基于项目驱动的混合式教学研究与探索——以数字图像处理课程为例

吴红娟

（兰州工业学院，甘肃兰州 730030）

在互联网时代，信息技术快速发展，线上线下混合式的教学模式成为高校教育教学改革的主流趋势。为积极响应一流本科建设，依据学校“高素质、重应用、善创新、强能力”的应用型人才培养体系[1-2]和新工科建设行动计划，课程小组对数字图像处理课程进行了一系列的教学改革，多年来，团队成员潜心钻研，反复打磨，以思政建设为指导，对内容、体系、形式逐步完善，以课程建设带动课堂教学改革，紧跟新技术、新产业、新业态需求[3]，逐渐形成基于成果导向，多元，立体，具有高阶性和创新性的课程教学体系[4]。

1 课程性质及教学目标

数字图像处理是电子信息工程专业的必修课程，具有多学科交叉、理论与实践紧密结合的特征。学生在学习课程后，应具备以下知识、能力水平。（1）理解数字图像处理技术的原理，熟练运用图像处理的基本技术；形成谦虚谨慎，刻苦钻研的学习精神[5]。（2）具备选择和独立设计数字图像处理算法的创新能力。（3）能够综合应用图像处理技术解决复杂工程问题；具备团队合作的科研理念，为今后从事计算机视觉、人工智能等相关领域的研究开发工作和进一步学习奠定良好基础。（4）以前沿的图像处理技术及应用为德育点，激发学生对科学技术的学习兴趣及爱国情怀，培养学生与时俱进、勇于开拓的进取精神。

2 课程教学现状

2020 年，兰州工业学院电子信息工程专业获批省级一流本科专业建设点，数字图像处理作为该专业的核心课之一，应紧扣专业定位，将创新人才培养模式贯穿始终。课程于2011 年开设，目前重点面向电信专业大学三年级学生，人数200 左右，学院为其配备实验箱及软件开发平台100 套，保障实践教学环境；2020 年，将课程核心要素与混合式教学要素有效融合，引入中国大学MOOC、超星尔雅等在线课程，采用“开物云、雨课堂”信息化教学工具，将教学资源通过网络平台实施。2021年，数字图像处理获批兰州工业学院课程思政示范课立项，2022 年，该课程获批校级一流本科课程建设项目立项，同年，面向全校各专业学生开设基于OpenCV 的实用图像处理创新课程，将基于项目驱动式的线上线下混合式教学模式应用于创新型卓越人才培养，取得了良好的教学效果。

3 教学存在的问题

信息技术的快速发展及计算机视觉、人工智能等领域的迅速崛起，使数字图像处理课程的教学面临巨大的挑战[6]，如何在有限的教学环节中提供更深、更广、更前沿的知识，如何培养学生的创新型思维及实践能力，如何使学生适应并符合新的市场需求，如何精准、有效地掌握每位学生的学习动态等，都成为教学改革中需要重点考虑的问题。现将遇到问题汇总如下。

3.1 教学内容固化陈旧，实用性较差

随着传感技术、计算机、人工智能等相关技术的快速发展，数字图像处理领域的新理论和新方法不断产生，目前，教学内容较为固化陈旧，技术方法相对落后，算法实用性较差，缺乏对新技术的介绍，依然局限在人脸识别、道路检测、水印处理等基础阶段；理论与应用技能脱节，学生实践能力无法体现课程培养要求。

3.2 教学模式不灵活，以教师为主体，以线下为主，课堂教学质量需提高

沿用“课堂PPT 讲解+上机实验”的线下教学模式，以教师为主体的教育模式，学生处于被动学习状态，师生交流互动较少，学生课堂学习枯燥无味，难以激发学生的学习兴趣、培养其自主学习能力。

3.3 教学过程重理论、轻实践，知识点分散

实验教学多以验证性或者演示性实验为主，实验内容与实际应用脱节，不利于学生掌握算法的思想和培养学生的创新性思维与解决工程问题的能力。实验多用Matlab 进行编程，Matlab 虽然简单，但是相对Python 仍有许多不足之处。

3.4 评价反馈单调滞后，考核结果存在局限性

传统课堂考核体系相对单一，基本以期末考试和作业、出勤等作为考核标准，考核结果存在一定的局限性和片面性，对于强调理论知识和实践能力密切结合的数字图像处理课程并不适合，学生的创造能力、实操能力、学习能力等无法体现；教师也无法实时准确了解学生的学习动态，无法及时更新教学方法。

4 教学设计

针对教学改革存在的问题，本文以课程特点和培养目标为指导，探讨基于项目驱动的线上线下混合式教学模式，通过对教学内容的优化、线上资源的创建、实践环节和考评体系的改革，实现学生与教师、课堂与课后、线上与线下、理论与实践的新联动，尝试打造具有高阶性、创新性和挑战度的“金课”[7]，也为相关的教学改革与实践提供了借鉴。

