数字图像处理课程翻转课堂实践探索

曹芳+赵继勇

摘 要 针对数字图像处理课程特点和目前传统教学过程中存在的主要问题，将翻转课堂教学模式引入数字图像处理课程。通过梳理翻转课堂教学设计总体结构，将微课等教学资源发布在微信公众平台，进行翻转课堂教学实践的探索，最后对教学效果进行分析与评估。

关键词 翻转课堂；微课；数字图像处理；教学资源

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）18-0128-03

Practice and Exploration on Flipped Classroom in Course Tea-ching of Digital Image Processing//CAO Fang， ZHAO Jiyong

Abstract Based on the characteristics of Digital Image Processing and the main problems of traditional teaching， the flipped classroom method is used in digital image processing courses. According to sort out the framework of flipped classroom learning， publish the micro

courses and other teaching resources on the WeChat public platform， the teaching practices of flipped classroom is explored， and the tea-ching effects is analyzed and evaluated in this paper finally.

Key words flipped classroom； micro courses； digital image pro-cessing； teaching resources

1 前言

《国家教育事业发展“十三五”规划》指出，在推进高等教育发展的背景下，如何改变传统教学形式，引导学生在课程教学中主动学习，培养实践操作能力，是高等院校开展职业化教育的一项迫在眉睫的工作。数字图像处理是一门涉及电子学、光电探测、数学和计算机等领域的综合性交叉学科，已经成为高等院校电信类专业学生的一门重要的专业课。在数字图像处理课程的教學实践过程中，需探索适应应用型、职业化教育需求的教学新模式。

数字图像处理课程教学现状 数字图像处理技术与实际生活联系紧密，部分学生已经具备图像处理的基本知识及技能。

1）课程采用“你讲我听”的传统教学模式，教师以PPT的方式进行授课，学生以记笔记的形式记录重要知识点，往往刚接触这门课时有一定的兴趣，认为图像处理知识新鲜有趣，但是这种视觉冲击产生的兴趣并不能维持太久，一旦触及专业知识，就会影响接受效果。在这样的被动教学过程中，学生的参与度不高，不利于学习主动性的培养，不利于实际应用和拓展。

2）数字图像处理课程知识点繁多，教学内容丰富，应用性强，但由于学时的限制，教师对知识点的讲述不能过细，学生消化时间也相对减少，限制了学生对知识点的掌握，导致教学质量大打折扣。

2 数字图像处理翻转课堂模式的优势

翻转课堂译自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，是指重新调整课堂内外的时间，将学习的决定权从教师转移给学生，教师提供以教学视频为媒介的学习资源，课前学生自主观看、学习教学视频，课堂上则进行师生互动、协作学习、释疑解惑以及交流研讨等活动的一种新型教学模式。传统的教学过程由知识传授和知识内化两个阶段组成，教师在课堂上完成知识传授，学生在课后通过作业或实践来完成知识内化，属于先教后学。翻转课堂是将知识传授和知识内化两个阶段翻转，课前学生通过观看教学视频，对课程内容进行自学；课堂上学生通过小组讨论、教师引导等方式，实现知识内化，表现为先学后教的模式。

数字图像处理翻转课堂教学改革思路如下：

1）教师录制微课发布至微信平台，课前学生观看教学资源完成知识传授，课堂上通过师生互动、生生互动的方式实现知识内化；

2）设计紧扣教学内容的“案例库”，让学生在解决实际问题的过程中掌握理论知识，提高学生的探索意识和探索能力，进一步提升学生的岗位任职适应性；

3）调整数字图像处理课程的教学目标，弱化公式推导，强调课程实际应用；

4）整理全书知识点，细化知识模块，基础性问题由学生课前自学，重点、难点问题由教师在课堂上讲解并安排讨论，扩展性问题由学生课后实践操作。

3 翻转课堂教学设计与实施

笔者连续两年在数字图像处理教学中采用翻转课堂的新模式，取得理想的教学效果[1]。数字图像处理课程翻转课堂教学设计总体结构如图1所示[1]。

教学目标 针对数字图像处理课程特点，重新定位课程教学目标，提取全书知识点，细化知识模块。

1）降低教学深度、拓展广度。弱化数字图像处理各种常用方法的复杂公式推导和大矩阵计算，即降低深度强调经典数字图像处理技术的原理和编程应用，即拓展广度。在教学内容中穿插实际应用案例，调动学生的学习兴趣。如在讲多图像平均法时，以夜晚拍摄的含噪星系照片为例，按照大学物理实验中消除随机误差的平均思想，对图像进行去噪处理。将教材中的理论知识和实际应用融会贯通，让学生真正地理解应用知识点去解决实际问题，激发学习的兴趣。

