“以學生為中心”的教育理念下“模式識別與計算機視覺”課程教學模式的探討

摘 要：“以學生為中心”的教育理念可以激發學生的學習興趣和學習主動性。中醫藥院校開設的“模式識別與計算機視覺”課程所具備的內容新、實踐要求高、中醫藥與現代技術交叉的學科特點決定了“以學生為中心”的教育理念更適用于本門課程的學習，有利于顯著提升學習效果。基于該理念，本文通過對課程教學模式的探討，思考并設計了知識講授、案例驅動和創新應用相結合的教學設計，以及多元評價和分級拓展的考核評價方式。

關鍵詞：“以學生為中心”；“模式識別與計算機視覺”課程教學模式；考核評價方式

“模式識別與計算機視覺”課程具有高度的專業性和技術性，涉及圖像處理、特征提取、計算機視覺任務等多方面內容。這些內容要求學生不僅要掌握基礎理論知識，還要具備實際操作能力，能夠將理論應用于解決實際問題。在中醫藥院校開設“模式識別與計算機視覺”課程，需要結合中醫藥領域的內容，注重跨學科融合，讓學生能夠實際應用專業知識解決中醫藥領域的問題。而在課程教學過程中，運用“以學生為中心”的教育理念是十分必要的。“以學生為中心”的教育理念強調個性化學習能夠滿足學生的個性化學習需求，激發學生的學習興趣，提高學生的學習主動性。同時，結合實際項目和實驗操作，學生能夠將理論應用于實際操作問題，增強對課程內容的理解和掌握。該理念的實施將有助于提高學生的自主學習和繼續學習的能力，不斷提升學生的知識和技能，也有助于高校培養中醫藥兼現代信息技術領域的復合型人才。

一、“以學生為中心”的教育理念的背景與必要性

高等教育的發展對國家和社會的進步起著至關重要的作用。1995年，羅伯·巴爾（Rob·Barr）和約翰·泰格（John·Tagg）提出高等教育的使命不是單純地教學，而是應該以最好的方式與每個學生一起學習，這也促使了高等教育從“教的范式”到“學的范式”的轉變。［1］1998年，聯合國教科文組織（UNESCO）指出“以學生為中心”的新教育理念必將對高等教育產生深遠的影響。我國高等教育領域也在適應時代的要求，積極推進這一變革。

當前在“模式識別與計算機視覺”課程中，由于知識更新迭代較快，教師往往更關注對學科前沿知識的掌握和傳授，而在教育教學改革方面的探索相對較少。中醫藥院校的“模式識別與計算機視覺”課程通常涉及中醫藥與現代技術的交叉，課程內容豐富多樣。與此同時，學生在該門課程中的學習需求也因個人興趣、文化背景和學習風格而有所不同。因此，本文深入探究了將中醫藥院校“以學生為中心”的教育理念融入“模式識別與計算機視覺”這一前沿課程之中。此教育理念的踐行，旨在深刻洞察并精準對接學生群體的多元化學習需求，激發其學習興趣與內在動力，更致力于創設鼓勵學生獨立思考、勇于實踐、敢于創新的新的學習環境。通過對“以學生為中心”的教育理念在“模式識別與計算機視覺”課程中的探討，中醫藥院校可以建立切實、合理、可行的“以學生為中心”的課堂新模式。這不僅有助于推動課程教學改革，提升課程的質量水平，更能夠培養學生跨領域合作的能力。

二、“以學生為中心”的教育理念下課程教學設計與實施

本文基于“以學生為中心”的教育理念，以中醫藥院校課程專業特色為基礎，探索和構建體系完整的“模式識別與計算機視覺”課程教學新模式。

（一）教學目標的設計

在“模式識別與計算機視覺”課程中，教學目標應注重從知識掌握、技能培養、應用能力、創新能力、團隊合作與溝通能力以及自主學習能力等方面進行設計。

“模式識別與計算機視覺”課程是中醫藥院校面向人工智能專業高年級本科學生開設的專業課程。課程主要介紹模式識別與計算機視覺的基本理論與方法，其中重點涉及圖像分類與分割、目標檢測與跟蹤，以及圖像生成等計算機視覺任務的操作步驟與方法流程。

為了更好地服務中醫藥領域，課程要求學生調研和思考不同視覺任務在中醫藥領域的應用情況。教師通過對中醫藥領域實踐案例和中草藥識別的綜合設計，讓學生熟悉深度學習框架的應用，掌握用Python語言實現視覺處理任務的方法與流程，提升學生分析和解決計算機視覺任務的能力。

