立体化教学模式在数字图像处理课程教学中的应用
中图分类号：F240
文献标识码：A
文章编号：1004-4914（2016）01-241-03
一、前言
教育部在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2011-2020年）》中提出：“全面实施高等学校本科教学质量与教学改革工程，探索建立以学习者为中心的教学新模式，充分调动学生学习积极性和主动性。”可见，教学模式改革已经被视为提升高等教育教学质量的重要抓手。高校应适应时代发展需求，积极改进教育理念、教育思想和教学手段，着力探索和推进教学模式的转变。本文以数字图像处理课程教学为例，探索和实践利用网络、计算机技术，将立体化教学设计、立体化教学资源、立体化师生互动、立体化教学方法等有机组合在一起，使教学活动、实践内容、学习过程、监督管理串联成一个有机整体并最终使学习者能全方位立体化地进行学习。
二、教学现状分析
数字图像处理作为高校信息类专业的核心专业课程，不仅要求学生深谙课程重要原理的内涵，系统掌握专业技术知识，还要求学生能够通过实验和实践环节提升团队协作精神和动手与创新能力。然而，传统的教学模式难以兼顾学生夯实理论基础和提升实践能力的双重培养目标。结合笔者多年教学经验，分析和总结目前课程教学存在问题如下：
1.教学方法与教学手段单一，学生学习热情不高。课程教学按照传统教学模式，由教师通过黑板和多媒体课件授课方式，将教学内容单向地灌输给学生。这种讲授式的教学方法不能将复杂抽象的知识准确地传递给学生，导致学生无法深入理解原理内涵，难以真正实现知识的转化和应用。另外教学过程中缺乏互动和交流，学生的问题难以得到及时地解决，久而久之学生丧失了学习的热情，导致教学演变为教师的独角戏。
2.教学信息不对称，导致学生被动参与教学。尽管在授课准备阶段，教师对课程目标、教学方法、学习手段和实践目的等教学环节进行了精心的设计，但由于“教”与“学”之间存在信息的不对称，导致学生对相关要求没有清晰的认识，对教师的意图不够了解，使得学生只能被动地跟随教师完成设定的教学任务。
3.实验内容简单，实践能力提高有限。数字图像处理是一门理论与实践紧密结合的学科，尽管课程教学中也配置了实验环节，但由于学时的限制，开设的实验内容相对简单，且主要以演示性和验证性为主，学生参与实验的热情不高，影响了学生的创造力和想象力的发挥，动手实践能力提升十分有限。
4.传统的课程考核方式，难以全面考查学生能力。以试卷笔试为主的课程考核方式，只能对课程所涉原理、现象、规则等内容进行考查，缺少对知识应用及转化的实践技能的考核，学生的成绩不能全面反映学生的学习情况。
5.教学评价环节缺失，影响教学评估及整改。教学评价是分析教学质量的重要手段，但传统教学通常忽略了这个环节。教师无法了解学生及授课过程存在的问题，不能及时得到合理的教学反馈信息，教学评估无法实现，教学优化更是无从下手。
三、立体化教学改革方案设计
针对上述问题，笔者深入研究了立体化教学方法，结合课程特点及学生的实际需求，构建了适应本课程的立体化教学体系，并积极开展了教学改革与探索。
1.立体化教学的基本思想。立体化教学是基于现代教育学理念和现代社会对人才培养的要求，充分利用现代信息技术和教学设施，打破传统知识灌输的单一模式，在师生互动交流和生生互动协作基础上，引导学生通过静态的、动态的、理论的和实践的全方位方式和角度，综合应用多种教学方式，进行自主性、探索式学习，并在师生互动交流和生生互动协作学习中主动而又积极地建构本学科专业知识；实现抽象内容具体化、复杂过程简单化、教学方式多样化、教学目标全面化，实现教与学的立体交融。
2.基于立体化教学模式的教学改革方案。在教学过程中打破原有的教师讲授，学生被动参与的传统教学模式，采用立体化教学方法，充分利用现代化信息手段，将教学设计、学习资源、授课方法、师生互动等有机地融合在一起，使教学活动、学习过程、实践内容、考核评价串为一体，最终满足学生全方位立体化学习要求。数字图像处理立体化教学改革方案设计图如图1所示。
四、数字图像处理立体化教学改革实践
针对传统教学存在的问题，按照上述教改方案，积极从教学目标、课程资源、教学方法、教学过程、实验环节、考核方式和教学评价等七个方面进行改革尝试，经过两轮教学实践取得了较好的效果。
