立體化教學模式在數字圖像處理課程教學中的應用

杜云明　蓋麗娜　劉文科　史慶軍

摘 要：數字圖像處理是現代信息技術的一個重要研究方向，在國民經濟的各個領域有著廣泛的應用。文章對目前數字圖像處理課程教學存在的問題進行剖析，為全面提升學生的學習效果，提出了立體化教學模式的課改思路。通過將教學設計、教學資源、教學方法和實踐手段等有機融合在一起，構建出立體化的教學體系，以滿足學習者全方位立體化的學習需求。實踐表明，采用立體化教學模式優化了教學過程，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：立體化教學 數字圖像處理 課程改革與實踐

中圖分類號：F240

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2016）01-241-03

一、前言

教育部在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2011-2020年）》中提出：“全面實施高等學校本科教學質量與教學改革工程，探索建立以學習者為中心的教學新模式，充分調動學生學習積極性和主動性?！笨梢?，教學模式改革已經被視為提升高等教育教學質量的重要抓手。高校應適應時代發展需求，積極改進教育理念、教育思想和教學手段，著力探索和推進教學模式的轉變。本文以數字圖像處理課程教學為例，探索和實踐利用網絡、計算機技術，將立體化教學設計、立體化教學資源、立體化師生互動、立體化教學方法等有機組合在一起，使教學活動、實踐內容、學習過程、監督管理串聯成一個有機整體并最終使學習者能全方位立體化地進行學習。

二、教學現狀分析

數字圖像處理作為高校信息類專業的核心專業課程，不僅要求學生深諳課程重要原理的內涵，系統掌握專業技術知識，還要求學生能夠通過實驗和實踐環節提升團隊協作精神和動手與創新能力。然而，傳統的教學模式難以兼顧學生夯實理論基礎和提升實踐能力的雙重培養目標。結合筆者多年教學經驗，分析和總結目前課程教學存在問題如下：

1.教學方法與教學手段單一，學生學習熱情不高。課程教學按照傳統教學模式，由教師通過黑板和多媒體課件授課方式，將教學內容單向地灌輸給學生。這種講授式的教學方法不能將復雜抽象的知識準確地傳遞給學生，導致學生無法深入理解原理內涵，難以真正實現知識的轉化和應用。另外教學過程中缺乏互動和交流，學生的問題難以得到及時地解決，久而久之學生喪失了學習的熱情，導致教學演變為教師的獨角戲。

2.教學信息不對稱，導致學生被動參與教學。盡管在授課準備階段，教師對課程目標、教學方法、學習手段和實踐目的等教學環節進行了精心的設計，但由于“教”與“學”之間存在信息的不對稱，導致學生對相關要求沒有清晰的認識，對教師的意圖不夠了解，使得學生只能被動地跟隨教師完成設定的教學任務。

3.實驗內容簡單，實踐能力提高有限。數字圖像處理是一門理論與實踐緊密結合的學科，盡管課程教學中也配置了實驗環節，但由于學時的限制，開設的實驗內容相對簡單，且主要以演示性和驗證性為主，學生參與實驗的熱情不高，影響了學生的創造力和想象力的發揮，動手實踐能力提升十分有限。

4.傳統的課程考核方式，難以全面考查學生能力。以試卷筆試為主的課程考核方式，只能對課程所涉原理、現象、規則等內容進行考查，缺少對知識應用及轉化的實踐技能的考核，學生的成績不能全面反映學生的學習情況。

5.教學評價環節缺失，影響教學評估及整改。教學評價是分析教學質量的重要手段，但傳統教學通常忽略了這個環節。教師無法了解學生及授課過程存在的問題，不能及時得到合理的教學反饋信息，教學評估無法實現，教學優化更是無從下手。

三、立體化教學改革方案設計

針對上述問題，筆者深入研究了立體化教學方法，結合課程特點及學生的實際需求，構建了適應本課程的立體化教學體系，并積極開展了教學改革與探索。

1.立體化教學的基本思想。立體化教學是基于現代教育學理念和現代社會對人才培養的要求，充分利用現代信息技術和教學設施，打破傳統知識灌輸的單一模式，在師生互動交流和生生互動協作基礎上，引導學生通過靜態的、動態的、理論的和實踐的全方位方式和角度，綜合應用多種教學方式，進行自主性、探索式學習，并在師生互動交流和生生互動協作學習中主動而又積極地建構本學科專業知識；實現抽象內容具體化、復雜過程簡單化、教學方式多樣化、教學目標全面化，實現教與學的立體交融。

2.基于立體化教學模式的教學改革方案。在教學過程中打破原有的教師講授，學生被動參與的傳統教學模式，采用立體化教學方法，充分利用現代化信息手段，將教學設計、學習資源、授課方法、師生互動等有機地融合在一起，使教學活動、學習過程、實踐內容、考核評價串為一體，最終滿足學生全方位立體化學習要求。數字圖像處理立體化教學改革方案設計圖如圖1所示。

四、數字圖像處理立體化教學改革實踐

針對傳統教學存在的問題，按照上述教改方案，積極從教學目標、課程資源、教學方法、教學過程、實驗環節、考核方式和教學評價等七個方面進行改革嘗試，經過兩輪教學實踐取得了較好的效果。

1.教學目標全面化。重視教學目標對教學活動的制約和導向作用，結合現代化人才培養要求，重新規劃和制定教學目標。通過探究式學習提升學生自主學習能力，夯實理論基礎和實踐技能的學習。結合學科競賽、科研項目和工程實際，增強學生對理論知識的實際應用與轉化能力。注重教學互動和生生協作，培養學生團隊意識和創新思維。將學習理論知識、提升實踐能力和培養創新意識三者融為一體，構建符合新時期人才培養需求的全面化的教學目標。

