信息化時代“圖像處理技術”課程建設與實踐

袁 華，莫建文，林樂平

（桂林電子科技大學信息與通信學院 廣西 桂林 541004）

隨著信息化技術的快速發展，對電子信息工程專業的人才培養提出了新的要求，專業課的教學與實踐顯得尤為重要。與此同時，學生獲取知識的方式與偏好也發生了巨大變化，知識點模塊化、時間碎片化的學習行為特征尤其突出，傳統的教學資源和教學方法已經不能滿足新形勢下學生的學習需求，為適應新時代創新性、復合型人才的培養目標，課程建設與改革旨在培養具有扎實理論基礎和應用實踐能力的創新性人才；同時根據課程的特點和自身優勢，精選案例將遵紀守法、科技強國等思政元素與課程知識點緊密結合，增強學生的法律意識，提高學生的社會責任感，加深愛國情懷[1]。

“圖像處理技術”是高等教育電子信息工程專業的核心專業課，在專業知識體系中占有重要地位，課程要求學生專業基礎扎實、知識面廣，而且實踐性強[2]。本課程嘗試在以下幾個方面進行課程建設與改革，并取得了一定效果。

1 課程建設的主要內容

1.1 整合課程資源

本課程知識點多，涉及圖像采集與量化、圖像變換、圖像增強、數字水印、圖像融合和圖像檢索等方面的內容；同時圖像處理技術發展成熟、算法豐富、技術更新迭代快；另外，實踐軟硬件環境多樣、示例程序、課程知識點視頻、外延式教學輔助資料和視頻以及課堂互動、隨堂測試小題等資源眾多。由于學時受限，教師在教學過程中，知識點往往不能全面展開或深入探討，造成學生知識面不廣、專業深度不足。因此需要整合資源，將相關資料融入統一的平臺，同時還需要形成過程性考核的定量評價以便后期進行數據分析與總結。

利用課堂派、雨課堂、愛課堂等在線教學輔助平臺，整合教學資源，強化過程管理，增加量化考核指標，將知識學習融入課前、課中、課后全過程。本課程在實踐中采用“課堂派”一體化智慧教學平臺[3]，該平臺以課堂教學為中心，實現線下課堂教學與線上資源的深度融合，改變了傳統的教學場景，使得教學活動全過程管控，其課程管理模塊結構如圖1 所示。

圖1 課程管理模塊結構圖

根據課程特點和資源建設實際情況，利用平臺將課件、視頻、資料、作業、測試題等教學資源有效整合在一起。在課程教學模塊的“互動課件”中設置互動環節，既可以添加課前預習“引導問題”，也可以增加課中教學的“互動答題”，同時平臺提供了學生學習課件的統計信息（包括查閱次數、下載次數、評論數、學習頁數、學習總時長等信息）和學習狀態得分；在“作業”子模塊中可以增加線上作業，在“測試”子模塊中可以設置各個知識點的隨堂測試小題，這兩個模塊可以實現客觀題自動批改，設置在總評成績的權值后可以自動計算成績，同時，提供的文本查重功能可以減少抄襲現象；“資料”子模塊中上傳了知識點仿真程序、團隊自行錄制的基于OpenCV 和深度學習的圖像應用教程教學視頻和基于Python 的示例程序，學生能使用手機、平板等移動設備隨時進行訪問和學習，打破了傳統課堂教學的時空限制，平臺提供了學習統計和反饋信息，有助于課程團隊調整和優化教學資源。在教學過程中通過動態監測和數據分析功能了解學生的學習狀態和難點，及時做出調整和總結。另外，各模塊采集的量化考核數據，有助于形成全面的能力評價體系。

1.2 創新教學模式

傳統教學中往往根據課程知識設計教學內容，著重培養學生對知識點的認識和理解能力，沒有結合具體應用劃分功能模塊和對接實際工作需求，代入感不強，很難調動學生的學習熱情，難以有效培養學生的綜合應用能力，教學氛圍和效果欠佳。本課程的實踐性很強，在具體應用中需要考慮多方面的問題，需改變以獲得學分為目的的學習方式，打破以往“重解題、輕理解、不會應用”的學習慣性，增強學生的自學能力和工程實踐能力。本課程在實踐中利用平臺開展以課程知識體系為主線、線下應用實踐為輔線的雙線混合式教學模式。在主線教學活動中，按課前、課中、課后過程，結合科研工程案例，利用平臺開展翻轉課堂形式的教學活動，將工程案例按知識點拆解，對其中的重點難點作為課前問題，讓學生收集整理資料并在課堂上闡述，還可以在課件中設置預習問題、添加互動答題，在視頻資料中添加互動環節，在課堂互動中增加問卷、搶答、提問、彈幕等[4]，平臺提供了全過程教學管理。

