线上线下混合式一流课程《数字图像处理》的教学研究

杨絮　王宇　安晓峰

摘要：随着人工智能和机器学习的快速发展，数字图像处理技术已成为最流行的信号处理手段。针对传统《数字图像处理》教学一直存在课时少、教学模式单一、学生参与度低等问题，该文借助智能信息技术，结合自组织学学习理念，构建了两形式、三阶段有机结合的线上线下教学模式，制订多元、立体化考核评价方案，激发学生的主观能动性，使学生不仅掌握图像处理的基础知识，而且可以提升应用实践能力。经过2年实践，证明该教学模式是有效的。

关键词：数字图像处理混合式教学模式线上模式线下模式自组织学学习理念

中图分类号：G421文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Teaching Research of Online and Offline Hybrid First-Class Course

Digital Image Processing

YANG Xu1  WANG Yu1  AN Xiaofeng2

（1.Changchun University of Science and Technology; 2.  Jilin Engineering Normal University， Changchun， Jilin  Province，130022  China）

Abstract： With the rapid development of artificial intelligence and machine learning， digital image processing technology has become the most popular means of signal processing. In view of the problems of few class hours， single teaching mode and low student participation in the traditional teaching of Digital Image Processing， with the help of intelligent information technology and the learning concept of self-organization， this paper constructs an online and offline teaching mode with the organic combination of two forms and three stages， and formulates a diversified and three-dimensional assessment and evaluation scheme to stimulate students' subjective initiative， So that students can not only master the basic knowledge of image processing， but also improve their application and practice ability. After two years of practice， it is proved that this teaching mode is effective.

Key Words： Digital image processing; Hybrid teaching mode; Online mode; Offline Mode; Self-organization learning concept

1 《数字图像处理》传统教学模式存在的问题

1.1线下教学模式存在的问题

1.1.1课时少内容多

在大多数高等院校中，《数字图像处理》为专业课，课时较少，但是该课程综合性极强、章节相对分散独立、概念相对抽象[1]。该门课程涉及教学內容也较多，由于时间的原因，教学一般讲解7～8章，主要包括图像的获取和预处理基本运算、图像变换、图像增强、图像复原、图像压缩编码、图像分割、彩色图像处理等，同时还有相对应的实验教学。因此线下教学模式由于课时少导致在课堂上老师专注讲解，和学生互动环节的时间比较少，无法及时得知学生的掌握情况，从而导致学生在课堂上的积极性下降，学习效果不好，教学质量无法得以保证[2]。

1.1.2模式单一

线下教学时，理论知识课堂老师采用PPT讲解的方式进行，学生机械地听讲，完全处于被动的学习状态，尤其对于数字图像处理这种图片分析较多，需要自己动手实践才能深刻理解的课程，这样的教学模式不仅会使课程学习不深入，而且慢慢导致学生失去对课程的兴趣，从而导致学生对知识的消化困难，教学效果不佳。

1.1.3学生参与度低

传统的线下教学模式，教师以课堂讲授为主，学生开始选课时拥有的兴趣随着课程的难度加大逐渐消失，只是被动地机械接受知识，缺乏师生互动环节，导致教学难以持续提高。

1.2线上教学模式存在的问题

2020年疫情期间，课程采取单一的线上教学模式，虽然保证了学生的“停课不停学”，但是线上教学存在着众多弊端。一是学生自制力差、监管不到位;学生存在刷课现象，播放着教学视频同时做其他无关的事情，教师的讲解根本没人听;二是存在客观因素，比如网络可能随时出现问题或者有的同学不具备电脑设备，使用手机进行听课，对于数字图像处理的实验并没有用电脑实际操作，无法将理论知识和实际操作相结合;三是考试无法保证、成绩无法评判;存在各种因素导致考核无法正常公平进行，从而导致成绩评定结果无法保证。

1.3线上线下混合式教学方式

线上线下混合式一流本科课程是一流本科课程建设的重要着力点[3]，同时为了配合工程教育专业认证、“一流本科”教学和“金课”建设的要求，同时弥补传统教学方式的不足，针对数字图像处理课程，利用信息技术，搭建网络教学平台，建设网络教学资源，形成线上线下两种形式相混合的教学模式，实现课前、课中、课后三阶段有机结合的教学内容和教学形式，体现网络教学与实体课堂教学的结合，体现现代化教学手段对教学的促进作用，体现以学生为中心、加强能力培养的理念，达到培养创新型人才、提高教学质量的显著成效。

