融合OBE理念和新兴科技的...双线程”教学模式研究与实践_李彦.pdf

摘要：本文鉴于数字图像处理课程传统教学模式的弊端，结合成果产出导向教育（OBE）理念和当前的新兴科技，提出数字图像处理课程“双线程”教学模式：以具体课堂教学为明线、以新兴科技项目设计和实施为暗线进行教学。并通过在南昌工程学院信息工程学院通信工程本科专业课程教学的有效实践，充分证明了该教学模式的有效性。关键词：双线程；教学模式；教学改革；OBE理念；新兴科技中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：2096-854X（2022）060124-05Research and Practice on The“Dual Route”Teaching Modeof“Digital Image Processing”Course Integrating OBEConcept and Emerging TechnologyLi Yan*，Deng Chengzhi（1.School of Information Engineering,Nanchang Institute of Technology,Nanchang 330099,Jiangxi,P.R.China）Abstract:In view of the shortcomings of the traditional teaching mode of“Digital Image Processing”course,combined with the concept of Outcome Based Education(OBE)and current emerging technologies,this paper proposeda“dual-route”teaching mode of“Digital Image Processing”course.The effectiveness of the teaching mode is fullyproved through the effective practice of teaching the undergraduate course of communication engineering in the Schoolof Information Engineering,Nanchang Institute of Technology.Key words:Dual route;teaching mode;teaching reform;OBE concept;emerging technology融合 OBE 理念和新兴科技的数字图像处理课程“双线程”教学模式研究与实践李彦*，邓承志（南昌工程学院 信息工程学院，江西 南昌330099）【高教纵横】收稿日期：2021-12-22最终修回日期：2022-08-01接受日期：2022-08-01基金项目：南昌工程学院教学改革研究课题（2020JG010）、江西省教学改革研究课题（JXJG-21-18-22）作者简介：*李彦（通讯作者），男，讲师、在读博士研究生，研究方向：图像处理、无线视频传输、边缘计算、深度强化学习等，E-mail:；邓承志，男，教授、博士，研究方向：遥感图像处理、图像稀疏表示等。江西科技师范大学学报Journal of Jiangxi Science&Technology Normal University第6期Issue 62022年12月Dec.20221引言数字图像处理是通信工程、电子信息工程等专业的专业必修课，其内容涉及光学、数学、计算机科学、电子学、信息论、控制论、物理学、心理学和生理学等学科，是一门综合性课程，其主要课程内容如图1所示，涉及从数字图像处理基础知识到五种主要数字图像处理的方法，再到数字图像处理技术的综合应用。对于应用型高校的本科生来说，由于该课程的理论性强，涉及到的数学知识以及图像处理的编程实现内容较多，因此学生普遍感觉比较抽象空泛，理解和掌握课程的知识点和基础理论具有2022年一定的难度。在课程教学过程中出现学习兴趣不强，自主学习意识不足；教学方式以教师授课为主，学生参与度低；教学内容局限，没有系统拓展外延知识等现象，给课程教学效果的提升带来了阻碍。但是，该门课程系统性、实用性较强，对专业方向的进一步深入学习具有较强的指导意义，是专业课程中一门很重要的课程。基于成果产出导向教育理念（Outcome BasedEducation，OBE）1最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革中。OBE是一种成果导向的教育理念，被华盛顿协议成员国所接受，并将其写入到工程教育认证标准中。OBE理念可以概括为三大理念，即：以学生为中心，以产出为导向，持续改进。在OBE教育系统中，教育者必须对学生毕业时应达到的能力及其水平有清楚的构想，然后寻求设计适宜的教育结构来保证学生达到这些预期目标。我国自2016年正式加入华盛顿协议后，高校各专业都面临着落实OBE理念，通过工程教育认证的任务。对此，国内高校对此模式进行了广泛的探讨，譬如：李蓓等2分析了OBE理念下的“区块链+教育”系统框架分析与设计；刘艳君3探讨了OBE理念下的课程教学设计；张娟4探讨了OBE理念下的省属高校学前教育专业课程的建设。在OBE理念中，课程教学目标应与毕业要求联系，通过评估每门课程教学目标达成度来评估学生是否达到毕业要求，课程均需要进行达成度评价。OBE理念下的毕业要求包含知识技术运用指标（如自然科学知识、工程技术等）和综合素质能力指标（如人文科学素养，创新、团队合作、终身学习等能力），专业课程的教学目标几乎都涉及到这两类指标。同时，如何在讲述课程内容的过程中引入新兴科技知识，拓宽课程前沿；如何在新兴科技的项目设计实现中融入课程相关知识原理和技术；如何把OBE理念和新兴科技项目设计相结合，是每门工科类专业自然科学课程任课教师必须考虑和解决的问题。