基于AIGC的OpenCV圖像處理與應用課程教學模式探索

關(guān)鍵詞：AIGC；大語言模型；OpenCV圖像處理與應用；計算機視覺；教學改革；深度學習

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）36-0161-04 開放科學（資源服務(wù)） 標識碼（OSID） ：

1 概述

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，計算機視覺技術(shù)在眾多行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。OpenCV作為一個開源計算機視覺庫，在圖像處理、圖像識別、目標檢測等領(lǐng)域得到了廣泛應用。然而，傳統(tǒng)的OpenCV圖像處理與應用課程教學面臨一些挑戰(zhàn)，例如教學方式單一、教學案例缺乏吸引力、學生學習效果不理想等。為應對這些挑戰(zhàn)，探索新的技術(shù)和方法，推動課程教學改革，提升教學質(zhì)量勢在必行。

AIGC（AI Generated Content，即人工智能生成內(nèi)容） 是指利用人工智能技術(shù)自動或輔助生成文字、圖像、視頻、代碼等內(nèi)容。AIGC目前已廣泛應用于寫作助手、AI繪畫、對話機器人、數(shù)字人等產(chǎn)品，實現(xiàn)了文本生成、圖像生成、音視頻創(chuàng)作與生成、電影與游戲、科研與創(chuàng)新、代碼生成、內(nèi)容理解與分析等領(lǐng)域的應用[1]。作為人工智能領(lǐng)域的前沿技術(shù)，AIGC正在以前所未有的速度改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞健?chuàng)意過程和日常生活[2]。

將AIGC應用于OpenCV課程可以有效解決傳統(tǒng)課程教學中存在的問題，通過豐富教學手段、提升教學案例的吸引力和趣味性、增強學生的學習效果，推動課程改革。AIGC作為人工智能新技術(shù)，對于高職教育的課程改革具有重要意義。

1.1 高職技能人才培養(yǎng)過程中遇到的困難和挑戰(zhàn)

1） 教學方法：高職的教學中存在教學模式過于傳統(tǒng)的問題，傳統(tǒng)的教學方法往往側(cè)重理論傳授和技能訓練，忽視了對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]。

2） 教學內(nèi)容：計算機視覺領(lǐng)域技術(shù)更新迅速，由于教學內(nèi)容的滯后，課程內(nèi)容經(jīng)常跟不上行業(yè)發(fā)展趨勢，學生所學技能往往達不到企業(yè)的要求。

3） 教學資源：傳統(tǒng)的OpenCV課程設(shè)置過于注重理論教學，或者內(nèi)容講解偏向于知識點，而沒有形成綜合性的應用，缺乏企業(yè)真實項目的培養(yǎng)和真實應用場景項目的開發(fā)，導致學生只能掌握片面的知識點，而缺乏實際的項目開發(fā)能力。

4） 學生特點：高職學生來源于不同層次，不同層次的學生學習能力不同，統(tǒng)一的課程設(shè)置難以滿足學生個性化學習需求。

1.2 AIGC 助力教學改革

在高職專業(yè)課程教學中，可以通過引入AIGC從以下幾個方面促進教學改革：

1） 豐富教學手段，提高學生學習興趣。通過AIGC 實現(xiàn)虛擬實驗室、互動式教學等新型教學方式，增強課堂趣味性。例如，在OpenCV課程中，教師講解完“讀取和播放視頻”知識點后布置練習，學生在完成過程中若代碼出錯，可隨時借助AIGC解決問題。AIGC幫助學生快速掌握知識點，提升學習興趣；同時，作為助教工具，AIGC減輕教師工作量，提高課堂效率。

2） 更新課程內(nèi)容，緊跟行業(yè)發(fā)展。AIGC可快速獲取最新計算機視覺技術(shù)和發(fā)展動態(tài)，為課程內(nèi)容提供實時更新，確保教學內(nèi)容與行業(yè)需求同步。

3） 強化實踐教學，提高學生動手能力。通過AIGC設(shè)計實驗項目，將實際項目作為課程案例，提升學生實踐能力。例如，利用AIGC設(shè)計“花卉識別系統(tǒng)”或“動物識別系統(tǒng)”綜合項目，提供代碼及數(shù)據(jù)集網(wǎng)址，學生可修改完善代碼，進一步提升項目開發(fā)能力和代碼編寫水平。