2.課程資源立體化。打破傳統教材單一的授課資源的限制，充分利用現代化信息技術手段，構建以多媒體資料和網絡資源為補充的立體化教學信息資源庫。教學過程中以傳統紙質教材為基礎，開展課程教學活動。通過CAI課件、動畫和視頻等流媒體數字資源，深入講解和剖析復雜抽象的概念與理論知識。利用網絡教學平臺突破傳統教學的時空局限，借助其雙向溝通功能，將教材、電子教案、課件和題庫等教學資源融為一體，最大限度地適應學習者的個性化需求，為學生的自主學習提供全方位的資源保障。

3.教學方法多樣化。發揮各種教學方法的優勢，促進理論知識學習和實踐技能的提升。在理論學習階段著重采用多媒體式授課方法，通過圖文并茂和動畫與視頻等演示手段，使教學內容生動化、形象化，抽象知識具體化，加深學生對復雜理論的學習。在知識轉化學習階段采用案例式教學法，通過對具體案例的剖析，增強學生對原理內涵的理解，同時培養他們動手實踐和分析與解決問題的能力。在知識運用提升階段采用任務驅動式教學法，以任務覆蓋知識面，用任務體系牽引和啟發學生對知識的應用，提升學生自主探究學習及實踐創新能力。

4.教學過程互動化。改變傳統單向知識灌輸式的教學過程，增強師生和生生間的交流與互動，激發學生參與教學的積極性和主動性。實際授課中，教師利用適當的教學方法，將課程目標和學習內容轉化為師生和生生間的互動行為。通過采用問答、討論、合作等多種形式，加強師生和生生間的多向互動，及時溝通想法、交換意見。課下師生可以通過網絡互動平臺進行答疑解惑，通過交流及時發現問題、解決問題，共同改進教學過程，提高教學和學習質量。

5.實驗環節多元化。傳統教學由于學時限制，導致實驗內容偏少且過于簡單。改革實踐中，通過增設學時，添加設計性和綜合性實驗題目，構建模塊化實驗體系，調整和優化了實驗學時與實驗內容的配置。同時為便于開展實驗教學，降低學生參與的難度，開發了實驗教學軟件。在驗證演示實驗中，鼓勵學生利用虛擬建模手段進行原理仿真與結果展示。在設計和綜合實驗中，重視學生編程實踐能力的培養，積極倡導多種編程實踐模式。結合科研、項目開發和工程實踐，綜合運用MATLAB、VC++和OpenCV等多種實驗手段。

6.考核方式綜合化。摒棄傳統教學“一人一卷”、“一考定論”的考核方式，注重對學生理論知識和實踐能力的雙重考核，同時加大對學習過程的考核比重。理論考核中，對單元知識測試可通過課程網站采用上機方式完成，綜合知識考核采用傳統的試卷形式完成，兩者成績按一定權重核算占課程考核分數的40%。對實踐能力的評價可采用實驗成果考核、專題報告考核、各類競賽成績評定和參與教師科研等多種形（下轉第246頁）（上接第242頁）式，通過答辯方式完成，此項分數占課程考核分數的40%。另外，設定20%的分數用于對學生參與教學和實踐的態度、方法、創新思維等方面進行考核。

7.教學評價體系化。教學評價是檢驗教學效果、促進教學工作的重要手段，也是傳統教學所忽視的重要收官環節。改革實踐中大力加強評價體系建設，充分發揮學生、同行、領導和專家等評價主體的作用，著重對教學目標、授課方法、實踐手段和學習過程等教學環節進行評價，力爭做到評價指標科學化、評價形式多樣化、評價主體多元化、評價實施全程化。通過客觀、合理的評價反饋，全面了解教師水平、學生狀態和授課效果，為課程的進一步整改和優化提供依據。

五、結論

本文采用的立體化教學模式打破了傳統教學種種弊端對教學活動的制約，通過重設教學目標、拓展教學資源、優化教學過程、加強評價反饋等改革措施，將相對離散的教學活動、實踐內容、學習過程、監督管理串聯成一個有機的整體，從本質上改變了“教”與“學”的關系。實踐結果表明，立體化教學模式有助于調動學生學習的積極性、主動性，改善師生關系，增強團隊協作意識，培養動手實踐及創新能力，是一種切實可行且符合新時期高校人才培養要求的教學模式。

[黑龍江省高等學校教改工程項目“數字圖像處理課程立體化教學模式的研究與實踐”（JG2014011047）；黑龍江省高教綜合改革試點專項項目“地方綜合性高校應用型工科人才培養模式的改革與創新研究”和“基于CDIO的創新型工程人才培養模式研究與實踐”。]

參考文獻：

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[2] 杜云明，蓋麗娜，劉文科.案例教學法在數字圖像處理課程中的應用研究[J].教書育人，2015（8）

[3] 杜云明，郝兵，劉文科.“數字圖像處理”課程任務驅動教學模式的實踐[J].中國電力教育，2013（10）

[4] 杜云明，史慶軍，劉文科，李帥.數字圖像處理實驗教學改革研究[J].價值工程，2015 （33）

（作者單位：佳木斯大學 黑龍江佳木斯 154007）

（第一作者簡介：杜云明，碩士，佳木斯大學信息電子技術學院講師，主要從事高等教育改革研究及信號與信息處理方面的工作；通訊作者簡介：史慶軍，佳木斯大學信息電子技術學院教授。）（責編：賈偉）