新兴技术是技术更新和技术创新的动力之源，不仅要求在时间或空间上较“新”，而且要求“兴起”和“发展”。在当前阶段，计算机技术和信息技术领域的新兴科技发展迅猛，推动着社会的变革和发展，逐步使社会从数字化、信息化走向智能化时代。图1数字图像处理课程的内容体系李彦，邓承志：融合OBE理念和新兴科技的数字图像处理课程“双线程”教学模式研究与实践125江西科技师范大学学报第6期目前在计算机技术和信息技术领域的新兴科技很多，比如区块链5、边缘计算6、深度学习7、物联网8、大数据9、机器人技术10等等，新兴科技不断融入我们的生活、改变着我们的生活，使大家对新兴科技具有特别强烈的求知欲和探索欲。因此，在面临工程认证要求和新兴科技爆发的新形势下，有必要以数字图像处理课程为例，探讨OBE理念和新兴科技元素的融合方式，准确定位课程教学目标，建立新的数字图像处理课程教学模式，凸显工程认证要求，切实提高大学生的综合素质，为通信工程专业全面开展工程认证探索一条扎实可行的路径。2数字图像处理课程“双线程”教学模式2.1教学模式设计数字图像处理课程主要是研究数字图像处理的基本理论、方法及其在智能化检测中的应用，侧重于对机器视觉中的预处理技术数字图像基本处理，及图像分析的基本理论和实际应用进行系统介绍。该课程由于理论性、综合性较强，课程中还有较多的编程实践，其学习需要理论与实践结合才能收到最佳效果，因此如图2所示，将融合OBE理念和新兴科技的“双线程”教学模式引入数字图像处理的教学中，可以将应用型本科学生特别感兴趣的、与课程紧密相关的新兴科技知识融入到教学过程中，例如区块链技术中的“基于区块链技术的图像视频交付平台”、边缘计算技术中的“基于边缘计算的多媒体快速分发机制”、深度学习技术中“基于深度学习的图像分类方法”以及物联网技术中“图像视频数据采集系统设计”等。“双线程”教学模式摈弃了单纯的知识传授方式，以与教学内容紧密结合的新兴科技项目实施任务为载体，灵活地进行项目的设置，使学生在完成项目的各环节中，获得知识的巩固与能力的提升，体会到合作学习的乐趣，同时还能对所学知识的掌握程度进行自我评价，并在后续学习中进行适当的调节。“双线程”教学模式是以具体课堂教学为明线、以新兴科技项目设计和实施为暗线进行教学的。在整个教学过程中，教师是引导者，学生是学习的主体，它的基本特点是“双线程教学，以学生为中心，以教学成果为导向，以教学质量评价推动课程教学过程和项目内容设计持续改进”，最终以提升数字图像处理课程教学质量水平，使学生在学习课程知识的同时，获取了自主学习、终身学习和团队合作等各方面能力，实现课程的教学目标。一方面，在新兴科技项目实施过程中，以学生为中心，根据综合素质能力目标，将项目进行预设为“前沿知识项目”和“实际应用项目”两类，可以分别对应着计划考研和直接就业的学生群体。之后，将课程中需要解决的问题或需完成的任务以贴近项目的形式交给学生，学生在完成项目过程中，根据实际工作中的思路和程序进行相关信息资料的收集、方案设计、编程实现、成果展示及评价总结的过程。在教学过程中，以完成一个个具体的新兴科技项目为线索，把教学内容巧妙地隐含在每个项目之中，让学生自己提出问题，并经过思考及老师的点拨，自己解决问题。在完成项目的同时，学生的创新意识、创新能力以及自主学习的习惯得以培养，并学会发现问题、思考问题、寻找解决问题的方法。另一方面，根据知识技术运用目标，进行课程教学内容和过程设计，使教学方法多样化，例如采用讲座、现场讲解、分组讨论、PPT汇报等形式开展教学，激发学生学习热情，提高学生知识应用能力。2.2教学质量评价方法和课程教学过程以及项目内容设计持续改进机制教学模式教学质量评价方法是“双线程”教学过程中非常重要的一个环节。通过评价能反映学生的学习情况，向学生提供及时、恰当的反馈，在解决问题的过程中采用发展性的动态评价模式。如图2所示，“双线程”教学模式的教学质量评价方法分为教学目标达成度评价和教学内容与项目设计合理性评价两大方面，涉及三点：一是不仅在撰写教案、1262022年讲稿、项目设计时要充分考虑新兴科技与课程内容的相关度，在实施后也应与课题团队教师有充分的交流，商榷教学目标、教学方法、教学内容；二是与学生的充分交流，每次课程完成后，通过计算课程教学目标达成度、问卷调查、座谈等形式，了解学生对教学内容和项目设计的建议和意见；三是邀请行业内专家对教学内容、项目设计和考核办法等给予指导。课程教学过程以及项目内容设计持续改进机制的基础是完善有效的教学质量评价方法。数字图像处理课程“双线程”教学体系下的评价是多元性的，学习效果考核聚焦于综合考查知识与能力的团队项目设计，既关注理论知识，更强调实践能力；既考核团队成果，也关注团队的研讨过程；既考核书面报告，也注重口头表达；既有老师的评价，更有团队成员间的互评及自我测评。每年课程结束后，分析一次课程教学目标达成度和教学内容与项目设计的合理性，对上述三方面的反馈意见进行综合，对课程教学目标、教学内容、教学方法、教学安排、项目设计、项目实施、项目考核等进行不断地改进。3实践与效果分析3.1教学模式实践为验证数字图像处理课程“双线程”教学模式的教学效果，以南昌工程学院信息工程学院的通信工程本科专业为试点。在同年级中各抽取一个班级作为试点班级，对其进行“双线程”方法教学实践。在学期结束时，对该年级学生进行访谈调查、理论成绩对比、实践能力对比以及综合素质量化分析，并与传统教学模式的效果进行对比研究。3.2实践效果分析如下表1和表2中所示，将“双线程”教学模式进行教学实践，对实施前后数字图像处理课程教学卷面成绩以及综合成绩进行对比分析。从表1可以看出卷面成绩平均分略有波动，但是总体趋势是上升的，均高于及格分数线，其中80分以上人数比例相应增加，从8.57%提升到15.38%。同时，卷面成绩平均分还与开班人数有关，一般小班开课（45人及以下）卷面成绩较好，大班开课（45人以上）情况较差，这与教学实际也是相符合的。在表2综合成绩对比表中，同样可以看出，结合学生项目实践成绩之后，学生成绩中及格率显著提高，80分以上学生人数不断增加，60分以下学生人数在