在“以學生為中心”的教育理念下，“模式識別與計算機視覺”課程的教學目標設計應注重學生的個性化發展和實踐能力的培養。教學目標應涵蓋從理論基礎到實際應用的全方位知識，可從掌握基本理論與方法、培養設計與開發能力、提升實踐與應用能力三個方面著手，如強調理論與實踐的結合以及評估與反饋的重要性。同時，課程應融入最新的行業發展動態和研究成果，提供多樣化的學習材料并鼓勵學生進行跨學科學習，以滿足中醫藥院校的教學目標和學生的個性化需求，培養學生的創新能力和批判性思維，為學生的未來生活奠定堅實的基礎。

1. 基本理論與方法的掌握

基本理論與方法的掌握旨在確保學生全面理解“模式識別與計算機視覺”課程的核心理論，熟悉模式識別的系統構建方法，以及完成圖像理解與分析的計算機視覺的基本任務，如圖像處理、特征提取、目標分類、目標檢測，圖像生成等［2］；熟悉并能夠實現常用的算法，如K近鄰、支持向量機、神經網絡、卷積神經網絡等；實現計算機視覺任務，了解領域內最新的研究成果和技術進展，如深度學習、遷移學習和生成對抗網絡等在計算機視覺中的應用。教師通過系統的講授理論、編程作業、實驗課程等多種方式進行教學，使學生能夠建立扎實的知識體系，為后續的實踐和應用奠定堅實的基礎。

2. 設計與開發能力的培養

設計與開發能力的培養旨在提高學生使用編程語言實現模式識別與計算機視覺算法的能力。教學重點在于Python語言的使用，并涵蓋TensorFlow、Keras和OpenCV（跨平臺計算機視覺庫）等框架和工具的應用。［3］教師可通過編程作業、在線編程平臺、編程競賽等方式對學生進行訓練，提高學生設計與開發完整計算機視覺系統的能力。這要求學生能夠應用模式識別與計算機視覺的相關理論，關注和理解如何用深度學習等方法解決圖像理解與分析方面的問題。

3. 實踐與應用能力的提升

實踐與應用能力的提升旨在提高學生應用模式識別與計算機視覺技術來解決實際問題的能力，特別是與中醫藥領域相關的問題，如中藥材圖像的分類和中醫診斷圖像的分析。通過案例教學、問題驅動等方式，教師可指導學生進行實驗方案設計、數據采集與處理、結果分析與報告，從而培養學生的創新意識和研究能力，鼓勵自主創新和科研探索。［4］

（二）教學實施過程的設計

為達成“模式識別與計算機視覺”課程的教學目標，教學設計應遵循“以學生為中心”的教育理念［5，6］，探索教育教學方法，從學生主動學習、協作學習和體驗學習等方面強調學生在課程學習中的主體作用。值得注意的是，“以學生為中心”并不僅僅是一種關于學生的課堂體驗與實踐，而是提供一個多維度視角，聚焦師生之間的互動以及所處的學習環境。從這個角度來看，“以學生為中心”并不意味著放棄講授，而是強調要針對不同的內容組織合適的教學模式，強調學生學習的自主性和責任意識。

在“以學生為中心”的教育理念下，教學設計應從學生需求分析、學習目標設置、教學內容設計、教學方法與策略及評估與反饋等方面進行思考。教學設計應了解學生的學習背景和學習動機，設定明確且具個性化的學習目標；應按照由淺入深、循序漸進的原則，選擇與實際應用密切相關的內容，結合中醫藥領域的實際案例與問題，采用講授、討論、案例分析、實驗操作及項目驅動等多樣化和互動性的教學方法，以滿足學生的學習需求；還應重視包括平時作業、實驗報告、項目成果等多元化的過程評估，關注學生的學習態度、參與度和進步情況，全面評估學生的學習效果。在本課程的教學設計中，本文針對課程目標，結合課程內容采用不同的教學設計策略，總體方案如圖1所示。

“以學生為中心”的教育理念下課程教學設計方案

針對基本理論與方法，本課程采用知識講授的方法，但與傳統講授方法相比，“以學生為中心”的教育理念下課程更加注重學生的參與度、學習活動的多樣化設計以及對學生學習過程的考核和評價。知識講授的目的是讓學生學習知識，建立扎實的理論基礎，如圖像分類、圖像分割、目標檢測、圖像生成等基本理論知識。但在這個過程中，教師仍需要設計合理的互動參與方式，鼓勵學生提出問題、分享觀點，并與教師和同學共同進行討論。