2 线上线下教学模式的实践过程

《数字图像处理》课程线上线下结合式教学从教师、学生两个角度出发，构建在线学习、课堂学习两种形式，课前、课中、课后三阶段相呼应的教学模式。在线学习借助雨课堂、中国慕课MOOC软件开展教学。使用雨课堂教师可以将自己的教学资料和课后评价等内容发送给学生，同时接收学生的学习情况结果。通过中国慕课MOOC中教学视频扩展学习，例如：学生观看空间域图像增强的学习讲解教学视频自行进行拓展和深入学习。线下课堂学习师生互动式教学，提高课堂的教学质量，学生个性化学习，教师个性化进行指导，提高教学效率。

2.1课前线上学习

2.1.1教师线上活动设计

以培养具有家国情怀的社会主义“新工科”人才为目标，采用将思政教育融入课程教学之中，通过点点滴滴的启迪，打造有温度的课程。因此教师在课前阶段通过雨课堂发布对应章节的教学资源和思政教学内容，引导学生从马克思辩证唯物主义哲学角度理解图像的一般规律和研究方法，增强学生的马克思主义理论自信感[4]。同时教师将本节课的教学任务和课前测试习题下发给学生，引导学生结合所发送的资料进行自组织学习。教师可以通过QQ群反馈学生学习情况，督促学生完成雨课堂任务。

2.1.2学生线上活动设计

课前学生结合自身学习能力选择不同的学习方式，对于学习能力强的同学，可以结合教师所发的资料自主学習，对疑问知识点做出标记，利用网络资源进行自我答疑或者在课堂向教师请教;学习能力相对差点的同学可以协作学习，与同学共同讨论，所有同学完成相应学习任务后参加课前测试，检测自学结果，最后学生带着问题课堂上针对性听课[5]。

2.2课中课堂学习

2.2.1教师课堂讲解

课堂使用传统黑板和电子屏幕相结合，教师理论讲授环节着重核心知识的梳理，以学生为中心，按照OBE（Outcomes-based Education）教学理念，对知识体系进行梳理，编制课程几个章节的思维导图。上课时学生可以按小组坐在一起讨论问题，拓展思维和学习方法，教师讲授完列举出各个小组讨论的问题，实现互动式学习。对每个组不同的疑问教师进行针对化讲解，个性化指导，实现以学生为主体的学习环境。课堂上师生的互动不仅会答疑解惑，还可以锻炼学生的分析问题能力。

2.2.2学生课堂学习

课堂上学生主要结合课前学习时不懂疑问听讲，有针对性的听课，对教师列举的小组问题讨论学习，充分调动了学生学习的积极性，相互帮助学习，同时保证每个学生都能和教师互动。最后以组为单位协作学习，汇报小组学习成果并且整理后通过雨课堂提交测试答案，使老师得到学生知识掌握情况的反馈，及时进行下一步的教学。

2.3课后在线学习

2.3.1教师课后总结

教师在课程结束后，通过中国慕课MOOC平台提供拓展学习资料，如数字图像处理MOOC空间域图像增强教学视频和实体翻转课堂形式，引导学生自主深度学习。最后教师综合学生通过雨课堂反馈得到的总结报告，学生测验后的教学成果等信息反思教学效果，来改进下一次课程的教案设计、资料总结、测试题设计和课外拓展资料难度的选择，结合大数据进行学生学习情况分析，督促学习状况。

2.3.2学生课后反思

首先，学生在听完课程讲解后，绘制出各章节的思维导览图，构建课程知识体系，将知识融会贯通，做到听完课后头脑中有完整的理论体系，为实验实践型学习打下坚固的基础，图1为18级学生绘制课程章节思维导图。

其次，学生对测试结果进行分析，从中反思与总结，仍具有疑问的知识点可以通过QQ群再次反馈给教师进行解答。学有余力的同学利用网络扩展资源进行深度学习，深度理解数字图像处理课程的难点。实验实践课程在课后阶段完成综合性报告，从工程问题中提炼，覆盖数字图像处理课程的主要知识点，完成对知识的综合应用能力的考察。学生课后综合性实验报告如图2所示。

