数字媒体设计与开发课程的翻转课堂教学模式设计与应用

刘 歆，黄 颖，钟 明,黄江平

（重庆邮电大学 软件工程学院，重庆 400065）

0 引 言

数字媒体技术在数字媒体处理及应用、游戏开发、网络信息传播、虚拟现实、人机交互、人工智能等方面都有应用，其涵盖的知识和内容比较多。数字媒体技术专业要求学生既掌握理论知识，又具备数字媒体应用的分析、设计、操作和开发实践能力。根据对目前就业形式的分析[1]以及信息行业对人才需求的了解，未来高校必须要培养面向行业，面向工程应用、开发实践和创新思维的数字媒体技术人才[2-3]。多个学者曾探索和改革数字媒体人才培养模式和教学方式。文献[4]以数字媒体专业为例，分析专业的需求，从而确定设备，结合教学理念和面向信息化教学需求给出了完整的数字媒体开发中心布局图。文献[5]提出须认清国内设计人才继续教育存在的问题，通过革新教育理念、完善课程教学体系以及构建多元教学模式，真正培养满足市场需求的数字媒体设计人才。文献[6]强调“形式带动内容”：理论课程形式上进行合并，实践环节实现“显隐结合”，鼓励学生组建创新创业团队，增设学科竞赛专题实践。文献[7]对复合型数字媒体技术专业人才的培养进行了探讨。文献[8]提倡创建与时代发展需求同步的专业技能，构建以专业课程为导向的课程体系。在这些数字媒体技术专业的教学探索中，多以从艺术和技术结合方面的教学理念展开，而少见有面向软件工程专业的数字媒体技术人才培养模式讨论。文献[9]结合专业实际情况探索数字媒体技术专业人才培养模式，以学生系统能力培养为主线，以新型应用型工程技术人才为培养目标。文献[10]结合北京工业大学软件学院的实际情况和实践经验，从复合型创新型人才培养目标的制订出发，对软件工程(数字媒体技术)特色专业的教学课程体系的建立、人才培养模式及创新人才培养平台等问题进行探索与实践。因此，需要结合自身实际教学情况，量体裁衣地改革课程、教学和人才培养。

1 数字媒体设计与开发课程背景分析与存在的问题

数字媒体设计与开发课程是软件工程专业数字媒体方向的一门关键专业课程，是把数字媒体理论知识融会贯通到应用实践的重要课程。通过理论与应用实验相结合的方式，加强学生对数字媒体理论知识的掌握和理解，提升学生的数字媒体应用实践能力和思维水平。在重庆邮电大学软件工程学院数字媒体技术系的课程体系中，有3门比较重要的专业核心课程：数字媒体技术基础、数字媒体设计与开发和数字媒体应用实践。其中，数字媒体设计与开发课程衔接了数字媒体技术基础理论课程与数字媒体应用实践实验课程。

本课程安排在实验室内完成，但数字媒体技术所包含和涉及的内容、知识面很广，学生必须具备大量的数学、程序语言、计算机技术等基础知识，同时，数字媒体本身的知识体系中，也包括图形图像、音频、视频、动画、游戏等众多内容。在学习这些基础课程时，理论和面向专业的知识和应用是分开的，纯理论和纯技术的学习对大多数本科阶段的学生来说是枯燥无趣的，这使他们在学习过程中，目标不明确、缺乏积极性。等到学习数字媒体技术专业课程时，学生的基础知识储备不足，导致问题理解、理论向实验过渡等的困难。

（1）数字媒体设计与开发课程，是以较深入的理论知识学习为基础的，学生需要对所有知识点理解和掌握，才能更好地进行数字媒体程序设计，并加以实现。但如果在教学中，理论讲解占去较多时间，留给学生自己完成课程设计的时间就会太少，同时老师也无法对实验过程进行较多的管理和指导。

（2）在本课程以往的教学过程中，从培养方式来说，面向应用的实验、实践太少，学生的兴趣不足，课堂教学效果不好；从内容组织来说，知识结构较单一，难以对数字媒体技术有全局性的认识，综合应用能力不强。

（3）由于理论和实验时间的不合理分配，要在学生掌握当前知识点的基础上，展开面向应用的实验、实践就变得不太可能。除了极少部分自觉性较好、领悟能力较强的学生外，大部分学生无法把理论知识、实验过程与实际应用问题联系起来，但对培养学生认识问题、解决问题的能力来说，是至关重要的。

