多媒体技术与系统课程的本科教学

张小燕，钟圣华

（深圳大学 计算机与软件学院，广东 深圳 518060）

0 引 言

多媒体技术创造了新的人与人、人与计算机、人与世界的互动方式。由于多媒体数据种类多样、数据量巨大、内容复杂等特点，对其数据的分析、处理、传播、理解提出了极高的需求，需要更高效、智能地存储、计算、传递、理解信息，也需要高校全面提高人才培养能力[1-2]。目前，我国多媒体领域相关人才的缺口非常大[3]。如何针对产业需求进行人才培养？如何从学科导向转向以产业需求为导向？如何从适应服务转向支撑引领？这些都是新时期对多媒体学科的教育工作者提出的新挑战。

多媒体技术与系统是一门具备科学前沿性、深度融合产业发展和学科交叉融合特点的新工科课程。课程内容不仅涵盖传统的计算机科学与软件工程相关课程的基础知识，还与人工智能等新兴交叉学科有着千丝万缕的联系。虽然目前许多高校都开设了多媒体的相关课程，但是在培养创新人才方面，和国际一流大学相比，仍然存在不小的差距，无法满足适应新技术、新产业、新经济发展的新工科建设要求。

1 多媒体技术与系统本科课程教学现状

1.1 课程设置

人工智能技术突飞猛进使得多媒体数据上应用的新技术与方法快速更新、迭代。构建一个成功的多媒体系统需要了解多媒体数据本身的高维度、大规模等特点，需要掌握最新的多媒体技术。存储多媒体数据需要更大的存储空间；传输多媒体数据需要更高的信道带宽。和普通文本信息相比，对图像、音频、视频等多媒体数据进行自动分析、索引、组织，更为复杂，对算法和硬件平台的要求都更高。不仅如此，构建一个成功的多媒体系统还需要满足实时性的要求。因此，多媒体技术与系统的课程要求也必将提高，需要课程设置与内容能够与学科发展及市场需求相匹配。同国外高水平大学相比，国内高校在多媒体技术与系统课程体系设置等方面存在一定的滞后性，如课程体系不连贯、不完备，课程内容滞后于技术发展、实践课时少、内容简单、缺少系统性等问题。

1.2 教学方法与手段

目前课程在教学上注重对理论知识的讲授，虽然也配置了相应的实验课程，但多用于练习常用的多媒体处理软件（如Photoshop、Premiere、Flash等）。这些实验课程内容虽然可以提高学生对多媒体数据的处理能力，但无法让学生构建“多媒体数据—多媒体技术—多媒体系统”的完整框架，也不能让学生在实验中理解多媒体技术与多媒体系统涉及的理论知识和算法过程，更无法培养学生解决复杂工程问题的能力。

1.3 能力培养方向

2016年6 月我国正式成为《华盛顿协议》的签约国，为了促进高等教育与国际接轨，全面提高工程类专业人才培养质量，各大高校积极申报工程专业认证。工程教育认证标准对工程类本科毕业生提出了通用标准的12条毕业要求，包括工程知识、问题分析、设计开发、研究、使用工具、工程社会、环境发展、职业规范、个人团队、沟通、项目管理、终身学习。这些毕业要求也应该成为多媒体技术与系统课程对学生能力的培养方向，但现行的课程教育模式关注的是知识的输入与输出，即教师对教科书内容的讲授和学生对知识点的掌握，以考试为主的评估方式也无法全面、有效地衡量学生在课程学习过程中究竟取得了哪些学习成果、培养了哪些能力。