在輔線教學活動中，結合科研項目、大學生創新創業項目、學科競賽、優秀畢業設計作品，結合課程核心知識點，精選案例，開展項目式教學[5]。開課之處即在平臺上發布課程實踐作業，自選或自定課題（課程知識點相關）、自由組隊、報告查重、綜合驗收，最后對作業進行總結，選擇部分優秀作業讓小組全體成員介紹成員分工、項目原理與算法、軟硬件實現與效果展示并接收全體同學和教師的問詢，從而提高學生的團隊協作、方案設計與實現、報告撰寫、表達與溝通能力。從最近3 個學年的實踐效果來看，總體參與度和積極性較高，學生的專業綜合應用能力逐步得到了增強。從課程問卷調查反饋來看，學生對這部分教學內容的滿意度很高。

1.3 完善課程考核體系

課程總評成績的評價方式是學生學習活動的指揮棒，評分體系的中心思想是弱化死記硬背的知識性考核，強化應用實踐環節，增強課堂互動與線上評測，提高實驗和項目實踐的比例，優化各項成績比例，形成全方位的考核機制[6]，調動學生的自主學習動力。最近3 學年期末考試成績比重由多年70%逐年下降到50%，其中期末考試中客觀題的比例也同步逐年下降，這與教育部專業工程認證的指導思想是一致的；新的考核體系中增加了課堂平時成績部分（課堂互動、隨堂測試）的成績占比（8%），用隨堂測試替換了課堂考勤；同時新增了項目應用實踐和論文或報告（占比12%），促使學生動手做課程實踐，如表1 所示：

表1 成績考核構成及比例

1.4 融入思政元素

教學過程中將思政元素自然得融入課程中，結合本課程的內容和特點，可以將遵紀守法、科技強國的理念深植于日常的教學活動中，在講授專業知識的同時，增強學生的法律意識，提高學生的社會責任感，加深愛國情懷，如表2 所示：

表2 課程思政元素

在課程改革實踐中，采用具有中國特色、校園文化的圖片作為素材進行圖像增強處理，增強學生的文化自信、愛國情懷；在數字水印知識點的授課中，提高學生的版權意識和法制意識，增強學生的專業自信；在學習圖像檢索技術知識點時，通過各種搜索結果讓學生體會專業技術的強大以及可能的道德和法律風險，增強學生在進行圖像處理技術應用時應符合國家法律的法制意識、社會責任以及道德價值[7]。另外，引入熱點事件，把專業知識點分解，將其中與熱點事件相關的知識點結合起來，使思政元素潛移默化地體現出來，這樣的教學更能引起學生發自內心的共鳴和提升學生對專業的認可度。

2 課程建設的初步效果

從2018 年開始使用一體化平臺，通過課程團隊成員的合力建設，課程資源基礎建設基本完成并已整合到平臺，同時課程改革已獲學校立項，下一步擬申請教育部——華為智能基座項目課程建設立項。

隨著教學改革的深入，學生實際到課率逐年上升，最近三年全課程到課率一直保持在95%以上，說明學生對本課程的認可度比較高；從實踐作業的完成情況和展示效果、教務系統里學生的評教結論和綜合評教分數，以及期末發放的調查問卷和與學生的座談反饋結果來看，學生對課程的學習積極性和參與度明顯提高。

通過課程資源整合、案例化教學、項目引導與實踐和多維度課程考核體系建設，引導學生積極參加課外實踐和應用創新，使學生能把課題所學的理論知識和應用有效結合起來，形成系統化、模塊化和規范化的工程理念，通過過程管理和效果跟蹤，提高學生將圖像處理技術在工程實踐中的應用能力；緊跟企業需求和學科前沿，引導學生關注圖像處理技術的新理論、新知識、新技術及其應用，培養學生自主學習、終身學習的學習習慣。