2）提取知识点，细化知识模块。笔者根据教学目标，梳理、整合课程知识点，结合多年的教学经验，把学生不易掌握且应用性较强的知识提取出来，凝练成小知识模块。如“图像平滑”作为一种重要的图像预处理手段，它的效果直接影响到后续的各种图像处理效果，学生只有熟练掌握了“图像平滑”，才能为后续图像处理技术的学习打下基础。笔者将图像平滑技术常用的方法进行细化、分解，第一层分解为空间域滤波和频域率滤波两个单元；再对每单元依据理论的层层递进性进行第二层分解，形成相应的微单元，同时通过思维导图的制作，增强微单元学习的直观性。endprint

翻转课堂教学的实施步骤 数字图像处理翻转课堂的教学实施分为课前学生预习、课上交流与总结、课后巩固和课程考核。

1）课前学生预习。根据数字图像处理课程的特点，选择微课的教學手段。课前，教师把要求学生掌握的教学要点、课程PPT和录制好的微课上传至微信平台，学生关注微信号后，利用手机即可观看微课视频。在每段视频发布的微信界面中会提供学习任务单，主要包括学习指南、学习任务等。要求学生在规定时间内自学相关内容。微课的时长控制在10分钟以内，短小精悍，便于吸引学生的注意力。为方便翻转课堂的实现，每段微课最后会留2～3道思考题，便于学生在课堂上展开讨论，加深对知识点的理解。如图像压缩编码一节的教学中，提出问题：图像为什么要进行压缩编码？图像的冗余有哪些表示形式？微课的制作宜采用讲授与演示的方式，选择录屏软件Camtasia Studio 8+PPT制作微课。

2）课上交流与总结。在进行课堂教学时，教师会首先根据微课内容进行提问测试，以检验学生课前预习效果。全班30名学生分成10组，针对课前观看的微课中布置的思考题，小组内讨论，尝试寻找解决办法。每组派出一名代表上台发言，教师将学生发言中存在的问题整理在黑板上，师生共同讨论并寻找答案。发言内容涉及定义、方法、具体步骤、实例和结果讨论等方面。

3）课后巩固。课后以作业和图像处理作品为主要手段，督促学生巩固、深化知识点。具体形式除了常规的课后作业练习以外，教师还可以给出图片，让学生进行处理。通过实际操作，将课程中讲授的理论知识和实践相结合。

4）课程考核。以平时成绩、实践成绩以及笔试成绩作为考核依据。平时成绩由5%上课提问+10%小组讨论成绩+10%汇报成绩组成。为培养、提高学生的团队合作精神，其中的汇报成绩为小组整体打分，组内每位学生的表现都会影响到整个小组的成绩。实践成绩包括10%实验完成情况+15%作品效果。笔试成绩侧重考查对基础知识、基本原理的掌握情况，占总成绩的50%。

数字图像处理翻转课堂教学改变一张试卷决定成绩的方式，采用灵活、自主的考核方式，侧重于课程的应用，有助于培养学生自主学习的探索意识，达到最佳的教学效果。

4 实践效果分析

为了有效评估实施效果，笔者采用问卷调查、考试成绩分析和座谈等方式，对南京理工大学紫金学院2012级、2013级电子科学技术专业的学生进行调查。问卷调查结果显示，大多数学生能够接受并愿意尝试翻转课堂的新模式，他们希望参与课堂教学，而不是被动听讲。通过两个学年翻转课堂的实施，如图2所示，教改班在期末成绩考核中的平均分高于对比班级，且80分以上学生比例较高。座谈中，学生认可课堂上更多的主动学习和交流时间有助于提高其实践应用能力。要达到翻转课堂的有效目的，也要求教师在熟练掌握微课设计方法和技巧的情况下，慎重选择合适的知识点，精心设计微课。这也促进教师与时俱进，不断地更新知识，有利于教师自身素质和教学水平的提高。

在教学实践过程中也暴露出一些问题：

1）部分成绩较差的学生，大多缺乏自主学习能力，课前不观看微课视频、课堂上不参与问题研讨，最终只会恶性循环、越来越差，因此，下阶段考虑将课前预习部分纳入考核体系；

2）课堂教学活动中部分学生的参与度还有待进一步提升，后续翻转课堂实施时，可以选择更加多元化的活动丰富课堂互动环节，提高学生的参与度。

5 结语

本文介绍了南京理工大学紫金学院电子科学与技术专业数字图像处理课程翻转课堂的教学改革。经过两个学年的教学实施，教改之后的课程教学在学生中取得较好的反馈。为保证翻转课堂的有效实施，本文从课前预习、课上组织、课后作业和成绩考核四个方面进行策划，总结了实施过程中发现的问题并提出解决方案。

高校教学的特征不只是答疑解惑，更重要的是培养学生应用知识解决实际问题的能力。教学实践表明，基于微课的翻转课堂应用在数字图像处理教学中是可行的，这种新教学模式有助于培养学生独立学习、自主学习和应用知识的能力，有助于提高教学质量。

参考文献

[1]邓立华，谢迎娟，张秀平.“电力工程基础”翻转课堂教学的实施与思考[J].电气电子教学学报，2016，38（5）：10-12.endprint