任务驱动-小组协作教学法在《数字图像处理》课
发布时间:2017-09-29 08:36 来源:未知 点击:
任务驱动-小组协作教学法在《数字图像处理》课程中的实践应用
马宁，周则明，梁妙元，郑君杰
（中国人民解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京 211101）
摘 要：将任务驱动教学法与小组协作教学法相结合应用于《数字图像处理》的教学实践。以任务为主线将理论知识有机融合，以小组协作为手段激发学生的学习兴趣，从而加深学生对课程内容的理解。教学实践表明任务驱动结合小组协作的教学方法能够全面提升学生的学习主动性，有利于提高学生分析并解决实际问题的能力。
关键词：任务驱动；小组协作；数字图像处理
The Practice and Application of the Task-driven and Group Collaboration Teaching Method in Digital Image Processing Teaching
Ma Ning，Zhou Zeming，Liang Miaoyuan，Zheng Junjie
（College of Meteorology and Oceanography,PLA University of Science & Technology，jiangsunanjing 211101）
Abstract：Task-driven teaching method and group collaboration teaching method are combined together in the teaching practice of digital image processing. Taking the task as the main line of the organic integration of theoretical knowledge, the group collaboration as a means to arouse students’ learning interest, and thus deepen the students’ understanding of the course content. The practice has shown that the teaching method can improve students’ comprehensive abilities and motivate their learning initiative.
Key words：task-driven; group collaboration; digital image processing
《数字图像处理》课程的实践性和理论性都较强，课程教学中经常涉及大量的数学公式与理论推导，这对学生的数学基础要求比较高；而理论知识还需要编程具体实现，这又对学生的编程能力提出了要求。目前，传统的以课堂讲解为主的教学模式主要面临两个难题：（1）学生对于课堂上大量的数学公式和枯燥的理论推导缺乏兴趣，很难理解抽象的课程理论内容；（2）学生对于实践运用比较感兴趣，但是在前期的课程学习中仅仅学过基础程序设计语言（如C、C++等），对于高级编程语言（如C#、MATLAB等）的接触较少或根本没有，很难编程实现具体理论。这就造成了学生对课堂所学知识理解不够、不透或不知如何运用，继而缺乏学习兴趣和学习动力，学习效果很差，最终导致课程的教与学严重脱节。
针对上述教学现状，我们将“任务驱动”教学法与“小组协作”教学法的各自优势相融合探索出了一种实用的教学方法。该方法按照“以学生为主体、以教师为主导、以兴趣为牵引、以任务为驱动”的教学思路，利用实践促进并巩固学生课堂理论的学习兴趣，从而加强对学生综合能力的锻炼。
一、“任务驱动”与“小组协作”的内涵
任务驱动教学法能够很好应用于以实验性、实践性与操作性较强的教学内容，它富有趣味性，能充分激发学生的学习动机与好奇心，它把与教学内容紧密结合的任务作为载体，使学生在完成特定任务时获得知识与技能。小组协作学习起源于20世纪70年代，是以小组活动为主体而进行的一种教学活动，它将教学与社会心理学的合作原理相融合，强调人际交往对于认知发展的促进功能。小组协作学习将班组授课制条件下学生个体间的学习竞争关系转变成“组内合作”、“组际竞争”关系，将传统教学与师生之间单向或双向交流转变为多向交流，不仅提高了学生的学习速度和教学效率，同时也促进了学生间良好的人际合作关系，增强了学生的心理品质和社会技能的发展。
