数字图像处理课程在线教学实践

陈淑清 黄淋云

（莆田学院信息工程学院，福建 莆田 351100）

0 引言

近几年来，随着网络技术的发展，涌现了许多在线教学平台和在线交流工具软件，为线上教学工作提供了便利[1-4]。主流的在线教学模式可以分成两大类[5]，一是异步教学模式，需要教师提前准备有关材料或录制教学视频， 再发布教学平台或其他网络平台上，学生可以随时阅读或观看； 另一类是同步教学模式，即在线直播模式，需要教师和学生同时在线。在《数字图像处理》课程在线教学过程中，根据需要穿插使用了这两种教学模式之外，还用到了半同步模式。 本文以《数字图像处理》课程为例，从教学准备、教学过程实施以及教学过程管理和学习成效评价三个方面来总结分析在线教学实践的过程。

1 教学准备

1.1 教学平台和支撑软件的准备

工欲善其事，必先利其器。在整个教学过程中，先后使用了超星平台及其配套的手机应用程序、腾讯会议、QQ、录音录屏软件和视频编辑软件等工具。

首先根据学校现有的资源和课程特点，笔者选择超星平台来组织和管理课程教学过程。这是一个综合性的教学平台，支持资料分发、过程管理、作业发布、在线测试和讨论等多种功能。学生可以通过与其配套的终端手机应用程序“学习通”访问超星平台上的课程资源，完成大部分的课程学习活动，并了解自身的学习进度。

其次，开展线上教学过程中还使用了腾讯QQ 软件和腾讯会议软件。 在过去的在线教学实践过程中，笔者先后接触了超星速课、超星在线直播和超星个人直播间加OBS 推流直播、QQ 群和腾讯会议等线上教学支撑工具。 在经过对比之后， 最终选择了腾讯QQ和腾讯会议。 第一，这两款软件在手机和电脑上都可以使用；第二，使用QQ 群的好处是几乎无需额外安装， 几乎所有学生的手机和电脑上配有QQ 软件，而腾讯会议是非常轻量级的一个软件，无论在手机还是电脑上安装都极其方便；第三，QQ 群可以方便分享资料，可以存储文件，方便学生随时阅读资料，可以作为超星平台的有力补充。 尤其是开学初期，超星平台的系统负荷陡增，系统卡顿、宕机等现象时有发生。

在开课前创建班级QQ 群， 把学生们聚集在一起。QQ 群适用于网络不太畅通的时候，做一些理论课的重点导读。采用这种方法，学生不必同步在线，对手机流量要求低，可以关照到网络不畅的学生，方便他们学习。不足的是，不方便实时互动，如果实时互动的话，信息会比较多，比较乱。

腾讯会议适用于直播授课，使用腾讯会议可以分享桌面，师生随时都可以发言，比较适合实时讲授理论课、演示程序或者课堂讨论。这个软件既视感强，在使用过程中，主讲人可以分享桌面并讲解，其他学生随时可以发言，可以实现无障碍交流。 而且在腾讯会议里需要切换主讲人也很方便，只需当前主讲人停止共享桌面，下一个主讲人就可以开始分享桌面，很适合用于学生小组讨论或主题分享。如果所有学生网络畅通的话，这是一个很好的选择。 如果只是个别学生网络不畅通， 可以把上课过程录屏录音保存下来，然后再分发给学生们。

此外，还需要录屏录音软件、视频编辑软件，其中视频编辑软件是可选的。现在可用的录音录屏软件和视频编辑软件比较多。笔者选择小巧的迅捷录屏录像工具来录屏录音，然后再用喀秋莎（Camtasia）软件进行必要的视频编辑，当然也可以直接使用喀秋莎软件录屏录音并完成视频剪辑。

最后， 还需要一些线下教学也会用到的软件，如文字编辑软件、课件制作软件、图片编辑软件等。文字编辑和课件制作常用软件有微软Office 办公软件或WPS 软件； 图片编辑软件有Windows 系统自带的画图软件或者功能更加齐全的Adobe PhotShop 软件。这些软件可以根据个人习惯选用， 与原来线下教学无异，能够满足课件制作和课程资料编写即可。

1.2 教学资料和素材的准备

提前为学生推荐优质的在线学习资源，笔者在中国大学MOOC 网站上和学习强国上找到了武汉大学国家精品课程《数字图像处理》的教学视频。理论课部分，一般周日之前在超星平台章节模块发放下一周的学习目标和要求，一般包括学习目标、学习内容、计划完学时和测验等。 学习内容部分一般包括课件、推荐资料。值得一提的是，为了知识结构的完整性，一般一次发布一章的内容。

关于实验课部分，教师提前把关于实验目的、内容和要求的讲解以及详细的编程操作过程分段录屏录音，把视频的内容按功能聚类分割，形成几分钟到二十几分钟长度不等的视频。此外，还需要准备一份关于实验目的、内容、要求和简要实验步骤的文档。 准备好素材之后，再在超星平台章节模块提交发放实验目的、内容及简要步骤、实验要求和演示视频等。 同时，在作业模块发放实验作业，方便学生提交实验报告。