4） 實現(xiàn)個性化學習，滿足不同學生的學習需求。AIGC根據(jù)學生的學習進度、興趣和能力，提供個性化學習資源和輔導，滿足不同層次學生的需求。

2 AIGC 在OpenCV 圖像處理與應用課程教學中的應用

2022年以來，隨著ChatGPT、Bard、文心一言、智譜清言、通義千問、訊飛星火等大語言模型的不斷涌現(xiàn)，教育領(lǐng)域可能成為ChatGPT等大語言模型最直接的落地場景。大語言模型已經(jīng)能夠深入理解并適應不同教學場景，在多類場景中為教師及學生提供精準而個性化的幫助，推動教育主體、教育模式、教育內(nèi)容發(fā)生范式變革。AIGC作為大語言模型技術(shù)的一種應用，可以助力OpenCV圖像處理與應用課程進行教學改革，如對課程內(nèi)容進行快速更新，有效促進課程的實踐，并幫助教師調(diào)整教學方法等。

2.1 AIGC對OpenCV圖像處理與應用課程教學的影響

AIGC技術(shù)的引入對OpenCV圖像處理與應用課程教學具有顯著影響[4]，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1） 課程內(nèi)容的更新：傳統(tǒng)OpenCV課程側(cè)重基礎(chǔ)圖像處理技術(shù)，如邊緣檢測、特征提取、圖像濾波等，但這些內(nèi)容已不足以滿足行業(yè)需求。引入AIGC技術(shù)后，課程內(nèi)容可擴展到機器學習、深度學習、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN） 等高級主題，幫助學生掌握最新技術(shù)并培養(yǎng)創(chuàng)新能力和解決復雜問題的能力。

2） 實驗和項目的改進：AIGC技術(shù)使實驗和項目更貼近實際工業(yè)應用。例如，學生可利用預訓練深度學習模型進行圖像分類和目標檢測，教師可設(shè)計更豐富的實驗案例，如花卉識別或醫(yī)療影像識別項目。這些項目不僅提高學生興趣，還能增強其解決實際問題的能力。

3） 教學方法的調(diào)整：教師可利用AIGC技術(shù)備課，設(shè)計課程大綱、活動安排及問題任務(wù)。高職課堂注重教學做一體化，可針對每章節(jié)設(shè)計項目任務(wù)，讓學生通過AIGC學習知識點并完成任務(wù)。同時，AIGC技術(shù)支持個性化教學，通過分析學生數(shù)據(jù)，為其提供定制化學習路徑和資源，滿足不同學生需求，提高學習效果與滿意度。

4） 學習評價的變革：AIGC技術(shù)引入了基于學習過程的實時評價。通過分析學生互動、討論及項目完成情況，AIGC可以更全面、客觀地評價學生學習成果，超越傳統(tǒng)依賴考試和作業(yè)的評價方式。

5） 教師角色的轉(zhuǎn)變：在AIGC支持下，教師從知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W習引導者和促進者，成為學生學習的輔導者和伙伴。這要求教師需要不斷提升自身專業(yè)技能，以更好地利用AIGC技術(shù)服務(wù)教學。

總之，AIGC技術(shù)在OpenCV課程教學中的應用，不僅豐富了課程內(nèi)容，改進了實驗和項目，調(diào)整了教學方法，還促進了學習評價的變革和教師角色的轉(zhuǎn)變，從而提升教學質(zhì)量，培養(yǎng)適應新時代需求的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。然而，AIGC技術(shù)也存在局限性，如生成內(nèi)容的準確性問題及對學生自主學習能力和批判性思維的潛在影響。因此，教師應合理利用AIGC 技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)教學方法，以實現(xiàn)最佳教學效果。

2.2 AIGC 在OpenCV 圖像處理與應用課程教學中的實施過程

自2023年以來，我國AI領(lǐng)域發(fā)展迅猛，AI大模型如雨后春筍般涌現(xiàn)。其中，智譜清言和文心一言作為杰出代表，展現(xiàn)了獨特魅力和巨大潛力。

