慕課背景下《遙感數(shù)字圖像處理》混合式教學(xué)實(shí)踐探索

王小美，張明媚

（山西能源學(xué)院，山西晉中 030060）

遙感技術(shù)作為一種觀測(cè)手段，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防事業(yè)發(fā)展有著不可或缺的作用[1-2]。遙感圖像已不僅僅是科學(xué)研究和工程設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)，隨著數(shù)字地圖、衛(wèi)星影像地圖的廣泛使用，已成為普通人生活的一部分[3]。遙感技術(shù)的一個(gè)核心內(nèi)容就是進(jìn)行遙感數(shù)字圖像處理。遙感數(shù)字圖像處理是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的交叉學(xué)科，遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)的興起和發(fā)展，為人們進(jìn)行土地資源開發(fā)、研究環(huán)境狀況、研究全球變化提供了新的認(rèn)識(shí)途徑[4]。該課程授課質(zhì)量的好壞，直接影響學(xué)生處理和應(yīng)用遙感圖像的能力，如何保證和提高數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)質(zhì)量是值得認(rèn)真思考的問題[5]。隨著教育信息化的發(fā)展，多種教育資源涌現(xiàn)，知識(shí)獲取的渠道多樣，而且網(wǎng)絡(luò)上優(yōu)質(zhì)的慕課資源，給了學(xué)生更多的學(xué)習(xí)選擇。針對(duì)當(dāng)代大學(xué)生喜歡上網(wǎng)、玩手機(jī)、思想獨(dú)立的個(gè)性特點(diǎn)，采用基于慕課的線上線下混合式教學(xué)，可推動(dòng)課程的教學(xué)改革，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性[6]。

1 課程現(xiàn)狀及存在問題

《遙感數(shù)字圖像處理》是遙感原理與應(yīng)用課程的后續(xù)課程，本課程的重點(diǎn)在圖像處理，主要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行圖像處理的能力和利用相關(guān)地學(xué)知識(shí)結(jié)合遙感圖像進(jìn)行圖像分析的能力。經(jīng)過前幾次教學(xué)和2019版新的人才培養(yǎng)方案實(shí)施，目前該課程主要存在以下問題：

（1）本課程相對(duì)較難，課程內(nèi)容較多，但課時(shí)比較少。課程總課時(shí)24 個(gè)，分為12 個(gè)理論教學(xué)課時(shí)，12個(gè)實(shí)踐教學(xué)課時(shí)。本課程的先導(dǎo)課是《遙感原理與應(yīng)用》，學(xué)生對(duì)遙感的基本原理和基礎(chǔ)的圖像處理方法有了一定的基礎(chǔ)。但12 個(gè)理論課時(shí)對(duì)于傳授8 章內(nèi)容稍顯不足，因此如何在有限的時(shí)間里把大綱要求的內(nèi)容傳授給學(xué)生是本次教學(xué)重點(diǎn)改革的內(nèi)容。

（2）遙感技術(shù)發(fā)展飛速，但教材的內(nèi)容具有滯后性，且偏理論性，使得部分學(xué)生對(duì)遙感前沿技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用關(guān)注不夠，不利于學(xué)生的就業(yè)和進(jìn)一步深造，因此需要在實(shí)踐課程里增加實(shí)際應(yīng)用內(nèi)容，這就要求學(xué)生要有更多的實(shí)踐練習(xí)時(shí)間和自主解決問題的能力。

2 慕課背景下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)思路

慕課（MOOCs，Massive Open Online Courses）是一種大規(guī)模開放式的線上課程[7]，是一種利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)課程，是對(duì)傳統(tǒng)教育的改革和創(chuàng)新[8]。慕課作為教育信息化的新生教學(xué)模式，能夠提升資源質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享[9]。慕課的出現(xiàn)能使學(xué)生共享到全國(guó)乃至全球的優(yōu)質(zhì)教育資源，學(xué)生可以反復(fù)觀看課程，更有利于理解所學(xué)內(nèi)容，但慕課的缺點(diǎn)是缺少師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)效果的好壞全靠學(xué)生的自覺[10-11]。因此除了慕課的學(xué)習(xí)外，線下教學(xué)仍是必不可少的環(huán)節(jié)。

線下教學(xué)采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂的核心是顛倒傳統(tǒng)教學(xué)中知識(shí)傳遞與內(nèi)化過程[12]。學(xué)生通過在課前觀看教學(xué)視頻學(xué)習(xí)新知識(shí)以完成知識(shí)傳遞，教師在課上引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行協(xié)作探究，以達(dá)到知識(shí)的遷移和內(nèi)化[13]。翻轉(zhuǎn)課堂相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，教師由原來的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者，課堂上師生之間的互動(dòng)較多，且以學(xué)生為主，有利于培養(yǎng)學(xué)生小組協(xié)作能力，以學(xué)生為主的教學(xué)體驗(yàn)更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力[14]。