2 多媒体技术与系统教学模式改革措施

针对当前多媒体技术与系统教学中存在的不足，结合课程组的教学实践，我们归纳总结出如图1所示的4个方向的改进内容。

2.1 优化课程设置与教学内容

在多媒体技术与系统的课堂教学中，我们抓住教学内容的差异化，在大二第二学期和大三第一学期开设了重点不同的两门多媒体课程：①多媒体技术与系统导论课程主要讲述多媒体的基本原理与技术、媒体与媒体技术、多媒体图像、音频、视频的数据压缩方法、多媒体硬件设备和软件环境。通过这门课程培养学生对多媒体的认识和多媒体在各个领域中的制作和应用的知识及技能。这门课程的重点是图像、音频、视频信息的获取与处理，以及多媒体数据压缩、编码技术，也会简单介绍多媒体计算机硬件及软件系统以及多媒体系统的设计与开发。②多媒体系统是承接多媒体技术与系统导论的延伸课程，主要讲述多媒体系统的基本概念、多媒体特征的提取与检测方法、多媒体数据检索系统、多媒体内容分析系统以及多媒体系统的前沿技术，包括从特征检测、提取，到内容分析、识别这一完整的多媒体系统的设计与开发过程，着重培养学生针对多媒体领域复杂工程问题进行分析、设计和实现的能力。这两门相关课程各有偏重，同时又有理论知识和实践内容的传承，兼顾了不同层次学生的需求。

课程组建立多媒体技术与系统课程的培养目标，将培养目标分解为具体指标点，并设置相应的教学环节来支撑这些指标点，围绕课程的培养目标实施教学活动。对重要指标点除了上课讲授之外，还结合了课堂测验、实验课题等多种考核方式。在考核中改变了以记忆性与验证性为主的教学与考核方式，重点考核学生的分析问题、解决问题的系统能力。

2.2 重视实践能力的培养

多媒体技术与系统课程的目标是培养具有一定的工程实践能力，能够针对多媒体领域复杂工程问题进行分析、设计和实现的人才。在课程实践中，我们深化学生的分析、权衡能力，引入、强化学生的能力训练，通过加大实践练习的深度来提高学生解决问题的能力。

图1 多媒体技术与系统教学模式改进措施示意图

具体来说，我们在实验课程中引入对常用的科学计算与算法开发平台Matlab的功能介绍，特别是其与多媒体计算相关的几个常用工具箱，加深学生对多媒体数据和多媒体相关算法的理解。我们为学生提供了云计算平台和高性能服务器资源，使得学生能够自己动手搭建复杂系统，进行复杂工程实践。我们打破以往多媒体课程的实验课主要介绍Photoshop、Premiere、Flash等软件使用方法的惯例，从易到难地设计了多媒体特征的表示、检测、匹配，图像压缩、解压缩算法实践，基于特征的多媒体检索系统，多媒体内容分析系统，基于深度学习的多媒体数据风格转换等多个大实验。课程的重要知识点都在实验中有所体现，学生不再被动地死记硬背，必须融会贯通从而最终实现对复杂的多媒体系统的搭建。在实验开展中，采用了分组展示、实验互评、翻转课堂等多种教学手段。在一系列实践能力的训练中，大多数同学都达到了预期的教学目标，培养了创新能力，不少同学在毕业设计阶段选择了与多媒体相关的课题进行深入研究。

2.3 实施以学生为中心的教学理念

以学生为中心的教学理念，即学生负责自己的学习，关注学生成长和专业能力的提升。学生学习的动力不再仅仅来自于教师的督促，更多地来自于学习产出的反馈和积极的自我价值感。具体来说，课程设置了多元化的考核方式，鼓励学生进行自主学习。留出一定的课堂时间给学生，让学生自主选择多媒体技术与系统的一个具体前沿方法进行展示、汇报，作为考核的参考指标之一。在课堂实验的过程中不限制学生的编程语言、编程平台，并开放一次实验，让学生自主命题，以小组展示、讨论、教师点评、学生互评的方法，得到学生的实验评分。

