“碎片化学习”在计算机图像处理课程中的实践与探索
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作者:郭永芳 彭玉青 黄凯
摘 要：随着移动互联网和移动智能终端的发展，“碎片化学习”已成为一种新型学习方式。文章以计算机图像处理课程为例，从碎片化教学内容的设计、学习方式以及多元化考核评价方面对“碎片化学习”展开研究，旨在使其成为课堂教学的有利拓展，助力学生深入掌握课程内容，实现课程教学目标，提高教学质量，并培养学生创新能力。
关键词：移动互联网，“碎片化学习”，图像处理，创新能力
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2020）32-0003-02
DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2020.32.001
大学教育，既要让学生系统学习专业理论知识，又要提高学生创新能力[1]。学校主要通过开展课堂教学和课外拓展对学生进行素质教育和能力培养。课堂教学属于集中授课范畴，是教育的基础。课外拓展一是采用课程实践方式让全部学生参与进来，二是通过采用项目或竞赛的方式让少数学生参与进来，提高学生的实践和创新能力。因此课堂教学是基础，课外拓展是课堂教学的拓展和延伸。
目前多数高校都在进行学分改革，减少课堂教学学时，增加课外拓展中的实验和实践学习。然而，减少课堂教学学时并不意味着减少教学内容，而是要改革教学方式，提高课堂教学质量，增强课外拓展内容，更有效地利用学生的学习时间，全面提高其创新能力。
此外，随着大数据时代移动互联网的飞速发展、智能手机的普及以及应用程序操作简单化和便利化，教育事业出现了重要变革：（1）慕课（massive open online courses， MOOC）、小规模限制性在线课程（small private online courses， SPOC）、微课、微视频等“碎片化学习”模式的蓬勃发展，增加了教学形式的多样化和灵活性。（2）大学生的日常生活也发生了巨大的变化，手机正在全面占领学生的业余时间，甚至学习时间。
如何利用好信息时代移动终端这把双刃剑，将其转化为提高学生学习能力和创新能力的工具，是高校教育改革的一个重要方向。
一、碎片化学习的概念和特点
“碎片化学习”方式已经逐渐融入我们生活的各个方面[2]，其打破了学生数量的限制和时空的限制，可以随时随地获取个性化学习资源，已经成为学习者拓展学习和训练，快速获取知识的一种新型学习方式。“碎片化学习”中学习者运用全新的思维方式，利用碎片化时间或碎片化阅读，从互联网中挖掘有意义的只是碎片，并对其进行存储、汲取、加工和构建等。在知识经济时代，“碎片化学习”的出现和普及，对传统的整体化学习方式形成了完美的补充。“碎片化学习”的相关研究在国外开展较早，经过多年发展，在理论和实践层面都取得了一系列进展。国内对碎片化学习的相关研究虽然晚，但是发展迅速，主要集中在理论层面的研究，很少有实践方面的研究。目前，学术界有很多关于“碎片化学习”概念的界定，总结起来主要体现在几点：（1）知识碎片化，学习内容通过分割，使得学习者能够在零散时间进行学习，并且可以重点学习对自己更有帮助或者启发的部分内容;（2）时间碎片化，学习者可以利用各种零碎时间进行碎片化阅读，从互联网中挖掘有意义的信息;（3）地点碎片化，学习者可以借助智能终端和网络随时随地进行学习;（4）方式多元化，学习内容可以多种形式呈现，如微课、SPOC、微视频、调查问卷、互动视频等，使学生能够方便快捷且生动地进行学习。然而，碎片化学习方式的单位学习时间较短，学习者仅针对小知识点进行学习，缺乏对整个知识体系的系统化掌握[3]。因此，如何在课程中利用“碎片化学习”的优势，摒弃其缺点，是“碎片化学习”的重要研究内容之一。
二、碎片化学习的实践——以计算机图像处理课程为例
计算机图像处理课程本质上是一门将数学算法应用于图像中解决工程问题的课程。通常面对数学，学生有畏难情绪。然而，如果能够学会如何分析问题，如何用数学去解决实际生活中的问题，会大力激发学生的學习热情，培养其专业兴趣，并提高其创新能力。基于此，笔者以计算机图像处理课程为例，对基于课程的“碎片化学习”进行研究，旨在使其成为课堂教学的有利辅助，以期提高学生学习兴趣和创新能力。
（一）教学内容的整体化+碎片化设计
“碎片化学习”时间较为零散，内容不宜过多，但仍旧需要是一个完整的知识点，因此，在教学内容设计时，教师要在课程内容模块化设计的基础上，进一步根据科研问题或实际案例对内容模块进行拆分，化整为零，挖掘更多的碎片化知识单元，从而实现对“整体化学习”的有效拓展。例如，计算机图像处理中有一个知识点——直方图阈值分割，其教学目标是要求学生掌握利用直方图性质，实现手动阈值分割、基于面积的阈值分割和自动阈值分割的方法和原理。为了学习本知识点，将其分割为三大块内容：课前内容、课上内容和课后内容。课前内容主要包括直方图的概念的学习，课上内容包括三种算法的原理和特点，课后内容是编程实现三种算法以及查阅文献改进算法。课前内容和课后内容要求学生以“碎片化学习”方式进行学习。