慕課加翻轉(zhuǎn)課堂的線上線下混合式教學(xué)可使學(xué)生獲得更多的教學(xué)資源。該教學(xué)模式可以分為課前學(xué)習(xí)、課上討論與講解、課后復(fù)習(xí)3 個(gè)部分。教師和學(xué)生利用慕課和線上教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行線上學(xué)習(xí)和交流，線下課堂利用翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生為主體進(jìn)行教學(xué)；課后利用線上教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行復(fù)習(xí)和答題。該模式具體內(nèi)容見圖1。

圖1 教學(xué)模式設(shè)計(jì)示意圖

3 課程改革實(shí)施方案

3.1 教學(xué)改革設(shè)計(jì)思路

《遙感數(shù)字圖像處理》課程線上學(xué)習(xí)資源為中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)的國(guó)家精品課程——南京師范大學(xué)韋玉春教師的《遙感數(shù)字圖像處理》，線上教學(xué)平臺(tái)為超星學(xué)習(xí)通。但慕課資源缺少實(shí)踐教學(xué)視頻，需要重點(diǎn)對(duì)實(shí)踐課程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

本課程實(shí)踐內(nèi)容主要為遙感數(shù)字圖像的處理與應(yīng)用，以ENVI 為主要實(shí)習(xí)軟件，結(jié)合課程大綱，將實(shí)踐內(nèi)容分為6 個(gè)內(nèi)容，14 個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)錄制時(shí)長(zhǎng)不超過15min。視頻錄制會(huì)根據(jù)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的難易程度，采用不同的錄制方式，較簡(jiǎn)單的知識(shí)，介紹此方法的應(yīng)用目的和要用到的菜單，較難的內(nèi)容，除了上述內(nèi)容外，還會(huì)錄制具體的操作過程。實(shí)踐視頻內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)用數(shù)據(jù)都上傳到超星學(xué)習(xí)通，學(xué)生在課前通過在線觀看視頻和指導(dǎo)書進(jìn)行練習(xí)。課堂上教師主要為一對(duì)一指導(dǎo)，針對(duì)某個(gè)學(xué)生遇到的問題具體指導(dǎo)，這樣學(xué)生有更多的時(shí)間思考和練習(xí)，有利于提高學(xué)生的操作技能和自主學(xué)習(xí)能力。

根據(jù)混合式教學(xué)的特點(diǎn)，課程考核也進(jìn)行了改革，減少了考試成績(jī)的比例（降至60%），提高了平時(shí)學(xué)習(xí)情況的成績(jī)（提高為40%）。平時(shí)成績(jī)包括線上學(xué)習(xí)成績(jī)、課堂小組討論成績(jī)、課后測(cè)驗(yàn)/作業(yè)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、小組互評(píng)組成，這樣能更真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.2 教學(xué)改革實(shí)施情況

（1）課前在線學(xué)習(xí)。

開課前在超星學(xué)習(xí)通建立課程班級(jí)群和課程平臺(tái)，教師把教學(xué)資源在發(fā)布到學(xué)習(xí)通里，主要包括課程大綱、教學(xué)用PPT、章節(jié)測(cè)試題、自己錄制的知識(shí)點(diǎn)微課視頻、優(yōu)質(zhì)慕課資源等。教師每次課前在學(xué)習(xí)通上發(fā)布課程公告，布置學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生根據(jù)教師發(fā)布的學(xué)習(xí)要求進(jìn)行自學(xué)自測(cè)，并可以通過教學(xué)平臺(tái)、微信、QQ 等進(jìn)行課前答疑。

（2）翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。

教師收集學(xué)生在慕課學(xué)習(xí)中遇到的困難，并根據(jù)學(xué)生自測(cè)情況，設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，課堂上師生可以直接進(jìn)行互動(dòng)，面對(duì)面交流，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效傳遞。主要教學(xué)環(huán)節(jié)包括：

課堂開始前利用學(xué)習(xí)通進(jìn)行課前簽到，教師在學(xué)習(xí)通里查看學(xué)生的到課情況。

課堂上教師先提出一個(gè)能代表本節(jié)課主要內(nèi)容的問題讓大家分組討論，例如“圖像濾波”這一章，提出問題“圖像在空間域和頻率域?yàn)V波有什么聯(lián)系與區(qū)別？”學(xué)生分組討論后，每個(gè)小組代表進(jìn)行發(fā)言，教師根據(jù)學(xué)生討論結(jié)果檢測(cè)對(duì)本章內(nèi)容的掌握情況。