在课程开展的过程中，任课教师还积极组织学生以课程相关内容参加深圳大学开展的“大学生创新创业训练计划项目”，包括“挑战杯”全国大学生科技作品竞赛、中国大学生计算机设计大赛、美国数学模型竞赛（MCM）等多项学科竞赛。从而提升学生的理论与实践相结合的能力，培养学生的创新精神，使之在实际任务中理解教学内容，并接受科学研究基本训练，为优秀的本科学生脱颖而出创造更为有利的条件。对教师来说，在具体的师生交流中，能够发现教学中存在的问题并提高自己的教学能力，也可以增加在研究领域的探索。在短短两年的实践过程中，多媒体技术与系统课程的学生中就有12人获得“大学生创新创业训练计划项目”，10人在学科竞赛中获奖。

2.4 建立符合工程教育认证标准的持续改进机制

工程教育认证的一大重要特点就是要求建立持续改进的质量文化。认证标准要求必须有明确可行的改进机制和措施，能持续跟踪改进效果并收集信息用于下一步改进，形成“评价－改进－再评价”的闭环管理（图2），从而达到质量持续提高的循环式上升的目标。因此，在深圳大学计算机与软件学院在多媒体技术与系统课程中，采用了如下的管理机制。

（1）建立课程内容的更新机制，关注学科重要学术会议的最新成果，了解业界有影响力的新技术与新产品，保证课程内容既覆盖多媒体技术与系统的基础、核心问题，又兼顾学科及业界最新的发展。

（2）建立多媒体技术与系统课程的培养目标，并且将培养目标分解成具体指标点。

（3）设置相应的教学环节来支撑这些指标点，围绕课程的培养目标实施教学活动。

（4）制订培养目标的评估计划，实施评估并收集评估数据。

（5）通过统计分析得出评估结果，将评估结果用于持续改进。

除此以外，深圳大学计算机与软件学院还建立了毕业生跟踪反馈机制以及高等教育系统以外的社会评价机制。在学生、课程体系、师资队伍、支持条件等多方面开展持续改进。

图2 持续改进机制示意图

3 多媒体技术与系统教学改革的未来展望

从内容上看，多媒体数据中包括图像数据、音频数据、视频数据，与其相关的课程包括图像处理、音频与视频处理等。从方法上看，多媒体技术中包括傅立叶变换、小波变换等信号处理的相关内容，也包括采样、量化、载波等通信原理的相关知识。最近又有包括机器学习、模式识别、计算机视觉、人工智能等方法成功应用在多媒体内容分析的任务上。这一方面提高了对多媒体技术与系统的任课教师的知识储备要求，也提醒我们：多媒体技术与系统的教学改革不仅应该停留在这一课程上，还需要与其他课程建立紧密的关系，做好知识的铺垫与衔接。

近年来，国内外的高校积极投入MOOC课程的建设中[4]，为教学提供了更加丰富的素材与资源。多媒体技术与系统的任课教师，应该主动利用这些资源，使得多媒体教育同国际一流水平接轨。除此以外，国内外的学术组织和工业界在这两年也举办了很多以多媒体数据为核心的国内、国际赛事，如ImageNet、 Kaggle、 AI Challenger[5]等，国内外一流的高校已经有不少本科学生组队参加，并获得不俗的成绩。通过这些比赛，可以检阅学生的专业知识与能力，促进专业人才培养质量提高和持续改进。这也告诉我们，多媒体技术与系统的教学改革不仅仅体现在课堂教学与实验教学中，还可以结合网络的资源、素材，并结合项目与竞赛进行。

4 结 语

当前多媒体技术与系统的教学改革还只是小规模的探索，并且依赖于任课教师的经验与学生的反馈。我们将在之后的教学实践中积极探索，引入多方面、多维度的评价，建立符合工程教育认证标准的持续改进机制，提高多媒体技术与系统课程的教学水平，培养出能够胜任多媒体复杂系统设计、开发、应用等工作的工程技术人才，使之成为具有终身学习和自我工程技术持续改善能力、适应社会发展和行业发展、具有创新意识的人才。