中國大學MOOC平臺數字圖像處理在線開放課程的建設與應用

賈永紅，付仲良，孫和利

(武漢大學遙感信息工程學院，湖北 武漢 430079)

數字圖像處理是一門國家精品、國家精品資源共享課，該課程現成為測繪科學與技術、遙感科學與技術等的大類平臺核心課程之一。該課程要求學生掌握數字圖像處理技術的基本概念、原理、算法及其應用，為從事遙感科學與技術、地理信息系統、測繪工程、電信工程、通信、印刷等專業奠定基礎[1]。該課程于2016年9月獲批武漢大學第二批大規模開放在線課程(massive open online course，MOOC)建設名單，制作過程從2017年2月一直持續到2017年10月,2018年2月26日正式在中國大學MOOC發布與應用，第一輪教學選課人數達到10 000多人，非常令人鼓舞，取得了意想不到的教學效果。本文主要介紹數字圖像處理的MOOC建設與應用情況。

1 課程設計與制作

圖1是數字圖像處理MOOC研發、教學實施和教學效果評價的技術路線圖。

MOOC研發中，為了提高學生課程學習的興趣,加深對所學內容的理解，實現數字圖像處理課程教學的高效性，供學生學習使用的教學視頻是最主要的教學資源，是課程建設中的重中之重。還包括教材、課件、作業、章節測試和期終考試等學習資源。視頻制作可選擇在教室(現場或非現場)、專業攝影棚和其他場所錄制。為了保證教學視頻制作質量并減少制作上的瑣事，數字圖像處理教學視頻由MOOC制作公司在專業攝影棚錄制與后期加工，課程團隊專門負責課程設計、PPT制作、腳本編寫、知識點講解和視頻審校，以及其他教學資源建設。

數字圖像處理MOOC設計將10章教學內容拆成了41個知識點。根據任課教師的專長分配授課知識點，各位老師負責搜集整理素材制作PPT，精心編寫好腳本。為了讓學生用盡可能少的時間，實現更多的學習產出，要求各知識點的視頻長度控制在15 min以內，以防止學生出現學習疲憊的情況。腳本準備就緒后聯系MOOC制作公司約定錄制時間。MOOC公司將制作的視頻初稿交老師審校，MOOC制作公司根據審校意見進行編輯，直至復審無誤。

圖1 MOOC研發與應用流程

為了評價MOOC教學實施成效，構建了多層次、多方式的考核體系[2]，設計了線上、線下評價指標。評定學生課程成績的考核內容包括單元測試、平時作業、討論活躍度和期末考試4個部分，采用學生互評和教師評價相結合的形式。總分為100分，其中作業和單元測試分別占15%，課程討論活躍度占10%，期末考試成績占60%。80分及以上為優秀，60分至79分為合格。

學習評測也必不可少。為及時檢查學生對各個知識點的掌握情況，推動學生進階式學習，視頻中需要有測試題庫。在一個片段、一個章節、多個章節完結時，相應測試題庫能及時彈出來供學生回答。只有答案正確后，方可繼續下面的學習。

測試題庫應包括片段測試、章節測試、系統測試，題目類型以選擇題為主，學生可自主評判解答。教師還需給學生布置線下作業。形式以開放主觀試題為主，考查學生應用知識的能力。題型以計算題、思考題、討論題為主。通過此類題目，讓學生思考、深化、拓展視頻所學內容，也便于教師及時了解學生的知識掌握狀況。

單元測試題目以客觀題為主，利用平臺測評的方式及時反饋測評結果，學生可以及時了解自身學習效果，鞏固所學知識，能有效避免“走馬觀花”式的學習。

課后作業以計算題、思考題、討論題為主，讓學生思考、深化、拓展視頻所學內容，考查學生應用知識能力。采用同學互評的方式進行評價，既可培養學生的主動性，又可減少教師工作量。

期末考試由客觀題試卷和主觀題試卷兩部分組成。客觀題覆蓋各章的重要知識點，以選擇題的形式呈現。客觀題試卷分值由機器測評自動生成，大大減少教師閱卷的工作量。主觀題試卷以問答題為主，由教師進行閱卷，主要考查學生對課程基礎理論的理解。每套試卷的題目和選項順序隨機打亂發布給考生，能有效避免作弊現象的發生。

討論區在MOOC建設中顯得尤為重要，因為在討論區中，師生、生生互動交流，不僅學生能夠提出在學習過程中遇到的疑問，參與討論，還可以自由發表對課程、主講教師的看法，這能夠幫助教學團隊發現教學中的問題，進一步完善課程建設。

