教學(xué)資源為線上線下教學(xué)“賦能”的探索

蔡體健，劉志偉，莫佳，王登輝

（華東交通大學(xué) 信息工程學(xué)院，江西南昌 330013）

當(dāng)前，線上線下混合式教學(xué)已逐步成為高校教學(xué)的新常態(tài)[1]。由于線上線下混合式教學(xué)對教學(xué)資源的依賴性較強(qiáng)，使得教學(xué)資源的建設(shè)與完善成為教學(xué)改革的重要任務(wù)之一。如何整合教學(xué)資源，并利用教學(xué)資源為線上線下教學(xué)“賦能”，實(shí)現(xiàn)線上線下教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，是信息化教學(xué)以及未來課程改革亟須解決的問題。本文以數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)資源建設(shè)為例，探討教學(xué)資源的規(guī)劃建設(shè)方法，以及為線上線下教學(xué)“賦能”的策略，為信息類專業(yè)課程的線上線下教學(xué)改革提供參考。

1 教學(xué)資源的規(guī)劃與建設(shè)

數(shù)字圖像處理教學(xué)具有直觀的特點(diǎn)，在該課程中圖像比語言更具有說服力，因此，數(shù)字圖像處理課程適合采用可視化的線上教學(xué)和面對面線下教學(xué)相結(jié)合的混合教學(xué)模式。隨著翻轉(zhuǎn)課堂[2-3]和對分課堂[4-5]等線上線下混合式教學(xué)改革的深入，教學(xué)資源的重要性日益凸現(xiàn)。教學(xué)資源包括平臺資源和課程資源，本文主要探討課程資源的建設(shè)。

數(shù)字圖像處理的知識體系寬廣，教學(xué)資源豐富[6-7]，然而，資源的不斷累積容易造成資源混亂繁雜，不利于資源的搜索與使用。因此，在資源建設(shè)的初期，教研組遵循工程教育認(rèn)證中的成果導(dǎo)向理念[8-9]，按照“培養(yǎng)目標(biāo)—畢業(yè)要求—課程體系—課程內(nèi)容”的“倒推式”順序確定教學(xué)內(nèi)容，將畢業(yè)要求分解為可評價(jià)的知識指標(biāo)點(diǎn)、能力指標(biāo)點(diǎn)、素養(yǎng)指標(biāo)點(diǎn)和思政指標(biāo)點(diǎn)，再細(xì)化成為顆粒化的教學(xué)內(nèi)容（如圖1 所示），為線上線下教學(xué)資源建設(shè)提供指導(dǎo)。

圖1 畢業(yè)要求、課程指標(biāo)、顆粒化內(nèi)容的關(guān)系

在積累教學(xué)資源的同時(shí)，教研組通過做減法、除法，刪除或縮減了一些陳舊、應(yīng)用面不廣的教學(xué)內(nèi)容，例如縮減了直方圖均衡化和直方圖規(guī)定化的教學(xué)課時(shí)，將連續(xù)的傅里葉變換、傅里葉變換的蝶形運(yùn)算等教學(xué)內(nèi)容以超鏈接的形式提供給學(xué)生作為參考。在保證教學(xué)內(nèi)容基本覆蓋面的前提下，盡量精簡教學(xué)內(nèi)容，以增強(qiáng)教學(xué)資源的高階性、 創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

2 增強(qiáng)教學(xué)資源的“賦能”效應(yīng)

根據(jù)課程規(guī)劃，教研組建設(shè)了各種圖像處理的線上和線下資源，其中具有典型代表意義的是基于Python 的圖像處理算法演示系統(tǒng)[10]。演示系統(tǒng)的主要任務(wù)是展示算法的運(yùn)行效果，通過視覺形成感知，進(jìn)而理解算法思想并產(chǎn)生視覺記憶。

教學(xué)資源的主要作用在于信息交換、引導(dǎo)思考、陪同交流和協(xié)助行動(dòng)4 個(gè)方面[11]，對主體認(rèn)知與思維的輔助是其釋放“賦能”效應(yīng)的重要目標(biāo)。在圖像處理課程中，其認(rèn)知對象大多是可見的，但是有些算法運(yùn)行得到的效果并不明顯，學(xué)生難以通過簡單、單一的圖像來理解算法原理[12]。為此，該系統(tǒng)采用了對比、增強(qiáng)、引導(dǎo)和交互等手段，幫助學(xué)生看見、看清、看準(zhǔn)、看懂圖像處理算法[13]，以輔助并引導(dǎo)學(xué)生理解算法。