因此，在本课程开展的过程中，必须引入翻转课堂的教学改革，用MOOC、自制视频资料等方式，从数学原理、知识背景、程序实验实现、综合应用，逐一引入，让学生在课外按在线学习的方式达到针对某一内容的基础知识储备和理解，在课堂中加强知识应用、分析、综合能力的培养，并进行评估。课堂中，针对每一知识点加强引导，帮助和促进学生把知识与实际应用相结合，完成面向应用的课程设计与实验，以达到提升学生思维和动手能力的作用。通过翻转课堂的设计，可以较好地提高学生的自主学习能力、创新能力和综合应用能力，提高学生对数字媒体方向的进一步理解，加强学生的综合竞争力。

2 数字媒体设计与开发课程的翻转课堂教学设计

2.1 教学模式设计

数字媒体开发与设计课程包括图形图像、音频、视频、动画、游戏等诸多内容，包含的知识丰富、涉及的领域广泛、要求的理论深厚、涵括的开发语言众多。课程将深入学习图形图像显示、存储、处理、应用的程序设计与实现，音频读写、存储、处理、应用的程序设计与实现，视频显示、存储、处理、应用的程序设计与实现，动画脚本程序的设计与实现、游戏及虚拟现实的设计与实现。

课程将通过录播课程的方式完成相关理论知识的引导和学习。在实施过程中，把每个知识与实际应用结合讲解，引导学生对所学知识的理解以及对应用问题的思考。课堂中以每个理论知识点的实例带入，通过实例方式引导学生掌握媒体技术各部分内容及知识点的程序设计和开发。教学过程中，重点体现设计和思维过程，消除相关理论与程序实现之间的鸿沟。

考虑软件工程学院学生所学平台和语言的差异性，在教学过程中，以一种开发工具为主，但不拘泥于某种固定的平台和语言，侧重思维过程和方式，让学习不同编程语言和平台的学生不会因为语言和平台而产生畏惧心理，同一个案例，可以用不同方式实现。例如可以VS 为主，在图形图像处理中，用VS+OPENCV、VS+OPENGL等平台和工具。同时，可加入基于Android/iOS的移动设备媒体开发，或以Python 等语言和平台实现。

入门期阶段，以“讲解+实验”的方式，充分调动学生的兴趣和动手能力，提高学生的实践水平。此阶段的课程内容以每部分的基础知识为主，如图像的读取、显示。

中后期阶段，课程以“讲述+启发+引导+实现+展示”的形式，给学生讲述某一知识点的应用环境及涉及的基础理论知识，启发学生对知识点的应用及其关键算法和软件开发的思考，引导学生对软件及相关算法分析和设计，并用相应的开发工具和程序设计语言现实算法及软件系统，最终把实现成果展示。此阶段的课程内容以每部分的核心理论知识为主，例如图像处理涉及的相关知识。

每个课程实验的开发工具和程序设计语言不限，学生可选择基于.net 和基于Java 等多种开发平台，最终实现的软件系统可以是面向PC 端的和（或）面向移动端的。

总体的教学模式框架见图1。

图1 课程教学模式框架

完整的教学过程包括课堂之内和课堂之外，在这个过程中教师和学生两个角色需同时作用。课堂之外：教师需要规划学生自主学习的内容、要求和目的，并提供学习的视频和讲义，在关键知识点提出启发性的思考问题；学生则根据要求展开自主学习，提前对相关知识进行熟悉和理解，对教师指出的关键知识点和问题进行思考和资料收集，提出和记录自己的问题和学习难点。课堂之内：教师围绕课堂主题对知识点进行讲述，重点收集和解决学生自主学习过程中提出的问题和难点，指明教学任务，引导教学任务，抛出设计思路和实验过程，最后对学生的完成过程和情况进行综合评定；学生则根据教师的引导和抛出的设计思路和实验过程，完成实验的设计和实现，并参与测评。

