游戏化的《图像处理技术》实践课程探索

广东理工学院 周 莹

《图像处理技术》是计算机视觉的核心基础课程之一，而打造新一代的信息化技术，形成数字化、智能化的立体式管理的新型制造业，计算机视觉是必不可少的。借鉴游戏中的激励机制，针对《图像处理技术》的实践课程，从激发学生内在和外在动力，打造学习社群的方面出发，进行实践课程改革实践。通过搜集学生反馈，得知学生的积极性有一定提高，学生对于趣味性教学方式接受程度高。

应对新一轮的科技革命和产业革命趋势，保持经济高质量的发展，都离不开制造业的发展。将新一代信息技术，例如互联网、大数据、云计算、人工智能等，与制造业进行融合发展，加强对制造业全要素、全流程、全产业链的管理和改造，提升制造业的数字化、网络化和智能化水平，可以带动制造业高质量发展。特别是要将智能化技术全方面融入工业产业实现数字化管理、网络化协同和智能化管控，形成较为完善工业互联网体系。这其中机器视觉技术是必不可少的，而《图像处理技术》作为机器视觉的一门核心基础课程，其重要性不言而喻。

《图像处理技术》是电子信息类专业最为重要的专业课程之一，也是学习机器视觉学习的先导课程。作为一门实践性要求高，应用于产业前沿的课程，以老师演示，学生练习为主的传统的教学方式，呈现出明显后继无力的状况。在教学过程中发现，学生初接触图像处理的实践课程时，具有一定的好奇心和兴趣，但是一段时间之后，就出现学有乏力的情况。出现此类问题，主要在于没有持续的激励机制，没有激发学生的内在的学习动力，形成良好的学习氛围。针对这些问题，借鉴游戏的激励机制，引入《图像处理技术》的实践课程教学中，并不断更新实践课程内，跟上实际工作的步伐。

何谓“游戏化”，游戏化指的是将游戏中设计理念、设计元素和设计机制应用于其他领域。这种方式会增加任务的趣味性，激发人们的深层动机，提升完成任务的效率。基于此理念，游戏化也被应用于教学情境中。这里主要是指将游戏的激励机制引入实践教学中。游戏总是能吸引人持续投入，就是其有一套完善的激励机制，使人期待、使人行动、给人反馈，形成循环。本文依据游戏中的激励机制，从学生的自身动力，来自外部的激励和创造竞争的环境等几个方面入手，最终形成一种互相促进的良性循环。

1 游戏化的激励机制

1.1 激发内在动力

设计合理的难度挑战曲线与明确的晋级路线。在游戏中，玩家有非常清晰和明确的目标与升级路线，完成自己所在级别的任务，就可以进入下一级别，并且的任务难度与现有级别是适配的，是需要“够一够”就能完成的任务。在教学过程中，如果实践内容太难，学生较为容易放弃，实践内容太过简单，学生又觉得太无趣，设置难度适当的内容是必要的。除了难度的设置，还有有明确的学习路线，让学生知道还需要做的什么，还没有做到的是什么，以及如何做到。这样学生的主动性会被激发，指导自己该如何做。同时，漫长的学习过程会消磨学生的耐心，要让学生对于自己处于何种位置，距离最终完成游戏还有多远。

1.2 激发外在动力

即时且直观的奖励是游戏中最为重要的激励机制之一，游戏过程中过程中，当玩家完成任务后，会收到金币奖励甚至伴有一定的音效，主要的目的就是强化正反馈。在教学过程中，即时的反馈会让学生对自己的表现有一个快速的判断，帮助学生在学习过程中调整自己，也可以激励学生不断进步得到更多奖励。除了即时奖励，还必须考虑到学习过中，需要一定积累才能有成效的情况。可以借鉴游戏中奖章奖励，在积累了一定量之后，获得对应的称号。这对于激励学生克服眼前的枯燥，坚持长期目标的学习有一定的激励作用。

1.3 创造整体氛围

在游戏过程中，时常需要组队等情况，玩家之间就会互相合作，同时，玩家之间有互相竞争。但不论是竞争还是合作，都在玩家之间建立联系，增添玩家对游戏的黏度与忠诚度。同时，游戏过程中会出现，玩家分层的情况，有的越来越强，越来越投入，而又的越来越弱，越来越不想投入其中，于是游戏中为了平衡这种情况，会随机搭配不同程度的玩家，让较为弱势的玩家受到鼓励，较为强势的玩家能够有机会带动和领导其他玩家。这样的方式造就了整体的氛围，身处于环境中会受到感染，得到强化。

2 《图像处理技术》课程改革实践

2.1 点亮技能树

基于游戏设计中适当的难度曲线与晋级路线，在实践教学过程中，为学生设计技能树，技能树的最终点是完成一个简易的数字图像处理软件，由此而延伸出图像预处理、图像分割、图像特征提取和图像识别等分支，而图像预处理又可以延伸出图像灰度变换、图像平滑和图像锐化等分支，依次类推，将实践课程中需要掌握的技能，展开在技能树上，学生的学习过程就是点亮技能树的过程。

在学生点亮技能树的过程中，教师主要处理以下两类问题：一是遇到难度较大的技能点时，给学生讲解与演示，降低学习难度，减少因畏难情绪而放弃的情况；二是给出整体情况的反馈，在每个技能点上学生整体的情况，每个学生攀爬技能树的情况，定期反馈给学生。

2.2 奖惩游戏与数据追踪

基于游戏中的奖励机制，在教学过程中，针对短时学习与长时学习进行外部奖励。每当学生点亮技能树上技能点时，根据每个技能点难度的不同，获得不同的积分。若第一次失败，再次挑战仍然可获得对应积分，每个技能点积分只能获取一次。每次实践课程中，前三名完成的同学可以获得额外积分。而在每一个大的完整的技能块完成后，统计该段时间内，学生的积分情况，对于名列前茅的同学和取得较大进步的同学，奖励定制版的实物奖章和学习用品。

2.3 创设学习社群

在实践教学过程中，同样可以借鉴游戏中组队的方式，增添学生之间的互动，通过活动增强学生对于群体的归属感，最终形成自发的学习。将班级建设为学习社群，在社群中学生可以再次组队，整个社群需要完成对应的打卡任务好共同学习任务。包括以某一个小项目为题，例如“恢复因抖动而模糊的图像”，学生自行组队进行解决，每位同学都必须担任至少一次组长。以及要求每个小队搜集现有的图像处理技术的应用，并进行展示与演讲，评选出优秀团队与组长进行奖励。

3 评价与展望

为提升《图像处理技术》这么课程的实践课程效果，借鉴游戏中的激励机制，增强课程趣味性，激发学生深层次的动力，将班级打造为学习社群，通过学生互动，增强其对社群归属感，创造良好的学习氛围，形成学生之间互相促进的良性循环。实践展开后，搜集爱学生的反馈意见，许多学生更倾向于这种具有一定趣味性的学习方式，不喜欢枯燥的学习方式，也反馈了自己学习积极性有一定的提高，仍有少数学生没有积极参与其中，认为要完成学习任务太多，在这方面仍有待改进。