2.4考核评价方案

建立一个合理的成绩测评体系是《数字图像处理》线上线下混合式教学得以成功的保障。由于授课形式多样化，教学重点关注过程的形成性评价，因此考核的主体和手段应该更加多元、立体，包括：平时成绩不再是单一的签到考核，而是为线上线下的每一次学习赋分[5];实验实践中鼓励分组协作，而不再是上交“千篇一律”的实验报告;测试结果不是学习的结束，而是及时反馈给学生，指出其不足之，处力图达到学生实时了解自己对学习内容的掌握情况，作为下一轮学习的起点，充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，从而形成完整的教学闭环。因此，数字图像处理课程的考核方式应该从学生出勤、学习态度、实验成绩和课堂互动积极性综合评价。2018级普通班雨课堂某次测试成绩统计图如图3所示。

3 学习效果分析

数字图像处理课程采用线上线下混合式教学模式比传统教学有明显的优势。经过多年不间断的课程改革和建设，采用实际应用案例引导学习学生开拓了思路，互动式师生学习方式丰富了学生的课堂体验，提高了学生的求知欲和学习的主动性，学生学习成绩和能力有了很大提升，学生从知识目标、能力目标及素质目标等方面全面地掌握各种图像处理和分析的方法，了解图像处理发展方向。

4 学生课程反馈

教师在对学生教学指导、点评分析的同时，也应该接受学生们的监督。学生可以给老师进行留言或者反馈，随时提出合理的建议，对教师上一节课的教学内容和行为提出意见，与老师共同努力使线上线下混合式教学模式更加正规，实现教师教学和学生学习合作进步的最大化，从而提升教师的教学效率和质量，提升学生的学习效果和能力，达到教学相长的目的[6]。因此，我们对2018级学生对数字图像处理课程的教学进行调查研究，其反馈结果如图4所示。

5结语

2020年，教育部提出了“以学习者为中心，基于自组织学习理念构建混合教学模式，通过在线平台自主学习与线下课堂协同学习有机结合”的教学模式改革理念，该文基于这种理念，针对数字图像处理课程，首先分析了传统的单一线上和线下教学模式的不足，提出了一种线上线下混合式教学方案，以学生学习为中心，总结出“任务→模块→系统→创新”的教学体系，辅之以在线学习、翻转课堂等教学模式，實现了由“教”到“学”学习方式的转变，提高了学生的学习积极性及学习效果。同时，借助在线平台的资源丰富性和开放性，教师更容易将数字图像处理的发展动态引入到在线学习和讨论中，人工智能的优越性能以及未来的新颖应用会激发学生主动去探索它的发展历程和背后相关的人文故事，这个过程中教师更容易将辩证思维、爱国情怀和服务社会的责任心等因素融于学生的讨论中，充分发挥该课程的全程育人、全方位育人的思政格局，更加符合全面综合应用型人才的培养。

参考文献

[1] 范春年，马利.“以学生为中心”的数字图像处理课程在线教学设计与实施[J].计算机教育，2021（2）：35-40.

[2] 唐晓芬，郭辉.以创新能力培养为目标的数字图像处理课程教学改革研究[J].计算机教育，2021（8）：112-115，120.

[3] 杨晓宏，郑新，田春雨.线上线下混合式一流本科课程的内涵、建设目标与建设策略[J].现代教育技术，2021，31（9）：104-111.

[4] 王鑫，陶思亮，齐久祥.大学生思想政治教育“新三同”线上线下协同探析[J].思想理论教育，2021（10）：107-111.

[5] 李琛.基于在线开放课程的线上线下混合式“金课”教学应用研究[D].石家庄：河北师范大学，2020.

[6] 程学云，丁卫平，管致锦，等.基于建构主义理论的C++程序设计线上线下混合式金课建设[J].计算机教育，2021（11）：157-161.

作者简介：杨絮（1980—），女，硕士，副教授，研究方向为信号处理。 王宇（1974—），硕士，副教授，研究方向为图像处理。

安晓峰（1970—），男，硕士，副教授，研究方向为信号处理。