計算機科學與技術專業“多媒體技術”課程教學探討

龔聲蓉　王朝暉

摘要:本文結合國家“十一五”規劃教材《多媒體技術應用》,在分析計算機科學與技術專業教學要求的基礎上,探討了計算機科學與技術專業本科生開設“多媒體技術”課程的目的,介紹了該課程應講授的主要內容。同時,結合本人的教學實際,從啟發式教學、案例教學、實踐教學等方面對該課程的教學方法和教學手段進行了探索。

關鍵詞:多媒體技術;啟發式教學;案例教學

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1 “多媒體技術”課程的教學目的

多媒體技術是計算機綜合處理文本、圖形、圖像、音頻、視頻等多種媒體信息,使多種信息建立邏輯連接,集成為一個系統并具有交互性和實時性的嶄新技術。從概念可以看出,它是一門處理文本、圖形、圖像、音頻、視頻等媒體的技術。因此,和計算機圖形學圖像、計算機圖像處理、語音信號處理、數字視頻處理以及動漫處理有著必然的聯系,同時,又和它們有較大區別。多媒體技術是一種迅速發展的綜合性電子信息技術,已滲透到相關領域的方方面面,給人們的工作、生活和娛樂帶來了深刻的變革。作為一種新的信息處理技術,多媒體技術的發展帶動了相關領域的發展,如遠程教育、視頻會議、視頻點播等,并滲透到人類生活的各個領域,發揮著重要作用。許多高校計算機科學和技術以及通信工程等專業也相繼開設了“多媒體技術”課程。

對一般高校而言,計算機科學與技術專業本科培養在業務知識和能力方面的基本要求是較扎實地掌握本專業的基礎知識和基本理論,掌握計算機應用軟、硬件設計、開發和應用等必須的基本技能;了解本專業范圍內科學技術的發展現狀和發展趨勢,具有較強的獲取知識的能力和一定的分析問題、解決問題的能力。因此,計算機科學和技術專業開設多媒體技術既要區別于高職高專院校,又要有別于電子通信類專業。

計算機科學和技術專業開設多媒體技術首先要區別于高職高專院校。

本人在主講“多媒體技術”課程的同時,也從事圖像處理和多媒體技術方面的研究,如圖像、視頻編碼與傳輸,視頻監控,圖像識別等。不少高校學生在報考我院碩士研究生時,往往選擇多媒體技術方向。學生在與我提前聯系及面試時,我經常問他們為什么選報該方向。有些同學回答:他們經常使用Photoshop或Flash軟件進行圖像處理或二維動漫處理。盡管這也是多媒體技術的應用,但顯然與計算機本科對多媒體技術的要求不同。

計算機科學和技術專業開設多媒體技術也要區別于電子通信類專業。

電子通信類專業更多地講授多媒體電路與芯片的設計原理,如壓縮芯片、多媒體計算機的主芯片等。

此外,計算機科學和技術專業多媒體技術的教學既不能對每種媒體處理技術講得太具體,又不能僅僅介紹一些枯燥的概念。

因此,多媒體技術在內容的選取上,應遵循原理與技術、應用相結合的原則,既注重理論、方法和標準的介紹,又兼顧案例分析和具體技術討論。讓學生掌握多媒體技術的核心內容和關鍵技術,為將來進一步深入研究打下基礎。鑒于此,以國家“十一五”規劃教材《多媒體技術應用》為基礎,將多媒體技術的內容分成了三個部分。

基礎部分。系統介紹多媒體技術相關的概念、應用背景、主要內容與核心技術。如視覺媒體和聽覺媒體的獲取、存儲及處理的基本方法;多媒體數據壓縮與編碼技術、多媒體數據處理的技術標準;多媒體系統結構以及設計多媒體系統時涉及的主要軟硬件。

應用部分。為加深學生的理解,該部分結合案例,從文本、圖形、流媒體和信息安全角度介紹了多媒體技術應用及開發實例。包括超文本與超媒體技術、多媒體數據庫技術和虛擬現實技術,流媒體技術以及多媒體信息安全技術等。