任务驱动-小组协作教学是指学生采用小组学习的形式，合力完成课程任务的一种新型教学方式。它融合了“合作探究”与“任务驱动”两种教学方式的优点，现已被应用于一些教学实践中。在任务驱动-小组协作教学中，教师不再担任传统教学中的主讲者，而是将课堂的主动权交给学生，充分体现学生的主体性和能动性。教学过程中，以任务驱动为主线将枯燥乏味的理论知识有机融合，以小组协作为手段调动学生的积极性和主动性，从而完成课堂内容的教学和理解。
二、任务驱动-小组协作教学方法的实践应用
我们将任务驱动-小组协作的教学思想与《数字图像处理》课程的教学过程进行结合，探索出了一种实用的教学方法，其实施主要包括以下五个重要组成部分：
1.教学任务的设置。科学的选题是确保整个任务能够顺利实施的前提条件。任务的设置既要让学生感兴趣，又要与教学内容紧密结合。任务主要来源于科研项目成果和最新研究热点，比如卫星遥感图像的条带噪声去除、机场目标检测等。教师将最新的科研成果和研究热点及时引入课堂教学，能够培养学生的科研兴趣，促进他们较早地参与科学研究，锻炼科学研究能力与创造能力。在第一次课上就对任务进行介绍，让学生初步认识每个任务所涉及的图像处理领域。要求学生围绕该任务开展自主学习，并在规定时间内完成学习任务的选择。
2.协作小组的分工。结构合理的协作小组是开展小组协作学习的基础，这决定着后面的小组协作能否顺利高效的开展。教学中遵循“各组实力尽量均衡”的原则，依据学生自主学习、组织协调、口头表达、编程实现等具体情况进行分组，同时，每组指定一名组长，负责协调整个小组的工作开展，每个学生都要承担一部分的工作，并在课堂上代表小组进行阶段汇报。
3.教学内容的设计。教学内容的设计是开展小组协作任务的核心。整门课程的教学内容的组织与课堂设计应该围绕具体任务来进行，注重针对课题内容启发学生思考和进行拓展学习。对于涉及的重难点问题采用子专题方式进行授课。在每个子专题授课前首先布置学生自学相关的背景介绍，启发学生开展自主思考。课堂讨论中引导学生发现并提出问题，逐步提出问题的基本解决思路。课后积累解决问题所必需的基础知识，获取解决问题的方法和手段并编程实现，最后对专题涉及问题进行总结和归纳。实践环节选择了MATLAB作为编程工具。与VC 等复杂的编程环境相比，MATLAB更为简单，自带的图像处理工具箱集成了大量的图像处理函数，可以帮助学生方便的实现如对比度反转、直方图均衡化、分水岭分割等经典的图像处理算法，有利于学生快速上手，将主要精力放在对算法思想的理解上，从而调动学生的学习主动性。程序代码也更易于理解，这也有助于教师对程序的讲解。
4.参与积极性的调动。成员参与的积极性是小组协作任务顺利进行的催化剂。课堂理论内容尽量“精且少”，讲解方式应该以学生自学讨论为主、教师讲解为辅，避免过深、过泛的内容讲解，不断将最新的研究成果和国内外前沿知识引入课堂，拓展本科学习的深度与广度，实现“科研反哺教学”，调动学生的学习动力和积极性，加强学生对学科的认识和了解。通过投票评选最佳表现组员等多种方式，使学生在小组协作教学过程中获得成就感、增加自信心。
5.评价方式的选择。课程的评价方式是保证小组协作取得理想效果的关键，同时也决定了学生参与小组协作任务的主动性与积极性。传统的“平时成绩+闭卷考试”的评价方式只会让学生将注意力放在背记考点上。课程提高了平时成绩所占比重（由原来的30%提高到50%），要求每个小组在课程教学过程中完成“五个1”任务，即根据1个实际问题，精读1篇文献，提出1种解决方法，编程实现1种算法，撰写1篇小论文。根据小组成员的完成情况和解决问题的能力进行评分。考试采用开卷笔试的方式，从考察学生分析问题和解决问题的能力的角度设计考试题目，重点考核学生对数字图像处理技术基础理论的宏观掌握。这种考核方式能够充分检验学生对课程重难点内容的掌握程度，确实地激发他们对于学习的积极主动性和提高动手实践能力。
三、结语
通过匿名问卷的方式调查学生对课程教学的真实感受，大部分学生反映课题任务的设置是比较合适的，有助于课程知识点的深入理解，所有学生都认为相对于个体学习的方式，采用小组协作学习方式的学习效率更高，部分学生表示对于为什么要学以及学了之后如何运用有了更深入的理解和认识。本文针对《数字图像处理》课程的特点，结合多年教学实践，探索出了一种融合任务驱动与小组协作的综合教学方法。利用小组协作的教学方式巩固学生对课堂理论的理解、激发他们的学习兴趣和提升学习主动性，通过任务驱动的方式，培养学生的分析问题、自主学习、编程实现、总结表达和解决实际问题的能力，让学生真正的学以致用。
作者简介：马宁（1977- ），男，江苏南京，讲师，博士，研究方向: 计算机辅助教育、数字图像处理等。
基金项目：解放军理工大学教育教学研究项目（GJ1406028）
参考文献
[1]郭绍青.任务驱动教学法的内涵[J].中国电化教育.2006,234(7):57-59.