教師先就本節(jié)內(nèi)容梳理知識(shí)點(diǎn)，可以利用PPT 展現(xiàn)或者在黑板上繪制思維導(dǎo)圖，這樣更有利于學(xué)生對(duì)整個(gè)章節(jié)內(nèi)容的掌握；然后再根據(jù)學(xué)生前面環(huán)節(jié)的討論情況，進(jìn)行本章重難點(diǎn)的講解。例如在“圖像濾波”這一章，教師先梳理圖像濾波的兩大類方法：空間域?yàn)V波和頻率域?yàn)V波，然后再分別梳理這兩類方法下面具體的濾波方法，并總結(jié)每種濾波方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用情況，最后再對(duì)重難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解。通過知識(shí)點(diǎn)梳理環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)本章內(nèi)容了解得更加清楚，理解得更加透徹。為防止課堂上學(xué)生走神，可以在講解過程中穿插提問、移動(dòng)平臺(tái)小測(cè)驗(yàn)、頭腦風(fēng)暴等互動(dòng)環(huán)節(jié)。這些內(nèi)容提前在學(xué)習(xí)通設(shè)計(jì)好，課堂上通過舉手、搶答、搖一搖選人等多種方式鼓勵(lì)學(xué)生積極互動(dòng)。

最后進(jìn)行線上隨堂測(cè)驗(yàn)，主要考查學(xué)生對(duì)本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，并根據(jù)測(cè)驗(yàn)情況安排課后復(fù)習(xí)內(nèi)容。

（3）課后復(fù)習(xí)鞏固。

教師課后利用線上平臺(tái)進(jìn)行線上討論、線上答疑和作業(yè)布置與批閱。具體包括：①教師根據(jù)課堂學(xué)習(xí)效果和測(cè)驗(yàn)，錄制易錯(cuò)點(diǎn)微課上傳到教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)，但微課的內(nèi)容不做強(qiáng)制學(xué)習(xí)，只是供學(xué)生復(fù)習(xí)用。②教師在學(xué)習(xí)通平臺(tái)上發(fā)布以任務(wù)為導(dǎo)向的討論話題，以檢測(cè)學(xué)生利用理論知識(shí)解決問題的能力。例如，給出一幅含有噪聲的遙感影像，讓學(xué)生選擇合適的濾波方法進(jìn)行去噪處理，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將結(jié)果上傳到學(xué)習(xí)通。③學(xué)生可以借助社交軟件或者直接在學(xué)習(xí)通給教師留言，教師隨時(shí)答疑。這樣的安排，提升了課堂教學(xué)效果，使學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)思考，學(xué)會(huì)解決問題。

3.3 實(shí)施效果與反思

慕課與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的混合式教學(xué)應(yīng)用到測(cè)繪2019 級(jí)《遙感數(shù)字圖像處理》課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情明顯高于往屆學(xué)生，自主思考能力也得到了提高，教學(xué)滿意度由之前的90%提高到了94.3%，實(shí)踐動(dòng)手能力也得到了提高，學(xué)生非常認(rèn)可混合式的教學(xué)模式。

經(jīng)過實(shí)踐也發(fā)現(xiàn)一些問題：①有的學(xué)生自覺性不夠，課前的學(xué)習(xí)視頻沒有認(rèn)真觀看，影響課堂效果。下一步會(huì)逐步完善混合式教學(xué)線上學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)定。②小組討論容易時(shí)間過長(zhǎng)，影響了教學(xué)進(jìn)度，這就要求教師控制好課堂的節(jié)奏。今后的教學(xué)中仍要不斷反思和改進(jìn)，以獲得更好的教學(xué)效果。

4 結(jié)語

慕課與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合可以有效解決《遙感數(shù)字圖像處理》課程內(nèi)容較多、課時(shí)少這一問題，能有效提高課堂效率。慕課學(xué)習(xí)充分利用了互聯(lián)網(wǎng)教育資源，可以使學(xué)生足不出戶就享受到更優(yōu)質(zhì)的教育資源，翻轉(zhuǎn)課堂轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的教學(xué)課堂，實(shí)現(xiàn)了以教師為主導(dǎo)向?qū)W生自主學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。慕課的自主學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂，都以學(xué)生為中心，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力和解決問題的能力，教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式。