多媒體應用開發環境及實例部分。具體介紹如何使用Visual Basic進行多媒體應用軟件設計。

通過上述教學內容,學生不僅掌握了多媒體技術相關的概念、主要內容與核心技術,還通過案例分析,增強學生學習多媒體技術的興趣,提高學生開發多媒體相關軟件的能力。

2教學手段與方法

2.1啟發式教學

目前,高校十分注重本科生創新意識的培養。因此,本科教學中切忌以考試為目的,照本宣科,更不能漫無邊際,讓學生抓不住重點。多媒體技術盡管范圍廣,內容更新快,但是,多媒體技術中的主要媒體,如圖形、圖像、語音、視頻、動畫等并沒有發生變化,獲取、存儲這些信息的基本原理也沒有根本變化,只是處理這些媒體的技術在不斷進步。因此,在多媒體技術的教學過程中,可以以《多媒體技術應用》為主線全面展開教學,做到內容明晰。但同時要做到內容新穎,有一定的深度,對學生有所啟發。為此,可廣泛采用啟發式教學。如可先拋出問題,讓同學們思考,然后由老師逐步解決。在講授“多媒體數據壓縮和編碼技術”一章時,可首先拋出三個問題:為什么“要”對多媒體數據進行編碼?為什么“能”對多媒體數據進行編碼?“怎樣”對多媒體數據進行編碼?然后通過提示讓學生先思考,再逐步解釋謎團。我在某次講授該章時,正值神州飛船飛天成功,傳回了清晰的月球表面照片。為此,我結合這一熱點,在拋出上述三個問題的同時問學生:“一顆衛星圖片大約有多少字節?”同學們開始了熱烈的議論,我適時地給出了一個小的例子讓大家計算:某陸地衛星拍攝的圖像分辨率為2340×3240,共4個波段,采樣精度為7位,按每天30幅計,計算每天的數據量。同學們計算完畢,其實為什么要進行多媒體數據壓縮已經沒必要細講了。接著,我又拋出另一個問題:給一個同樣大小的紙箱,裝同等大小的香皂和洗碗用的海綿,在不損壞的情況下,裝哪種物品多?同學幾乎異口同聲地回答:“海綿。”我進一步引導:“為什么呢?”同學們也很配合地回答:“海綿空隙大”。我接著同學們的話:“對,因為有冗余”。“多媒體數據為什么能壓縮呢,也是因為冗余”。剩下的問題只有“怎樣壓縮”了。然后,接著前面的提示,介紹了多種數據冗余,如空間冗余、時間冗余、結構冗余、知識冗余、視覺冗余等,并進一步分析數據壓縮的原理:實際就是利用各種冗余特性,設計出能盡可能少的冗余的方法。這其實也是本章的重點。這樣一來,本來枯燥且有一定深度的編碼壓縮原理和方法,學生聽起來就很輕松了。

2.2案例教學

教學內容要深入淺出。因此,應加強案例教學,加強案例教學,激發學生興趣。在多媒體技術教學中,一方面在基礎部分增加了“VC++播放聲音的實現”、“BMP文件解析”、“YUV格式的顯示和存儲”等基礎案例,讓學生掌握聲音、圖像和視頻的基本文件格式,會親手實際程序播放這些媒體文件。同時,結合多媒體技術的各個方向,分別增加了“多媒體數據庫技術”、“虛擬現實技術”、“流媒體技術”等章節,其實都是具體案例,此外,通過貼近生活的實例,加深學生對一些難點問題的理解。如在講解音頻編碼部分的子帶編碼時,結合啟發式教學,舉了這樣一個例子:一個可容納三輛車并排行駛(三車道)的高速公路,為什么會分快車道、小型車道、大型車道?同學們進行了認真的思考,并給出了答案:盡可能避免堵車。接著同學們的回答,將音頻傳輸中的通信信道看成是車道,在傳輸的音頻信息看成是車,再進行子帶劃分和編碼,同學們很快就理解了子帶編碼的基本原理,并且印象深刻。

在與不少老師交流時,談起案例教學要盡可能貼近生活,讓學生易于理解。許多老師認為多媒體技術是專業課,更容易舉出貼近生活的案例,但對于專業基礎課,就難于舉出類似的例子。事實上,只要我們認真觀察生活,善于思考教學問題,這樣的例子比比皆是。如我曾講授過操作系統,在虛擬存儲器一章中,有一個概念swap(交換),我就舉到了學生到食堂就餐這樣一件身邊的例子:在一個能容納100人的餐廳,能容納數百人就餐,就好比物理存儲器是100,并沒有得到擴展,但虛擬存儲器卻為數百,其實就是用到了交換的概念。

2.3結合科研,穿插本學科動態

多媒體技術內容多、技術新。要吸引學生的注意力,必須結合教師的科研實際和本學學科的發展現狀,引入學生感興趣的話題,激發他們的學習熱情。因此,在教學過程中,結合筆者的科研方向,介紹了我在北京航空航天大學攻讀博士期間所在的課題組開發的多個多媒體項目以及現在正負責的多個項目等,如采用語音識別技術開發的語音跟讀系統,采用語音合成技術開發的機場航班播報系統合成技術以及采用視頻處理技術的香港邊防視頻監控系統。同時,結合本學學科的發展現狀,分析了嫦娥1號傳輸衛星圖片的基本原理。既提高了學生的學習興趣,又拉近了學生與多媒體技術的距離,使學生不再感到多媒體技術僅僅是新穎的概念介紹和原理的闡述。