[2]汪金强.提高自主合作探究性语文课堂的效率[J].东方教育,2011,(2):36.
[3]杨爱鑫.信息技术教学中基于任务驱动的小组合作教学法初探[J].教育与职业,2009,(6):142-143.
[4]吴海花,王连山.计算机软件项目教学改革的实践与探索—基于“任务驱动”的小组协作教学模式[J].考试周刊,2009,23:11-12.
[5]刘文杰,吴婷婷,郑玉.基于任务驱动的小组协作Java教学模式研究[J].计算机教育,2010,(20):55-57,61.
[6]贺斌.基于小组协作的"任务驱动"式教学探微[J].甘肃联合大学学报（自然科学版）,2008,22(1):102-105.
[7]徐永明.浅谈计算机教学中基于“任务驱动”的小组合作学习法[J].时代教育,2013,(8):59-60.
[8]曲凌.任务驱动的小组教学法在实践教学中应用[J].实验室研究与探索,2014,33(6):200-203.
马宁，周则明，梁妙元，郑君杰
（中国人民解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京 211101）
摘 要：将任务驱动教学法与小组协作教学法相结合应用于《数字图像处理》的教学实践。以任务为主线将理论知识有机融合，以小组协作为手段激发学生的学习兴趣，从而加深学生对课程内容的理解。教学实践表明任务驱动结合小组协作的教学方法能够全面提升学生的学习主动性，有利于提高学生分析并解决实际问题的能力。
关键词：任务驱动；小组协作；数字图像处理
The Practice and Application of the Task-driven and Group Collaboration Teaching Method in Digital Image Processing Teaching
Ma Ning，Zhou Zeming，Liang Miaoyuan，Zheng Junjie
（College of Meteorology and Oceanography,PLA University of Science & Technology，jiangsunanjing 211101）
Abstract：Task-driven teaching method and group collaboration teaching method are combined together in the teaching practice of digital image processing. Taking the task as the main line of the organic integration of theoretical knowledge, the group collaboration as a means to arouse students’ learning interest, and thus deepen the students’ understanding of the course content. The practice has shown that the teaching method can improve students’ comprehensive abilities and motivate their learning initiative.