若學生的綜合成績達到考核分數標準，即可獲得課程合格(優秀)證書。

2 MOOC教學實踐

中國大學MOOC是由愛課程網攜手網易云課堂打造的國內優質的中文MOOC學習平臺。為開展MOOC教學，需將數字圖像處理MOOC資源上傳到中國大學MOOC上。為此先要向學校本科生院提出申請，然后由學校組織專家審核后，再提交給中國大學MOOC運營方。獲批后，中國大學MOOC平臺會提供一個賬號，用賬號登錄，即可上傳課程資源，開展MOOC教學。圖2是中國大學MOOC平臺數字圖像處理視頻教學截圖。

圖2 MOOC教學視頻截圖

MOOC教學與傳統課堂教學的區別之一是在傳統課程中，課堂時間有限，以老師作為主導傳遞知識，學生被動接受知識，缺少自我思考和互相討論的時間。而MOOC平臺提供一個跨越時空的交流環境[3]，通過資源和信息開放及網絡傳播，注冊課程的學習者選課后，按照教學計劃自行規劃學習進度，按照自身意愿和學習情況進行主動選擇，通過互動空間進行網上留言、在線交流、在線答疑和在線測試等多種形式，實現教與學的無障礙交流，讓學習者在學習過程中能夠對學習進展、學習方法進行自我監控、自我反饋和自我調整，提高自主學習和思考的能力[4]。學習者在學習時間支配上更加靈活和彈性，模塊化教學有利于學生利用碎片化時間進行學習[5]。

教師的角色不再是在課堂講授知識和傳授知識，而是讓學生通過網絡觀看相關知識點的視頻，教師通過課程后臺數據和討論區留言了解課學生的學習動態，及時發現課程設置中存在的問題，對學生的學習加以點撥和引導[6]。教師通過測試結果分析學生學習情況，給予個性化的學習反饋和學習資源推薦，并對課程內容設計進行動態調整。

對于在校生，以遙感學院2016級遙感信息工程方向本科生為教學對象，開展了MOOC+翻轉課堂教學實踐。先根據數字圖像處理教學內容在課程中的地位、意義、特點等和教學目標，精心設計教學方案和學習指南供學生自主學習。每次上課會將下次課講述的內容布置給學生，同時將與課程內容相關的視頻、試題、PPT教學內容給學生發布出去，將課堂內容學習轉移到了課前。課前讓學生通過網絡觀看相關知識點的視頻，在上課時，把學生課程學習遇到的問題進行歸納；通過設疑、質疑、交互討論、講解共性難點等形式，教師、同學交流與互動進行問題解答，從而有效幫助學生掌握重點知識，實現知識的“內化”和自身的個性化發展，提高學習效率。

3 課程考核與評價

數字圖像處理課程于2018年2月26日開始第一輪MOOC教學，歷時3個月。根據平臺提供的課程數據顯示，共計10 205人選課，超過傳統的課堂教學規模，體現了MOOC平臺教學學生規模大的特點。207人次參與討論，范圍覆蓋包括對知識點的理解，作業和測試中遇到的問題，實際應用中遇到的困難及對課程設置中存在問題的反饋等。圖3所示是課程選課人數統計圖，從圖3中不難發現課程累計參與人數與選課人數相差不大，而圖4顯示課程中完成作業與考試的人數不多，并隨著學習過程呈梯度式減少。有關研究報告顯示，低完成率是MOOC存在的普遍問題[7-8]。造成這種現象是由多種因素導致的，其中學習的主動性是影響MOOC課程完成率的關鍵要素[9-10]。此外，存在一部分學生僅觀看視頻，選擇符合自身需求的部分學習,而不參與測試與作業。

圖3 課程累計參加人數

在課程學習結束后，將2016級遙感信息工程方向本科生MOOC教學和遙感學院2016級地理國情監測方向本科生采用常規教學的學情進行對比分析，主要從期末考試成績和課程實習兩方面進行教學效果分析。兩個班級采用同一套期末考試試卷，前者比后者平均分值高出15%，不及格率下降50%；按時完成實習優良率高出10%，平均成績高出23%。分析學生成績結果表明，MOOC+翻轉課堂教學改革，能有效激發學生的學習興趣，提高學生的學習自主性和問題解決能力，加深了學生對知識點的理解和掌握程度，從而促進了學生學習成績的提高。

圖4 單元測試、單元作業和考試參與情況

4 結 語

數字圖像處理MOOC建設與應用吸引了大量來自全國各地的學者參與，通過線上教學與混合教學，更多的學生突破教育背景和時空的約束參與到課程學習中，極大地提高了教學規模，MOOC平臺的發展實現了教學資源的共享，加強了師生間的交流互動，提高了學生參與學習的積極性，增強了自我學習和自我管理的能力，有助于教學改革的深化和教學質量的提升。