例如，圖像處理的一些算法運(yùn)行的效果差別非常細(xì)微，學(xué)生很難看到或看清細(xì)小的差別。為此，教研組采用放大、突出關(guān)鍵細(xì)節(jié)，或者通過壓制或弱化不重要的部分，以增強(qiáng)算法的可見性。此外，該系統(tǒng)通過視覺效果及交互形式引導(dǎo)學(xué)生正確聚焦算法的重點(diǎn)、本質(zhì)。在分析空域上的周期噪聲與頻域上的孤立頻點(diǎn)之間的關(guān)系時(shí)，系統(tǒng)通過交互窗口讓用戶設(shè)置噪聲頻點(diǎn)的位置、方向及強(qiáng)度，如圖2 和圖3 所示，系統(tǒng)將根據(jù)用戶的設(shè)置產(chǎn)生對應(yīng)的空域條紋噪聲，效果如圖4 所示。通過窗口的交互及效果展示，直觀地展示頻域上噪聲頻點(diǎn)的位置、方向、強(qiáng)度與空域上條紋的寬度、方向、深度噪聲之間的關(guān)系，即噪聲頻點(diǎn)越靠近中心，則空域上條紋越寬，反之條紋越細(xì)；噪聲頻點(diǎn)的強(qiáng)度越大時(shí)，空域條紋越深，讓學(xué)生深刻理解空頻域之間的關(guān)系。

圖2 設(shè)置噪聲頻點(diǎn)位置和方向

圖3 設(shè)置噪聲頻點(diǎn)強(qiáng)度

圖4 引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注算法重點(diǎn)

3 教學(xué)資源為線上線下混合式教學(xué)“賦能”

線上教學(xué)通常采用自定義步驟、非結(jié)構(gòu)化、異步協(xié)同等學(xué)習(xí)方式[14-15]，具有靈活、碎片化的特點(diǎn)；而線下教學(xué)采用實(shí)時(shí)合作、同步協(xié)同等學(xué)習(xí)方式，通過面對面交流、手把手指導(dǎo)，讓學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容。在融合線上線下教學(xué)模式時(shí)，需要充分利用現(xiàn)有的平臺資源和課程資源，設(shè)計(jì)教學(xué)過程中的微觀結(jié)構(gòu)、流程與掌控模式，落實(shí)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念。為此，教研組將微課視頻、算法演示系統(tǒng)、PPT 課件、習(xí)題集、疑難題庫、話題集、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、應(yīng)用案例、參考資料等課程資源共享到超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺上，并利用平臺的簽到、隨堂練習(xí)、主題討論、分組任務(wù)、調(diào)查問卷、選人、搶答、投票、評分、考試等功能探索課前、課上、課中、課尾、課后過程中線上與線下教學(xué)環(huán)節(jié)的有效銜接[16]，圖5 為各教學(xué)環(huán)節(jié)對應(yīng)的平臺資源和課程資源。

圖5 各教學(xué)環(huán)節(jié)對應(yīng)的平臺資源和課程資源

課前任務(wù)通常在線上實(shí)施，教師通過平臺發(fā)布任務(wù)單，指導(dǎo)學(xué)生利用算法演示系統(tǒng)、微課視頻等了解知識點(diǎn)，并引導(dǎo)學(xué)生了解算法思想，發(fā)現(xiàn)新的問題。課內(nèi)教學(xué)在線上與線下交叉開展。課上，教師可充分利用習(xí)題集、疑難題庫、話題集等課程資源進(jìn)行課堂提問或隨堂練習(xí)，以了解學(xué)生對前一節(jié)課的掌握程度，并通過新課導(dǎo)入案例或算法演示軟件讓學(xué)生了解本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)。課中，教師可通過發(fā)布調(diào)查問卷了解學(xué)生的疑難點(diǎn)，然后針對重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行集中講授；或者利用學(xué)習(xí)通中的選人、搶答、投票、評分、分組任務(wù)等功能開展交流討論，包括學(xué)生問學(xué)生答、學(xué)生講學(xué)生評、邊講邊練、或案例點(diǎn)評等，以提高學(xué)生的參與度。課尾，通常是對本節(jié)課的小結(jié)，教師可以通過線上的隨堂練習(xí)或線下的課堂提問幫助學(xué)生梳理本節(jié)課內(nèi)容。將線上與線下教學(xué)相結(jié)合的目的是促進(jìn)師生間的互動(dòng)與聯(lián)結(jié)，提高學(xué)生的參與度。課后，師生利用教學(xué)平臺進(jìn)行討論、答疑、查漏補(bǔ)缺，或開展拓展閱讀。學(xué)生在線下完成作業(yè)或編程練習(xí)。

充分利用平臺資源和課程資源開展教學(xué)，能增強(qiáng)教學(xué)“靈活性”，擴(kuò)展線上線下混合式教學(xué)的“賦能”空間。

4 結(jié)論

本文探索了圖像處理教學(xué)資源為線上線下教學(xué)“賦能”的策略，提出遵循成果導(dǎo)向理念，按照“培養(yǎng)目標(biāo)—畢業(yè)要求—課程體系—課程內(nèi)容”的“倒推式”順序來確定教學(xué)內(nèi)容，以規(guī)劃課程體系；在開發(fā)算法演示系統(tǒng)時(shí)，提出采用對比、增強(qiáng)、引導(dǎo)和交互等手段，提高資源的“賦能”效應(yīng)；在開展線上線下混合式教學(xué)的課前、課上、課中、課尾、課后各環(huán)節(jié)，通過對平臺資源和課程資源的靈活應(yīng)用，提高學(xué)生的教學(xué)參與度。