每次发放资料之后，使用超星平台的通知功能提醒学生学习，并在QQ 群通知学生。

2 教学过程实施

根据学生的网络情况和课程的内容特征，理论课部分先后穿插采用了两种不同的教学模式，分别是异步教学模式、同步教学模式。此外，有时还辅以半同步模式。 首先介绍异步教学模式和半同步模式，这种方式在开学初期用得比较多，主要考虑部分学生上网条件没有准备好。 教师提前发布每周的学习目标和内容，引导学生错峰学习。另外，除了教师自己组织学习资料之外， 给学生推荐其他平台上现有的优质资源，比如中国大学MOOC 网或学习强国上的慕课。 在课堂上，主要以答疑和在线讨论为主，对于部分重难点，教师采用QQ 群语音、 图片和文字等方式进行重、难点导读，帮助学生梳理重、难点。教师可以先发送语音讲授知识点，然后在必要的时候配上图片，最后再配上文字总结，以免学生们漏听或误听。 需要配图的时候可以打开课件或提前准备好的图片，使用QQ 桌面截图工具，很方便就可以完成截图并粘贴出去。 采用这种模式，需要注意控制消息的发送速度，要考虑在线学生收听的速度，也要考虑网速，以免消息乱序，给学生们带来困扰，教师要及时和学生们互动，了解学生的收听情况。 这种方式兼具同步和异步的特性，笔者把它称为半同步模式，在线的学生可以马上听取教师讲述的内容，有疑问也可以马上反馈。 即便个别学生网络不畅，也可以事后自己补上。 这种方式比较适合单一主题、小量内容的讲述，可以作为异步模式的补充。

其次，同步的教学模式，也叫在线直播模式，这种教学模式要求学生和教师同时在线，需要实时传送视频，比较适合讲授复杂内容和演示程序等，对网络带宽要求较高，在教学中后期，笔者所面向的学生的网络带宽基本上可以满足在线教学的要求，个别学生网络不稳定，如果碰到网络不畅的情况下，教师可以录屏录音然后再分发给学生。笔者在教学实践过程中采用腾讯会议分享桌面的形式，师生在同一个会议室里面，可以实现实时语音互动，既视感比较强，跟线下上课无异。个别学生网络不畅可以委托教师或其他学生录屏录音。

实验课采用异步为主，同步为辅的教学模式。《数字图像处理》 主要是编程实验， 笔者采用OpenCV+QtCreator 开发平台来完成编程实验。学生可以跟着超星平台或者QQ 群发布的文档或者视频资料自行模仿，完成实验。 大多数学生都可以按照视频提示很好地完成实验，还有个别学生在操作过程中会碰到一些问题， 可以在QQ 群或超星平台的讨论模块留言，也可以在实验课堂上提问。 如果遇到个别典型的问题，或者需要强调说明的地方， 可以采用在线直播模式，方便演示操作过程和及时讨论。 实际上，到了后期有些基础比较好的学生，只需要阅读图文版的实验内容及简要步骤基本上就可以独立地完成实验。在超星平台提供了图文版和视频版两种学习资料，学生们可以根据需要选用。 所有资料都可以无限次回看，克服了实验教材短缺的问题。 这种方式深受学生好评。

3 教学过程管理和学习成效评价

首先考虑考勤管理。 因为学生的自觉性有限，在没有督促的情况下，许多学生无法做到按计划完成任务。 所以，教师和学生仍然需要按照课程表参与课堂学习活动。每次课前教师都采用超星平台发布课堂签到活动了解学生的到课情况。对于没有及时签到的学生，可以在QQ 群上追问，或请学生帮忙联系一下，看看没有签到的学生到底有什么困难，为什么不能来上课。 此外，在课堂中间，可以适时穿插问卷调查，内容可以是简单的课堂问答，以问卷的形式发出来，可以根据答卷的情况，了解有多少学生在线，有没有学生中间脱逃。 在超星平台，签到活动和问卷等活动都可以统计分析。

在超星平台发布章节资料的时候， 插入章节测验，帮助学生及时了解自身的学习情况。 通过超星平台可以查看学生的章节学习进度和章节测验完成情况，对于没有跟上计划进度的学生，通过超星平台上的教学预警功能发送手机短信提醒学生；也可以把全班学生的学习进度分析截图发在QQ 群上，学生们在了解自己的同时也可以了解其他学生的学习进度，对进度慢的学生形成压力，有利于学生们见贤思齐。 对于个别学习进度特别慢的学生，通过QQ 小窗私下委婉询问是否学习上遇到什么困难。

为了调动学生学习的积极性，在课程中期安排了专题任务。 给学生一个主题，然后学生们分成3～5 个人一组，共同完成一个图像处理问题，比如七巧板识别或红眼去除。 要求学生们在小组内部先讨论，然后在实验课堂上分享成果。通过专题讨论学生可以检验自身的学习成效，还可以锻炼团队协作能力，同时还可以体验在线上分享的乐趣。

笔者从章节资料的学习进度、测验结果、课堂签到、课堂问卷、专题任务的完成情况和实验报告等几个方面来评估学生的平时表现和学习效果。这些只能作为平时成绩，占课程总评成绩的50%。 因为目前没有完善的线上考试监考系统，没有办法保证考试结果的公平性和有效性，所以课程期末考试采用线下笔试的形式举行。

4 结语

使用超星平台及其配套的学习通手机应用程序、QQ 群和腾讯会议基本上足以满足理论和软件类课程的在线教学要求。在线教学方式倒逼教师必须准备更多可重复利用的学习资料以及更多地提供课后答疑，对编程实践类的课程， 线上学习体验不一定比线下差，甚至可能更好。 最大的问题是不好掌握自觉性差的学生的学习过程，难以客观有效地评价学生基本理论、基本知识的学习成效。 关于线上学习质量的保障和学习成效的评价方式有待于进一步探索。