2.2 课程资源建设

让学生更好地自主学习，离不开好的课程资源建设。在教学改革过程中，可以建设以下课程资源。

（1）课程录播视频，对数字媒体技术基础所涉及的内容分专题制作录播视频，通过在线的录播课堂，学生可以更方便地对理论知识进行学习和复习。

（2）课程案例集，收集和制作数字媒体设计和开发课程内容相关的应用案例，以案例引导学生参与应用实践的兴趣和积极性。

（3）课程作品库，收集和制作学生课程中完成的优秀作品，并做点评，形成学生的优秀作品库，鼓励学生更多地参与到教学过程的各环节，吸引学生的学习兴趣，树立学生自心信。

2.3 过程监督与考试模式设计

数字媒体开发与设计课程重点体现对学生个人所学知识点的考核。课程开始之前，设置知识回顾环节，检查学生自主学习及知识掌握情况。课程中，完成课程讲述和面向全体学生的课程内容引导之后，要求学生完成一个实验方案的设计，检查每个学生的实验方案，提出修改和完善的指导意见。全程监控学生实验实现过程，记录学生课程表现情况、知识点掌握情况和实现完成情况。最后，要求学生对每次实验中的算法及程序设计思路进行记录，分析实验结果、总结实验过程。选择实验方案比较好、具有一定创新性的实验作品，让学生进行作品讲解和展示，引导学生们讨论，促进学生参与、相互学习、知识的相互补充和兴趣的相互带动。

本课程共64 学时，共设计包括针对基础知识和核心知识在内的14 个实验，每个实验4 学时，最后8 学时，要求学生分组完成一个课程项目。

考核时，每个实验根据记录的学生课程表现情况、知识点掌握情况和实现完成和分析情况进行评分，此部分成绩占70%。对具有一定应用性、创新性的实验，按完成情况进行评分，此部分成绩占15%。最后的小组课程项目占15%，用于考查学生分工合作完成项目的组织、协作、应用实践等综合能力。由项目小组对项目思路和实现过程进行讲解、展示和答辩，综合小组互评和老师评价给出项目组成绩。再按各小组成员的贡献比，把项目组成绩分配给各位小组成员。小组互评时，各个小组对其他组进行排序，序号唯一，成绩汇总时去掉最高分和最低分。

鼓励学生以课程作品参加“软件作品大赛”和“互联网+”等各种比赛，获奖个人和小组，另记综合表现分。考核成绩为优秀的个人及小组项目作品将加入课程资源作品库。

3 数字媒体设计与开发课程的翻转课堂教学模式应用情况

为了验证数字媒体设计与开发课程翻转课堂教学模式的应用情况，课程团队对改革过程中的数字媒体设计与开发课程及其后续课程数字媒体应用实践的学习情况进行了跟踪和分析。表1 展示了在相同考核方式和考核标准下，2015—2017年3 年选修数字媒体设计与开发课程的学生的课程成绩情况；表2 展示了在相同考核方式和考核标准下，2014—2017 年4 年选修数字媒体应用实践课程的学生的课程成绩情况（2014 年，数字媒体设计与开发课程还未改革，授课内容和考核跟后面几年不同，不作对比。另外，因2018年后课程有所调整，无法得到2018 年和2019 年相同条件下的两门课成绩）。

从表1 和表2 可以看出，数字媒体设计与开发课程翻转课堂教学模式改革后，数字媒体设计与开发和数字媒体应用实践课程成绩为A 等的学生比例逐年上升。特别地，在改革前后，数字媒体应用实践课程成绩情况有明显的变化，A 等的学生比例从改革前的17.74%，到2017 年变为36.08%。说明通过数字媒体设计与开发翻转课堂的设计和教学改革，可以更好地提高学生的自主学习能力，提升学生的创新能力和综合应用能力。

表1 数字媒体设计与开发课程2015—2017 年的成绩情况（%）

表2 数字媒体应用实践课程2014—2017 年的成绩情况（%）

4 结 语

面向软件工程的数字媒体设计与开发课程教学模式设计与应用中，引入MOOC、录播视频等基于翻转课堂的“讲述+启发+引导+实现+展示”教学模式，提高了学生的自主学习能力和学习兴趣以及实验、实践和创新应用能力。在课堂内，以实例和案例给学生以启发和问题思考，引导学生应用实践的方向，加强过程监督和管理，建立合理的考评方式。在课堂外，建设录播视频、案例集、作品库等课程资源，帮助学生更好地理解和掌握知识，促进教学相长。