相关课前内容——灰度直方图的概念，这是图像处理中常用的一个基本概念，其反映了一副图像中各灰度级像素出现的频率之间的关系，反映了图像灰度分布的情况。虽然这个概念比较简单，但是其意义重大，且拓展应用很多，通过多年教学经验及教学反思总结，大部分学生无法将直方图性质和图像性质关联在一起。因此将该内容碎片化为两个部分：直方图概念和基本运算、直方图程序设计与实现。课后内容，主要涉及文献查阅，采用优化算法实现自动阈值分割。
课前和课后的碎片化内容是对课堂教学内容的有效拓展，且有以下优势：（1）将其内容碎片化为多个小模块，有利于学生循序渐进的学习，可以适应不同程度学生的学习进度情况。（2）程序设计与实现，有助于学生从本质上了解图像的性质，有助于形象了解数学算法的结果，优点和缺点，有助于弥补由于数学知识不足而产生的对算法原理不易掌握的缺点。（3）文献查阅，优化算法学习能够培养学生的科研兴趣，提升学业挑战度，增加学生自主学习时间，提高其分析问题和解决问题的能力。 （二）学习方式碎片化
学习方式碎片化主要是指采用多种方式进行学习，建立计算机图像处理课程学习网站、微信群和QQ群，根据不同碎片化内容采取相应的学习方式，例如采用微视频、微课、配有音频讲解的PPT等方式推送碎片化学习内容，利用课程网站等推送教师发布的学习内容，接收学生的学习结果，并形成统计分析。此外，为了提高学生分析问题和解决问题的能力，鼓励学生参与到碎片化内容设计和制作过程，并将其上传到学习网站以供其他同学学习和讨论。
仍以上述知识点为例，课堂教学前，教师可以将直方图概念的知识点以配有音频讲解的PPT推送给学生，学生完成相应的作业后可以上传至课程学习网站，网站能够自动批改基础作业，并对结果形成统计。课堂教学后，學习对相关算法进行文献查阅，学生可以根据自己对文献的理解，将文献、文献的概要内容、文献中方法的优缺点以及文献中算法的程序设计和实现等用微视频或PPT等方式展现，并推送到课程学习群中。
学习方式碎片化有助于学生随时、随地进行学习。另外，学生参与到教学内容设计与拓展中，体现了以学生为中心的教学思想，能够推动学生的学习兴趣，有助于从“被动式学习”模式转化为“主动式学习”模式。
（三）考核评价方式多元化
“碎片化学习”有随时随地学习的优势，但将其引入高校教育中，有一个必须解决的问题，即学生学习时间较为零散，如何在无监督情况下调动学生的学习热情，以及随时掌握学生学习动态是有效化“碎片化学习”的关键问题。基于此，需要探索智慧“碎片化学习”考核机制，从空间角度将评价分为线上和线下评价，结合全过程（时间角度）形成性评价，立体地收集教学过程产生的数据，使教学考核评价更加科学化。同时，积极开拓其他考核评价手段，研究多种考核评价方式并存的综合考核评价体系，实现对教学对象全方位测评。
目前，计算机图像处理课程中关于“碎片化学习”部分的考核评价指标主要分为三部分：第一部分是系统评价，考核学生对教师上传到课程学习网站的“碎片化学习”资料的学习和问题回答情况，用于评价学生对基础知识学习和掌握程度。第二部分是教师评价，主要从参与度和贡献度两个角度对程序设计与实现以及文献相关方面进行考核评价。程序设计与实现中参与度主要考核学生是否阅读教师或其他学生上传的程序，是否对程序中存在的问题进行分析，或者是否对程序参与讨论等。贡献度主要针对学生提供的程序的可读性、有效性、完整性等进行评价。文献相关的参与度主要考核学生是否阅读相关文献，是否对文献进行整理以及整理的程度。文献相关的贡献度主要考核对文献的理解程度、对相关算法的理解程度、对相关算法的实现、对其优缺点的分析以及改进情况。第三部分是学生评价，指的是学生对其他学生上传的程序和文献相关资料从参与度和贡献度两个角度进行评价。
三、结语
大学生创新能力的培养是高等教育教学改革的重点，将“碎片化学习”这种新型学习方式引入到教学中，合理进行教学内容设计和教学考核评价，可以提高“碎片化学习”效果，提高学生专业兴趣，提高教学质量，培养学生的创新能力。
参考文献：
[1]黄凯.科教融合理念的实践与探索[J].学周刊，2018（20）：11.
[2]张生虎.学校教育中碎片化学习：合理性与教学应对[J].青海师范大学学报（哲学社会科学版），2018（2）：131.
[3]张鹏，刘海龙，赵九野，等.基于碎片化学习的“钢结构设计原理”课程教学改革[J].航海教育研究，2019（36）：89.
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