基于混合式教学的“数字图像处理”课程建设

徐志刚 朱红蕾

[摘 要] “数字图像处理”课程理论性强、公式繁杂，主要章节间缺乏连贯性，学生学习难度较大。此外，传统的课程教学只注重图像处理算法原理讲解，忽视学生创新意识、思想道德和团队精神的培养。针对这些问题，基于OBE理念，开展了“数字图像处理”混合式教学课程建设。通过突出学生中心、重新构建课程知识体系、融入任务式学习方法和课程思政元素、改变课程考核模式等途径，提升课程的“两性一度”。通过三年的教学实践，“数字图像处理”混合式教学课程建设取得了显著的成效。

[关键词] 数字图像处理;混合式教学;OBE;任务驱动;课程思政

[基金项目] 2017年度国家自然科学基金项目“基于稀疏建模的褪色/变色石窟壁画彩色图像超分辨率重建方法研究”（61761028）;2019年度教育部产学合作协同育人项目“基于沉浸式任务驱动的数字图像处理云课程建设”（201902072038）;2019年度甘肃省教育厅大学生就业创业能力提升项目“基于多学科融合策略的‘大数据+大学生创业能力提升实践”（902022）

[作者简介] 徐志刚（1977—），男，甘肃张掖人，博士，兰州理工大学计算机与通信学院副教授，主要从事图像和视频处理、机器学习研究;朱红蕾（1977—），女，山东聊城人，硕士，兰州理工大学计算机与通信学院副教授，主要从事图像和视频处理、机器学习研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）34-0115-04   [收稿日期] 2021-05-29

一、引言

自2016年中国正式加入《华盛顿协议》以来，工程教育专业认证工作在国内各高校得到了广泛响应。这一工作的深入开展对于我国工程技术领域人才培养模式的变革具有重要意义[1]。工程教育专业认证的核心是基于学习产出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE）。OBE教育模式强调“学生中心、成果导向、持续改进”，重视学生能力的培养和素质的提高[2]。在此背景下，OBE理念逐渐成为国内工科专业课程建设与改革的指导依据[3]。

目前，基于OBE理念，国内众多高校的学者针对不同课程的建设开展了一系列探索。比如，王永泉等[4]基于OBE理念，对课程教学设计、教学实施和课程评价各关键环节的原则、要点和形式标准进行了探讨。崔文超等[5]基于OBE理念，提出通过基于项目驱动的教学方法对“数字图像处理”课程进行改革。田伟等[6]对“数字图像处理”课程的教学目标、内容和考核模式进行改革，突出了以学生为主体、以成果为导向的教学模式创新。夏润秋等[7]通过设置不同阶段的项目，培养并提高学生对数字图像处理相关知识的理解与运用能力。曲蕴慧[8]针对混合式教学课程特点，将OBE理念与混合式学习方法有机结合，通过重设课程目标、改进教学方法和考核评价认定标准，促进了教学效果以及学生综合能力的提高。上述这些工作，为OBE理念下的课程建设提供了宝贵经验。

“数字图像处理”是面向计算机科学与技术等专业开设的一门必修课程。近年来，随着人工智能技术和大数据处理技术的发展，对图像和视频数据处理的需求快速增长，“数字图像处理”课程的重要性也日益凸显。因此，基于OBE理念，探索“数字图像处理”课程混合式教学的组织模式及内涵建设具有积极意义。

二、“数字图像处理”传统教学中存在的问题

“数字图像处理”课程主要包括图像处理和图像分析两部分内容。由于数字图像处理的主要章节相对独立、缺乏连贯性，课程理论性强、公式复杂、概念抽象，涉及的理论和方法既包含时域（空域）和变换域（频域为主），也包含线性代数、概率统计、信息论、集合论、信号处理等学科的知识，对于普通本科院校数学基础一般的学生而言，难度较大。同时，传统的“数字图像处理”课程教学模式还存在以下几方面的问题。

（一）课程采用“一言堂”的教学模式，学生参与度不高

传统的“数字图像处理”课程教学以课堂讲授为主。学生往往刚接触這门课时有一定的兴趣，认为图像处理内容新鲜有趣，但一旦涉及复杂度较高的章节，这种视觉冲击产生的兴趣则很快消失。同时，在课堂教学过程中，学生处于被动接受的状态，参与度不高。这显然有违“以学生为中心”的OBE理念，同时也不利于学生学习主动性的培养。

（二）课程教学质量难以持续提高

数字图像处理知识点繁多，教学内容丰富，应用性强。受学时等因素的制约，要对课程涉及的众多知识点都进行详细讲解并让学生消化理解是比较困难的。这导致很多学生对于课程内容囫囵吞枣，难以形成知识点之间的有效联系和系统化的知识体系，从而使得教学质量大打折扣。

（三）课程提供的学习资源有限

在以往的教学过程中，受授课条件限制，提供给学生的学习资源除了教材、参考书之外就是课堂上教师讲解过程中提供的应用案例。这些学习资源总量非常有限，难以满足不同层次学生个性化的需求。

（四）课程教学未考虑思想政治元素的嵌入

以往的教学设计主要考虑知识的传授，在教学内容及教学方法方面都缺少思想政治教育内容的嵌入，对于课程中蕴含的思想政治元素也未能充分挖掘。

三、“数字图像处理”混合式教学课程建设

（一）混合式教学课程建设概况

基于OBE理念，规划了“讲授+在线课程”的混合式教学模式。“数字图像处理”混合式教学课程平台自2018年开始建设。课程平台按照“课程资源”“活动库”“作业库”“任务库”和“试卷库”模块进行内容组织。经过三个年度的建设和运行，在课程内容建设、学生实践能力和学习主动性提升、教学质量促进等方面，“数字图像处理”混合式课程均取得了良好的效果。