Key words：task-driven; group collaboration; digital image processing
《数字图像处理》课程的实践性和理论性都较强，课程教学中经常涉及大量的数学公式与理论推导，这对学生的数学基础要求比较高；而理论知识还需要编程具体实现，这又对学生的编程能力提出了要求。目前，传统的以课堂讲解为主的教学模式主要面临两个难题：（1）学生对于课堂上大量的数学公式和枯燥的理论推导缺乏兴趣，很难理解抽象的课程理论内容；（2）学生对于实践运用比较感兴趣，但是在前期的课程学习中仅仅学过基础程序设计语言（如C、C++等），对于高级编程语言（如C#、MATLAB等）的接触较少或根本没有，很难编程实现具体理论。这就造成了学生对课堂所学知识理解不够、不透或不知如何运用，继而缺乏学习兴趣和学习动力，学习效果很差，最终导致课程的教与学严重脱节。
针对上述教学现状，我们将“任务驱动”教学法与“小组协作”教学法的各自优势相融合探索出了一种实用的教学方法。该方法按照“以学生为主体、以教师为主导、以兴趣为牵引、以任务为驱动”的教学思路，利用实践促进并巩固学生课堂理论的学习兴趣，从而加强对学生综合能力的锻炼。
一、“任务驱动”与“小组协作”的内涵
任务驱动教学法能够很好应用于以实验性、实践性与操作性较强的教学内容，它富有趣味性，能充分激发学生的学习动机与好奇心，它把与教学内容紧密结合的任务作为载体，使学生在完成特定任务时获得知识与技能。小组协作学习起源于20世纪70年代，是以小组活动为主体而进行的一种教学活动，它将教学与社会心理学的合作原理相融合，强调人际交往对于认知发展的促进功能。小组协作学习将班组授课制条件下学生个体间的学习竞争关系转变成“组内合作”、“组际竞争”关系，将传统教学与师生之间单向或双向交流转变为多向交流，不仅提高了学生的学习速度和教学效率，同时也促进了学生间良好的人际合作关系，增强了学生的心理品质和社会技能的发展。
任务驱动-小组协作教学是指学生采用小组学习的形式，合力完成课程任务的一种新型教学方式。它融合了“合作探究”与“任务驱动”两种教学方式的优点，现已被应用于一些教学实践中。在任务驱动-小组协作教学中，教师不再担任传统教学中的主讲者，而是将课堂的主动权交给学生，充分体现学生的主体性和能动性。教学过程中，以任务驱动为主线将枯燥乏味的理论知识有机融合，以小组协作为手段调动学生的积极性和主动性，从而完成课堂内容的教学和理解。
二、任务驱动-小组协作教学方法的实践应用
我们将任务驱动-小组协作的教学思想与《数字图像处理》课程的教学过程进行结合，探索出了一种实用的教学方法，其实施主要包括以下五个重要组成部分：
1.教学任务的设置。科学的选题是确保整个任务能够顺利实施的前提条件。任务的设置既要让学生感兴趣，又要与教学内容紧密结合。任务主要来源于科研项目成果和最新研究热点，比如卫星遥感图像的条带噪声去除、机场目标检测等。教师将最新的科研成果和研究热点及时引入课堂教学，能够培养学生的科研兴趣，促进他们较早地参与科学研究，锻炼科学研究能力与创造能力。在第一次课上就对任务进行介绍，让学生初步认识每个任务所涉及的图像处理领域。要求学生围绕该任务开展自主学习，并在规定时间内完成学习任务的选择。
2.协作小组的分工。结构合理的协作小组是开展小组协作学习的基础，这决定着后面的小组协作能否顺利高效的开展。教学中遵循“各组实力尽量均衡”的原则，依据学生自主学习、组织协调、口头表达、编程实现等具体情况进行分组，同时，每组指定一名组长，负责协调整个小组的工作开展，每个学生都要承担一部分的工作，并在课堂上代表小组进行阶段汇报。