2.4實踐教學

由于多媒體技術是一門實踐性很強的課程,因此,實驗是課程設計必不可少的。針對不同的教學對象,可將實驗分為三個層次。第一層次主要側重驗證性實驗,可以音頻、視頻、圖像、動畫等媒體制作工具軟件(如Photoshop、CoolEdit、Premiere、3DMAX等)應用為主,目的是通過這些軟件的運用加深學生對多媒體技術的概念的理解。第二層次主要側重于設計性實驗,以Visual C++和Visual Basic等語言及開發包為主,目的在于掌握圖形、圖像、音頻、視頻、動畫等的簡單處理方法,為進一步開發多媒體應用打下基礎。第三層次主要側重于綜合性實驗,也以Visual C++和Visual Basic等語言及開發包為主,但實驗內容可提升至簡易視頻監控、視頻會議的設計,甚至可擴展至畢業設計。目的是希望學生除了了解多媒體技術的基本概念,掌握各種技術原理外,還將具備初步的應用系統設計能力,能夠直接將所學知識用于工程實踐。此外,實驗不能僅限于學生被動接受,還應盡可能讓學生主動參與。為此,可充分利用課外科技課題,讓學生主動參與到老師的實際課題中。如蘇州大學配合國家大學生課外科技創新計劃、江蘇省大學生實踐創新訓練計劃,廣泛開展了蘇州大學課外科技項目、莙政學者基金等課外科技項目立項。同時,成立了學生開發實驗室,與企業廣泛建立了校外實習基地和創新實驗室,讓學生開展相關課外科技項目開發,理論聯系實際,強化學生實踐能力,拓展學生自主學習能力。如由筆者指導的“道路交通異常檢測與跟蹤”、多媒體技術課程建設小組劉純平老師指導的“基于視頻的汽車車牌自動識別管理系統”分獲國家大學生創新性實驗項目和江蘇省大學生實踐創新訓練計劃立項資助,所指導的大學生在三年級選修多媒體技術課程時,參與到這些課外科技項目中,并在大學四年級上學期就有論文“基于局部熵的CMOS攝像頭疵點檢測”、“基于一次排序的改進Huffman編碼算法”被《計算機工程與應用》和《計算機應用與軟件》錄用。

2.5作業與考核

多媒體技術涉及內容廣、技術新,作為專業課,對這門課程的學習不能僅僅是了解相關概念。因此,在作業布置和考試方式上都要有所改變。結合這門課程的特點,在作業布置時,不能僅僅是書后習題,而應開拓學生的視野。為此,對應每章內容,布置一道大的思考題,要求學生自主查閱數字期刊,以學術論文的形式提交。如針對第一章,可以布置“多媒體技術的現狀與發展趨勢”,針對數字音頻處理,可以布置“數字音頻壓縮技術進展”等。同時,將平時作業、實驗和期末考試計入考試成績。在考試要求中,制定了“想得高分不易,想不及格更不容易”的策略,目的是激勵學生自主學習。讓學生清楚:只要課堂認真聽講、課后認真完成實驗和作業,及格是理所當然的了。但是,要想得高分就要主動學習,下一番真功夫。從歷年的教學活動來看,效果不錯。

3結束語

本文結合筆者多年講授多媒體技術的實際,以筆者主編的國家“十一五”規劃教材為基礎,拋磚引玉,探討了多媒體基礎應用的教學方法。事實上,教學過程中很難做到千篇一律。因此,應結合教師的科研實際和學生的現狀,有針對性地安排多媒體課程的教學任務。

參考文獻:

[1] 龔聲蓉,王林,劉純平,陸建德. 多媒體技術應用[M]. 北京:人民郵電出版社,2008.

[2] 龔聲蓉,楊季文,朱巧明. 多模式校企合作,主動適應IT企業需求[J]. 計算機教育,2006(10):18-20.

[3] 龔聲蓉,楊季文,朱巧明. 強化實踐能力,培養計算機科學與技術專業工程型人才[J]. 計算機教育,2006(2):18-20.

[4] 龔聲蓉,楊季文,朱艷琴. 校企合作,培養IT應用型創新人才[J]. 計算機教育,2008(21):23-28.