智譜清言由清華大學與智譜AI聯(lián)合研發(fā)，基于千億級語料庫，具備強大的語言理解和生成能力，可輕松應對文本生成、分類、機器翻譯、情感分析等任務(wù)。不僅在國內(nèi)外評測中名列前茅，還在特定任務(wù)上取得世界領(lǐng)先成績。例如，生成高質(zhì)量文章、摘要，準確分類主題和情感，翻譯流暢自然的譯文。其新一代基座大模型GLM-4性能顯著提升，接近業(yè)界領(lǐng)先的GPT-4。

百度推出的文心一言同樣表現(xiàn)卓越。作為知識增強型大語言模型，它在寫作、文案創(chuàng)意、問答、代碼等領(lǐng)域展現(xiàn)了強大能力，尤其在中文語境中表現(xiàn)突出。其豐富的插件商城（如PPT助手、長文檔摘要問答、學術(shù)檢索助手、思維導圖等） 極大拓展了應用范圍。文心一言4.0版本在理解、生成、邏輯、記憶四大能力上均有顯著提升，尤其邏輯和記憶能力的提升幅度遠超理解和生成能力。

在OpenCV教學中，我們主要采用國內(nèi)表現(xiàn)優(yōu)秀的智譜清言和文心一言進行教學改革。以O(shè)penCV深度學習模塊DNN的教學為例，使用智譜清言演示教學實施過程，并通過AiPPT（https：//www.aippt.cn/） 生成DNN模塊的PPT。

目前，國內(nèi)基于AI大模型技術(shù)的PPT制作工具主要包括AiPPT、訊飛智文、清言PPT、文心一言的PPT 助手等，表1總結(jié)了它們的不同特點。

AiPPT作為PPT制作工具，具有智能排版、豐富模板、在線編輯、易操作、云存儲等優(yōu)點，同時提供大量圖表、圖片、圖標等設(shè)計資源，制作的PPT美觀實用，易于修改，非常適合教學使用。因此，本課程教學中采用AiPPT作為PPT制作工具。

下面從課前備課、課中教學和課后拓展三個階段介紹整個實施過程：

1） 課前備課階段

① 生成教學大綱

首先，打開智譜清言網(wǎng)站，輸入提示詞：“請生成OpenCV圖像處理與應用課程的深度學習模塊DNN 章節(jié)的教學大綱”。系統(tǒng)會生成如圖1所示的內(nèi)容。可以多次提問，選擇最符合需求的教學大綱。

② 生成PPT

將生成的教學大綱內(nèi)容復制并修改，使其更符合教學需求，然后保存為.txt文件。接著，打開AiPPT網(wǎng)站，選擇“導入本地大綱”，將保存的大綱.txt文件導入。

導入后，AiPPT會根據(jù)教學大綱生成對應的PPT （見圖2） 。在生成過程中，可以對大綱目錄進行進一步修改（見圖3） ，然后選擇合適的模板（見圖4） 。完成模板選擇后，點擊“生成PPT”，系統(tǒng)會自動生成與大綱內(nèi)容一致的PPT。

生成后，可以預覽PPT內(nèi)容，并根據(jù)需要進一步編輯（見圖5） 。確認無誤后，PPT可下載保存或直接分享，用于課堂教學。

③ 設(shè)計課程案例

a. 生成圖像識別案例。 打開智譜清言網(wǎng)站，輸入提示詞：“請幫我設(shè)計一個OpenCV基于深度學習的圖像識別案例”。系統(tǒng)會生成一個完整的案例設(shè)計（見圖6） 。

b. 生成圖像數(shù)據(jù)集地址。 在智譜清言中輸入提示詞：“請幫我列舉5個寵物圖像數(shù)據(jù)集的下載地址，要將地址完整鏈接進行列表展示”。系統(tǒng)會生成一個包含5 個寵物圖像數(shù)據(jù)集完整下載鏈接的列表（見圖7） 。

c. 生成圖像識別案例代碼。在智譜清言中輸入提示詞：請使用 OpenCV 的 DNN 模塊結(jié)合 ResNet50 編寫一個用于識別不同寵物品種的圖像識別系統(tǒng)的代碼（見圖 8） 。

d. 生成DNN模塊實驗。在智譜清言中輸入提示詞：請使用OpenCV的DNN模塊結(jié)合ResNet50設(shè)計花卉識別的實驗（見圖9） 。

e. 生成課堂討論問題。在智譜清言中輸入提示詞：請對OpenCV的深度學習模塊設(shè)置三個討論問題（見圖10） 。

f. 生成題庫。在智譜清言中輸入提示詞：請幫我生成 OpenCV 的 DNN 模塊相關(guān)的 10 個填空題、10 個單選題及其答案（見圖 11） 。

2） 課中教學階段

教師的課中教學過程如下：

① 教師首先講解備課階段生成的 OpenCV 深度學習 DNN 模塊的 PPT，幫助學生理解 DNN 模塊相關(guān)的知識和技能點。在課堂講解過程中，針對知識點遇到的問題，教師可以隨時在智譜清言或文心一言中搜索答案。