3.教学内容的设计。教学内容的设计是开展小组协作任务的核心。整门课程的教学内容的组织与课堂设计应该围绕具体任务来进行，注重针对课题内容启发学生思考和进行拓展学习。对于涉及的重难点问题采用子专题方式进行授课。在每个子专题授课前首先布置学生自学相关的背景介绍，启发学生开展自主思考。课堂讨论中引导学生发现并提出问题，逐步提出问题的基本解决思路。课后积累解决问题所必需的基础知识，获取解决问题的方法和手段并编程实现，最后对专题涉及问题进行总结和归纳。实践环节选择了MATLAB作为编程工具。与VC 等复杂的编程环境相比，MATLAB更为简单，自带的图像处理工具箱集成了大量的图像处理函数，可以帮助学生方便的实现如对比度反转、直方图均衡化、分水岭分割等经典的图像处理算法，有利于学生快速上手，将主要精力放在对算法思想的理解上，从而调动学生的学习主动性。程序代码也更易于理解，这也有助于教师对程序的讲解。
4.参与积极性的调动。成员参与的积极性是小组协作任务顺利进行的催化剂。课堂理论内容尽量“精且少”，讲解方式应该以学生自学讨论为主、教师讲解为辅，避免过深、过泛的内容讲解，不断将最新的研究成果和国内外前沿知识引入课堂，拓展本科学习的深度与广度，实现“科研反哺教学”，调动学生的学习动力和积极性，加强学生对学科的认识和了解。通过投票评选最佳表现组员等多种方式，使学生在小组协作教学过程中获得成就感、增加自信心。
5.评价方式的选择。课程的评价方式是保证小组协作取得理想效果的关键，同时也决定了学生参与小组协作任务的主动性与积极性。传统的“平时成绩+闭卷考试”的评价方式只会让学生将注意力放在背记考点上。课程提高了平时成绩所占比重（由原来的30%提高到50%），要求每个小组在课程教学过程中完成“五个1”任务，即根据1个实际问题，精读1篇文献，提出1种解决方法，编程实现1种算法，撰写1篇小论文。根据小组成员的完成情况和解决问题的能力进行评分。考试采用开卷笔试的方式，从考察学生分析问题和解决问题的能力的角度设计考试题目，重点考核学生对数字图像处理技术基础理论的宏观掌握。这种考核方式能够充分检验学生对课程重难点内容的掌握程度，确实地激发他们对于学习的积极主动性和提高动手实践能力。
三、结语
通过匿名问卷的方式调查学生对课程教学的真实感受，大部分学生反映课题任务的设置是比较合适的，有助于课程知识点的深入理解，所有学生都认为相对于个体学习的方式，采用小组协作学习方式的学习效率更高，部分学生表示对于为什么要学以及学了之后如何运用有了更深入的理解和认识。本文针对《数字图像处理》课程的特点，结合多年教学实践，探索出了一种融合任务驱动与小组协作的综合教学方法。利用小组协作的教学方式巩固学生对课堂理论的理解、激发他们的学习兴趣和提升学习主动性，通过任务驱动的方式，培养学生的分析问题、自主学习、编程实现、总结表达和解决实际问题的能力，让学生真正的学以致用。
作者简介：马宁（1977- ），男，江苏南京，讲师，博士，研究方向: 计算机辅助教育、数字图像处理等。
基金项目：解放军理工大学教育教学研究项目（GJ1406028）
参考文献
[1]郭绍青.任务驱动教学法的内涵[J].中国电化教育.2006,234(7):57-59.
[2]汪金强.提高自主合作探究性语文课堂的效率[J].东方教育,2011,(2):36.
[3]杨爱鑫.信息技术教学中基于任务驱动的小组合作教学法初探[J].教育与职业,2009,(6):142-143.
[4]吴海花,王连山.计算机软件项目教学改革的实践与探索—基于“任务驱动”的小组协作教学模式[J].考试周刊,2009,23:11-12.
[5]刘文杰,吴婷婷,郑玉.基于任务驱动的小组协作Java教学模式研究[J].计算机教育,2010,(20):55-57,61.
[6]贺斌.基于小组协作的"任务驱动"式教学探微[J].甘肃联合大学学报（自然科学版）,2008,22(1):102-105.
[7]徐永明.浅谈计算机教学中基于“任务驱动”的小组合作学习法[J].时代教育,2013,(8):59-60.
[8]曲凌.任务驱动的小组教学法在实践教学中应用[J].实验室研究与探索,2014,33(6):200-203.