4.1 构建应用能力培养的课程体系——基于项目驱动的教学案例设计

以学生发展为中心，在充分考虑兰州工业学院学生认知程度和学习特点的基础上，从他们更易接受的视角出发，重构课程知识体系，重塑教学内容[8]；以实践与应用为主线，打破传统的先理论后实践、先基础后综合的教学模式，以学习者的角度构建学习情境，采用探究式激励教学法，以项目驱动式教学为导向[9]，精选案例，通过抛出问题—引导思考—得出论点—解决问题—归纳总结5 个环节完成项目，将理论知识融入项目中，形成“沉浸式、做中学”的学习模式，变被动为主动，形成有梯度、层次化的教学体系[10]。

4.2 搭建线上线下混合式教学平台——基于智慧平台创建虚拟学习场景

线上教学与传统线下教学各有优势，线下教学更具真实感和仪式感，良好的学习氛围更容易激发学生学习热情，教师也可以在教学活动中实时掌握学生的学习动态；线上教学更具灵活性，它打破了空间和时间的限制[11]，可提供多条知识获取途径，且随着互联网技术的快速发展，信息化教学工具愈加智能化、多样化，大大提高了教与学的效率。结合线上线下各自的特点，本教学设计依托学校“互联网+”教学新生态环境，引入MOOC 优质资源，启用“Rain Classroom + Kaiwu Elerning”信息化教学工具，建设了丰富的线上资源，旨在将两种教学模式融合，利用好线上、线下资源，创设体验式、开放式、共享式的学习情境，从而构建闭环的教学过程。

4.3 以产出为导向，构建科学考评体系

课程考核由过程性和终结性评价构成，多元、全面、可测量。依托信息化教学平台，设计讨论区、答疑区、在线测试、弹幕、问卷调查、作业展等模块，鼓励学生多参与、多思考、多总结，激发学生学习热情；注重过程性管理，以教学评价数据指导教学内容优化、改进教学组织，达到良性循环[12]，见图1。

图1 基于项目驱动的线上线下混合式教学设计

5 教学实施

实施过程主要分三步进行。

（1）课前准备：要求所有学生提前一周线上注册选课，线上学习内容早于课堂教学。学生利用课下时间自主学习。教师使用“Kaiwu Elerning”平台提前向学生发布项目库、在线学习任务和线上习题关闭提醒，并在面授前向学生推送课前预习资料。学生可选择适合自己的题目，以小组或个人形式完成；通过课前自主学习，使学生间知识储备的差距缩小，有利于教师适当提高课堂教学难度。

（2）课堂：借助“Rain Classroom”工具，首先对线上课程中基本知识点进行随堂推送测试，开启“弹幕区”，学生在测试过程中各抒己见，互相答疑，活跃课堂学习氛围，教师以此督促学生线上学习，形成课堂考核数据。然后，教师以项目为主线，分析讨论重难点知识，不定期开展翻转课堂，鼓励学生上讲台，协助完成项目。最后，教师总结知识点，根据学生掌握情况，对线上内容以外的知识进行深入和拓延，并预留思考题，见图2。

图2 “Rain Classroom”教学案例

（3）课后：学生以小组或个人形式将项目完成情况上传至“Kaiwu Elerning”平台，教师及时批阅并给出课后学习建议和指导；设置“讨论区”，学生可随时随地上传学习中遇到的问题、思考，教师随时关注学生学习的整体进度并在线答疑；设置“作业展”，上传优秀作品，作为新的线上学习资源，供学生阅览；针对个别完成情况不理想的学生，进行线下一对一辅导；设置“问卷调查区”，掌握每位学生的学习状态，真正做到每位学生都有所学、有所长[13]。

6 课程教学改革成效

（1）混合式教学初见成效，2019—2020 学年第2 学期引用武汉大学贾永红老师的精品课程数字图像处理，首次尝试使用“开物·云课堂”教学平台，线上成绩包括线上作业和课后练习2 项成绩，2 个试点班的平均分为65.1 分；2020—2021 学年第2 学期引入雨课堂在线教学平台，将线上成绩扩充为随堂测验、作业、讨论、考试4 项内容，2 个试点班的平均分为74.4 分。多维考核强化了学生的过程考核。（2）2021 年，课程获批学校课程思政示范课立项，2022 年，评定为校级一流本科课程建设项目，同年，开设并完成基于OpenCV 的实用图像处理创新课程教学。（3）教师鼓励指导学生参加学科竞赛超过30 项，并先后获国家级、省级、校级奖励超过10 项，见图3、图4。

图3 部分教学案例

图4 教学评价

7 结束语

《光明日报》发表《“停课不停学”该如何教怎么学》的文章，提出“线上教学与线下教学应各司其职，不能把线下的学习复制到线上”，重点强调在“互联网+”的基础上，充分运用智慧教学工具及软件，不断创新教学方法，保证线上线下教学质量[14]；以项目为中心的教学作为当前教育界高度关注的教学方法之一，强调在真实环境中，学习者通过项目式学习主动探索问题和挑战，在此过程中完成对知识与技能的建构与内化[15]。本文对基于项目驱动式的混合式教学模式探索研究，将二者结合，实现现代信息技术与教学的融合，以项目为载体，践行“知行合一”的教学理念，培养德、智、体、美、劳全面发展的社会主义建设者和接班人。