1.教学目标全面化。重视教学目标对教学活动的制约和导向作用，结合现代化人才培养要求，重新规划和制定教学目标。通过探究式学习提升学生自主学习能力，夯实理论基础和实践技能的学习。结合学科竞赛、科研项目和工程实际，增强学生对理论知识的实际应用与转化能力。注重教学互动和生生协作，培养学生团队意识和创新思维。将学习理论知识、提升实践能力和培养创新意识三者融为一体，构建符合新时期人才培养需求的全面化的教学目标。
2.课程资源立体化。打破传统教材单一的授课资源的限制，充分利用现代化信息技术手段，构建以多媒体资料和网络资源为补充的立体化教学信息资源库。教学过程中以传统纸质教材为基础，开展课程教学活动。通过CAI课件、动画和视频等流媒体数字资源，深入讲解和剖析复杂抽象的概念与理论知识。利用网络教学平台突破传统教学的时空局限，借助其双向沟通功能，将教材、电子教案、课件和题库等教学资源融为一体，最大限度地适应学习者的个性化需求，为学生的自主学习提供全方位的资源保障。 3.教学方法多样化。发挥各种教学方法的优势，促进理论知识学习和实践技能的提升。在理论学习阶段着重采用多媒体式授课方法，通过图文并茂和动画与视频等演示手段，使教学内容生动化、形象化，抽象知识具体化，加深学生对复杂理论的学习。在知识转化学习阶段采用案例式教学法，通过对具体案例的剖析，增强学生对原理内涵的理解，同时培养他们动手实践和分析与解决问题的能力。在知识运用提升阶段采用任务驱动式教学法，以任务覆盖知识面，用任务体系牵引和启发学生对知识的应用，提升学生自主探究学习及实践创新能力。
4.教学过程互动化。改变传统单向知识灌输式的教学过程，增强师生和生生间的交流与互动，激发学生参与教学的积极性和主动性。实际授课中，教师利用适当的教学方法，将课程目标和学习内容转化为师生和生生间的互动行为。通过采用问答、讨论、合作等多种形式，加强师生和生生间的多向互动，及时沟通想法、交换意见。课下师生可以通过网络互动平台进行答疑解惑，通过交流及时发现问题、解决问题，共同改进教学过程，提高教学和学习质量。
5.实验环节多元化。传统教学由于学时限制，导致实验内容偏少且过于简单。改革实践中，通过增设学时，添加设计性和综合性实验题目，构建模块化实验体系，调整和优化了实验学时与实验内容的配置。同时为便于开展实验教学，降低学生参与的难度，开发了实验教学软件。在验证演示实验中，鼓励学生利用虚拟建模手段进行原理仿真与结果展示。在设计和综合实验中，重视学生编程实践能力的培养，积极倡导多种编程实践模式。结合科研、项目开发和工程实践，综合运用MATLAB、VC++和OpenCV等多种实验手段。
6.考核方式综合化。摒弃传统教学“一人一卷”、“一考定论”的考核方式，注重对学生理论知识和实践能力的双重考核，同时加大对学习过程的考核比重。理论考核中，对单元知识测试可通过课程网站采用上机方式完成，综合知识考核采用传统的试卷形式完成，两者成绩按一定权重核算占课程考核分数的40%。对实践能力的评价可采用实验成果考核、专题报告考核、各类竞赛成绩评定和参与教师科研等多种形（下转第246页）（上接第242页）式，通过答辩方式完成，此项分数占课程考核分数的40%。另外，设定20%的分数用于对学生参与教学和实践的态度、方法、创新思维等方面进行考核。
7.教学评价体系化。教学评价是检验教学效果、促进教学工作的重要手段，也是传统教学所忽视的重要收官环节。改革实践中大力加强评价体系建设，充分发挥学生、同行、领导和专家等评价主体的作用，着重对教学目标、授课方法、实践手段和学习过程等教学环节进行评价，力争做到评价指标科学化、评价形式多样化、评价主体多元化、评价实施全程化。通过客观、合理的评价反馈，全面了解教师水平、学生状态和授课效果，为课程的进一步整改和优化提供依据。
五、结论
本文采用的立体化教学模式打破了传统教学种种弊端对教学活动的制约，通过重设教学目标、拓展教学资源、优化教学过程、加强评价反馈等改革措施，将相对离散的教学活动、实践内容、学习过程、监督管理串联成一个有机的整体，从本质上改变了“教”与“学”的关系。实践结果表明，立体化教学模式有助于调动学生学习的积极性、主动性，改善师生关系，增强团队协作意识，培养动手实践及创新能力，是一种切实可行且符合新时期高校人才培养要求的教学模式。
[黑龙江省高等学校教改工程项目“数字图像处理课程立体化教学模式的研究与实践”（JG2014011047）；黑龙江省高教综合改革试点专项项目“地方综合性高校应用型工科人才培养模式的改革与创新研究”和“基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践”。]