“以學生為中心”的教育理念強調從教向學的轉變。［7］在這種教育理念下，教師傳授知識與技能的過程也將更注重對學生參與的引導。案例驅動教學法的引入，可使學生在解決實際問題的過程中學習和掌握知識。這種方法強調學生的主動性和實踐能力，使學生能夠在實際情境中進行學習。結合中醫藥院校特色，本課程可結合“細胞圖像分割”“中醫舌像邊緣檢測”和“糖尿病視網膜圖像病變檢測”等醫學案例，對案例進行逐層分解并融入計算機視覺中的分類、識別、分割、檢測等具體知識和實踐方法，讓學生在解決案例問題的過程中，能夠更好地理解和掌握知識，提高問題分析和解決能力。

創新應用環節則是引導學生完成需求分析、數據準備、模型訓練和測試應用的過程。這種實踐活動使得抽象的理論知識得以具象化，讓學生學會運用所學知識解決具體的問題，并能通過實驗對比分析得出有效的結論。此外，教師可鼓勵學生根據實驗中所反映出的問題進行迭代優化，并進一步思考與創新。這不僅能夠提高學生分析問題的能力，同時還能夠促進其實踐能力和創新思維的提高。

（三）考核與評價的設計

課程考核與評價是課程教學的重要環節。［8］在“以學生為中心”的教育理念下，教師應注重多元化和過程導向的整個學習過程，觀察和評估學生在課堂學習中的積極性，以及學生在實踐中的問題分析和解決能力以及合作與溝通能力等。

考核與評價的設計原則應以學生為中心，運用多元化的考核方式，綜合過程導向評估、個性化評估以及綜合能力等評估方法，包括作業、實驗、項目和考試等，全面評估學生的學習表現。過程導向評估側重關注學生的學習過程和態度，如通過學習日志、階段性評估和自評與互評等手段，持續跟蹤和指導學生的學習發展。個性化評估則關注學生的個人發展需求，根據學生的興趣、能力和學習風格，設計差異化作業和項目。綜合能力的評估注重評價學生的綜合素質和實踐能力，通過實踐項目、團隊合作和綜合素質評價，全面反映學生的綜合能力和發展水平。

為了更全面地評估學生的學習表現，本課程采用多樣化的評價方法，不僅關注學生對知識的掌握情況，還關注學生的學習態度、興趣以及其他能力的發展，更加全面地反映學生的學習情況，體現對學生個性發展的尊重，考核評價項目設定如表1所示。

課程考核與評價由平時過程性考核和期末綜合性考核共同構成。平時過程性考核關注學生日常學習、作業和實驗情況三部分組成。日常學習情況由課堂表現、提問互動和演講匯報構成；作業由調研、思考、練習和拓展構成；實驗則依據目標和內容分為基本任務和遞進任務。為適應不同學生的需求，課程考核與評價采用分級拓展的考核方式。如教師可在實驗中設計基本內容和拓展內容，從而滿足不同層次的學生對于課程的需求，并鼓勵有能力的學生進行更高層次的提升。例如，在圖像分割實驗中，基本任務要求學生能夠完成某類目標的分割與標注，遞進任務則限定分割準確率、MIoU（平均交并比）和F-Score（F值）的要求，更高層次任務則進一步要求關注對小目標的檢測與分割。綜合性考核通過學生分組協作完成綜合設計任務來進行考查，評價根據完成整個設計流程的工程實踐與創新應用能力、實驗報告書寫和成果匯報等方面分別通過組內自評、組間互評和教師評價進行加權評分。這種全過程、多元化的評價方式是根據學生的不同水平進行的差異化考核與評價，既激發了學生的主動性，又滿足了學生個性化的學習需求，進一步體現了“以學生為中心”的教育理念。

三、結語

“以學生為中心”的教育理念，有效促進了學生對“模式識別與計算機視覺”課程的理解，提高了學生的實踐能力，展現了理論聯系實際的教學成效。在后續的教學過程中，教師應繼續秉持“以學生為中心”的教育理念，定期收集相關專家和學生的建議與反饋，不斷優化教學模式，力求教學成效的進一步提升。

持續地改進和創新課程有助于為學生鋪設通往卓越的道路，更助力他們在學術探索和職業發展中取得更大的成就。

參考文獻

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［8］呂雪梅.指向學業質量的作業設計［J］.中國教育學刊，2024（1）：104．