② 教師講解備課階段設(shè)計的寵物識別案例的設(shè)計思路和過程，并對代碼的實現(xiàn)思路與本次課程相關(guān)的知識點和技能點進行融合分析。

③ 教師選擇備課階段準備的課堂討論問題進行提問，引導學生思考，并組織學生分組討論和上臺演講，以提升學生的團隊合作能力和表達能力。

④ 布置備課階段設(shè)計的實驗作業(yè)，要求學生自行搜索花卉數(shù)據(jù)集并設(shè)計花卉識別系統(tǒng)。圖 12 為學生設(shè)計的花卉識別系統(tǒng)。

3） 課后拓展階段

① 實驗項目拓展。學生在課堂上完成實驗項目后，可以引導學生在智譜清言中搜索如何使用另一種深度學習模型（如 MobileNet SSD） 進行花卉識別系統(tǒng)的設(shè)計，從而實現(xiàn)實驗項目的拓展，培養(yǎng)學生制作綜合項目的能力（見圖 13） 。

② 個性化學習。學生可以根據(jù)自身的學習情況，針對不太理解的內(nèi)容繼續(xù)向大模型提問，以進行深入理解（見圖 14） 。

③ 作業(yè)批改。學生將完成的課后作業(yè)文件“DNN 模塊練習”上傳到智譜清言中，并輸入提示詞：請對這個練習題進行批改。可以看到，智譜清言會對“DNN 模塊練習”文檔中的每個題目進行詳細的批改和提供建議（見圖 15） 。

④ 答疑解惑。學生對于 DNN 模塊中不理解的部分，可以繼續(xù)向大模型提問，進一步學習該模塊相關(guān)內(nèi)容（見圖 16） 。

以上對 AIGC 在 OpenCV 圖像處理與應用課程教學的實施過程進行了闡述，由此可以看出，AIGC 能夠大大減輕教師的備課工作量，成為教師教學的有力助手和學生學習的導師。學生在課后學習中遇到困難時，可以隨時向大模型提問，從而獲得針對性的、及時有效的指導。課下的“智能助手”與課上教師的教學相配合，為每個學生提供更有益的學習路徑 [5]。

3 結(jié)論

本文闡述了 AIGC 技術(shù)對 OpenCV 圖像處理與應用課程教學的影響，以及該技術(shù)在 OpenCV 課程中的應用實施過程。通過本課程的實踐可以看出，AIGC 的引入不僅提高了教師的工作效率和教學質(zhì)量，還提升了學生的學習興趣。AIGC 在其他課程中的應用同樣具有類似的效果和意義，因此具有良好的推廣應用價值。

隨著教育信息化的進一步發(fā)展，AIGC 有望與其他教育技術(shù)（如虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)等） 相結(jié)合[6-8]，形成更為完善的教育體系。例如，將 AIGC 與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，可以為學生提供更具沉浸感的 OpenCV 課程體驗，進一步提升教學效果。AIGC 技術(shù)還可被應用于 OpenCV 課程評價，通過對學生學習過程的數(shù)據(jù)分析，為教師提供有針對性的教學建議。此外，AIGC還能實現(xiàn)自動化評價，減輕教師的工作負擔。

AIGC 技術(shù)的應用將促使教師角色從傳統(tǒng)的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W設(shè)計者、引導者和輔導者。同時，學生的學習方式也將發(fā)生變化，從被動接受知識轉(zhuǎn)向主動探索、實踐和創(chuàng)新。總之，AIGC 技術(shù)在 OpenCV 課程教學中的應用具有廣泛的前景。通過不斷探索和研究，我們有望實現(xiàn)教育資源的優(yōu)化配置，提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)更多具備創(chuàng)新精神和實踐能力的人才。