(shí)與技能的過程也將更注重對(duì)學(xué)生參與的引導(dǎo)。案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的引入,可使學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)。這種方法強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)性和實(shí)踐能力,使學(xué)生能夠在實(shí)際情境中進(jìn)行學(xué)習(xí)。結(jié)合中醫(yī)藥院校特色,本課程可結(jié)合“細(xì)胞圖像分割”“中醫(yī)舌像邊緣檢測(cè)”和“糖尿病視網(wǎng)膜圖像病變檢測(cè)”等醫(yī)學(xué)案例,對(duì)案例進(jìn)行逐層分解并融入計(jì)算機(jī)視覺中的分類、識(shí)別、分割、檢測(cè)等具體知識(shí)和實(shí)踐方法,讓學(xué)生在解決案例問題的過程中,能夠更好地理解和掌握知識(shí),提高問題分析和解決能力。

      創(chuàng)新應(yīng)用環(huán)節(jié)則是引導(dǎo)學(xué)生完成需求分析、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模型訓(xùn)練和測(cè)試應(yīng)用的過程。這種實(shí)踐活動(dòng)使得抽象的理論知識(shí)得以具象化,讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決具體的問題,并能通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析得出有效的結(jié)論。此外,教師可鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所反映出的問題進(jìn)行迭代優(yōu)化,并進(jìn)一步思考與創(chuàng)新。這不僅能夠提高學(xué)生分析問題的能力,同時(shí)還能夠促進(jìn)其實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的提高。

      (三)考核與評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)

      課程考核與評(píng)價(jià)是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。[8]在“以學(xué)生為中心”的教育理念下,教師應(yīng)注重多元化和過程導(dǎo)向的整個(gè)學(xué)習(xí)過程,觀察和評(píng)估學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中的積極性,以及學(xué)生在實(shí)踐中的問題分析和解決能力以及合作與溝通能力等。

      考核與評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)原則應(yīng)以學(xué)生為中心,運(yùn)用多元化的考核方式,綜合過程導(dǎo)向評(píng)估、個(gè)性化評(píng)估以及綜合能力等評(píng)估方法,包括作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目和考試等,全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。過程導(dǎo)向評(píng)估側(cè)重關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和態(tài)度,如通過學(xué)習(xí)日志、階段性評(píng)估和自評(píng)與互評(píng)等手段,持續(xù)跟蹤和指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)展。個(gè)性化評(píng)估則關(guān)注學(xué)生的個(gè)人發(fā)展需求,根據(jù)學(xué)生的興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格,設(shè)計(jì)差異化作業(yè)和項(xiàng)目。綜合能力的評(píng)估注重評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力,通過實(shí)踐項(xiàng)目、團(tuán)隊(duì)合作和綜合素質(zhì)評(píng)價(jià),全面反映學(xué)生的綜合能力和發(fā)展水平。

      為了更全面地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn),本課程采用多樣化的評(píng)價(jià)方法,不僅關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況,還關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、興趣以及其他能力的發(fā)展,更加全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,體現(xiàn)對(duì)學(xué)生個(gè)性發(fā)展的尊重,考核評(píng)價(jià)項(xiàng)目設(shè)定如表1所示。

      課程考核與評(píng)價(jià)由平時(shí)過程性考核和期末綜合性考核共同構(gòu)成。平時(shí)過程性考核關(guān)注學(xué)生日常學(xué)習(xí)、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)情況三部分組成。日常學(xué)習(xí)情況由課堂表現(xiàn)、提問互動(dòng)和演講匯報(bào)構(gòu)成;作業(yè)由調(diào)研、思考、練習(xí)和拓展構(gòu)成;實(shí)驗(yàn)則依據(jù)目標(biāo)和內(nèi)容分為基本任務(wù)和遞進(jìn)任務(wù)。為適應(yīng)不同學(xué)生的需求,課程考核與評(píng)價(jià)采用分級(jí)拓展的考核方式。如教師可在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)基本內(nèi)容和拓展內(nèi)容,從而滿足不同層次的學(xué)生對(duì)于課程的需求,并鼓勵(lì)有能力的學(xué)生進(jìn)行更高層次的提升。例如,在圖像分割實(shí)驗(yàn)中,基本任務(wù)要求學(xué)生能夠完成某類目標(biāo)的分割與標(biāo)注,遞進(jìn)任務(wù)則限定分割準(zhǔn)確率、MIoU(平均交并比)和F-Score(F值)的要求,更高層次任務(wù)則進(jìn)一步要求關(guān)注對(duì)小目標(biāo)的檢測(cè)與分割。綜合性考核通過學(xué)生分組協(xié)作完成綜合設(shè)計(jì)任務(wù)來(lái)進(jìn)行考查,評(píng)價(jià)根據(jù)完成整個(gè)設(shè)計(jì)流程的工程實(shí)踐與創(chuàng)新應(yīng)用能力、實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫和成果匯報(bào)等方面分別通過組內(nèi)自評(píng)、組間互評(píng)和教師評(píng)價(jià)進(jìn)行加權(quán)評(píng)分。這種全過程、多元化的評(píng)價(jià)方式是根據(jù)學(xué)生的不同水平進(jìn)行的差異化考核與評(píng)價(jià),既激發(fā)了學(xué)生的主動(dòng)性,又滿足了學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求,進(jìn)一步體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教育理念。

      三、結(jié)語(yǔ)

      “以學(xué)生為中心”的教育理念,有效促進(jìn)了學(xué)生對(duì)“模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺”課程的理解,提高了學(xué)生的實(shí)踐能力,展現(xiàn)了理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)成效。在后續(xù)的教學(xué)過程中,教師應(yīng)繼續(xù)秉持“以學(xué)生為中心”的教育理念,定期收集相關(guān)專家和學(xué)生的建議與反饋,不斷優(yōu)化教學(xué)模式,力求教學(xué)成效的進(jìn)一步提升。

      持續(xù)地改進(jìn)和創(chuàng)新課程有助于為學(xué)生鋪設(shè)通往卓越的道路,更助力他們?cè)趯W(xué)術(shù)探索和職業(yè)發(fā)展中取得更大的成就。

      參考文獻(xiàn)

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