“光电成像与计算机处理”全英语课程的实践与思考

来源:用户上传      作者:马佩 常敏 陈辉 王璐瑶

　　摘要：高等教育的国际化势在必行，大量高校开始进行课程的双语以及全英语教学的改革。文章层层递进地阐述了对于光电成像与计算机处理全英语课程的内容设计，课程的讲授方式，以及课程的考核方式的探索、实践与思考。在授课过程中，结合了教师讲授与分组讨论，以及分组进行前沿科学论文的阅读及展示等多种教学方法;在考核方式中，结合了传统的客观题目解答和主观的论文理解和展示的方法。希望通过多种讲授与考核方式相结合的方法，提高学生的学习积极性和学习效果，促进学生对知识的理解和吸收，以及提升学生主动学习的兴趣和能力。
　　關键词：光电成像;计算机处理;全英教学;国际化
　　中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）15-0175-03
　　 引言
　　教育形势的大环境趋于国际化，高等教育的国际化要首当其冲[1]。第一，国际交流日益增多，我国留学生与来华留学的外国学生人数均呈现上涨趋势，这部分留学生主要体现在高等教育的层次;第二，我国的高等教育，特别是研究生阶段的教育，相较欧美等发达国家和地区，起步较晚，还在不断地学习和创新中前进，一些国际最前沿的科学研究成果，仍然是以英语作为主要的交流语言;第三，高等教育培养出的人才即将进入社会，在全球经济一体化的今天，很难不与各个国家的企业和人打交道[2-3]。因此，培养专业素质过硬、有国际化视野的工程人才需要在高等教育中实现，其途径之一是通过全英语课程实现对学生的培养[4]。
　　一、全英语课程的背景
　　该课程共有学生27名，其中来自加纳、南美洲、印度等地的留学生18名，上海理工大学的中国学生9名。绝大部分学生来自上海理工大学光电信息与计算机工程学院与德国科堡应用技术大学联合举办的光电信息科学与工程专业（简称中德国际班），个别学生来自本校相关专业的在读研究生。笔者担任该门课程的任课教师，笔者结合自身在美国多年留学的学习和教学经验，在课程教学中主动探索和实践一些全英语课程教学方法，并且对全英语教学的过程进行总结与思考。
　　二、全英语课程的设置
　　光电成像与计算机处理课程包括两个方面，一是光电成像，主要涉及应用光学方法进行的成像原理以及仪器的学习。二是计算机处理，主要是对于成像结果的计算机处理，体现为原始数据的信号处理以及获得图像之后的图像处理。作为一门32个学时的研究生课程，该门课程结合了光电成像以及计算机处理基础理论讲解以及最新的前沿科研成果拓展介绍。该门课程具备前沿性，国际上的许多知名高校的相关学科也在其研究生培养计划中设置了相似的课程[5-6]。
　　本课程设置的目的是使学生通过课程的学习，了解光电成像应用的范围和进行光电成像的意义，充分理解以下（但不仅限于这几个）概念：经典光学知识、弹性和非弹性散射、显微技术等，掌握图像处理的基本理论及技术，可以熟练运用一些工具进行光路的计算以及编写实现图像处理的程序。
　　本课程的具体教学内容和教学安排如下：
　　1.光电成像介绍（Introductionto Optical Imaging） 2学时
　　2.几何光学（Ray Optics）  2学时
　　3.波动光学（Wave Optics）  2学时
　　4.组织光学（Tissue Optics）  2学时
　　5.光学相干层析技术（Optical Coherence Tomography）  4学时
　　6.显微技术（Microscopy）  4学时
　　7.光谱技术（Spectroscopy）  2学时
　　8.图像处理：图像增强（Image Processing：Image Enhancement） 2学时
　　9.图像处理：滤波（Image Processing：ImageFilters）  2学时
　　10.图像处理：图像配准（Image Processing：Image Registration）  2学时
　　11.图像处理：图像分割（Image Processing：Image Segmentation）  2学时
　　12.前沿科技论文展示与讨论（Journal Club） 4学时
　　13.课程总结与讨论（Course Summary）  2学时
　　由于本课程较为广泛的教学范围，并不采用单一的一本教材，而是从几本参考书中，截取章节作为具体教学内容的阅读材料。涉及的参考书目有：1）Saleh & Teich，Fundamentals of Photonics;2）Hecht，Optics;3）Born and Wolf，Principles of Optics;4）Siegman，Lasers;5）Ishimaru，Wave Propagation and Scattering in Random Media;5）Gabriel Cristobal，Optical and Digital Image Processing - Fundamentals and Applications.以上参考书目均为学科内认可度高、流传广泛的经典之作，深入浅出，在实际应用为教材的过程中起到了良好的效果。
　　三、全英语课程的教学方法探索与实践
　　在授课阶段，以教师进行讲授为主，同时采用多种形式的互动式教学来提高学生参与度，并且能够使教师及时获取学生掌握情况的反馈。互动式教学的主要形式包括课堂提问与讨论、随堂测验、分组完成课程项目、分组进行前沿科技论文的展示等。课外的拓展学习包括课前资料的阅读，课堂内容的复习，科技文献的阅读等。 　　（一）课堂讲授
　　由于本课程涉及的知识面较广，既有理论学习，又有前沿科研成果的介绍，或是两者穿插进行，信息量较大，而学生自身知识的深度和广度都有限，很大程度上学习是依赖于教师在课堂上的讲授。而如何将这些理论和实践相结合的新知识有效地传达给学生，笔者认为主要有两点，第一是课程的课件要制作的丰富和吸引人;第二就是讲课过程中的语言和方式要循循善诱，使他们能够集中精力。本课程的课件花费了相当多的时间和精力。课件中以图展示为主，如此设置的原因是，本门课程的主题即是光电成像以及图像处理，本身就有丰富的素材，也需要应用这些图像素材进行阐述，另外，大多数学习者对于图形图像的兴趣和记忆程度都优于文字和公式。因此，课件中图像的篇幅远远大于文字和公式，并且以清晰的逻辑，和知识的由浅入深来将每页课件进行联结。在讲授的过程中，紧密地结合课件中的图形图像内容来进行丰富的阐述，容易吸引学生的注意力，发现这种讲授的效率是比较高的。
　　（二）课堂实验演示
　　在本课程授课过程中，采用了穿插进行课堂实验展示的环节。例如，在光的衍射一节，利用衍射光栅和多色的灯光光源进行衍射的理论阐述以及实际应用举例，收到了良好的效果。首先，充分地调动了学生的积极性，参与度达到了100%;第二，起到了促使学生积极思考的作用，经过实验演示，学生自己产生了一些问题，并且主动思考问题的答案;另外，学生对于该章节印象深刻，达到了知识传授的良好效果。
　　（三）课堂提问与讨论
　　课堂提问与讨论是行之有效的互动式教学方式。笔者进行提问的问题大多不是需要从学生那里得到正确的答案，而是比较开放性的问题，或是拓展类型的问题，例如，同学问在医院中见到过什么样的成像设备，这个成像设备的原理是否光学成像。有一些问题是采取自愿回答的方式，还有一些问题则采取按照座位随机组成3—5人一个的小组来进行讨论，讨论后每个小组选取一名代表来进行发言。
　　（四）随堂测验
　　在授课的过程中，设置了5次非常简短的随堂测验，来及时检验学生对一些关键知识点的掌握和运用程度。随堂测验的篇幅很短，每次只有5题，以判断题和选择题为主，辅以个别计算题。这样的设置不会引起学生的恐慌，使他们以平常心来对待每次随堂测验。每次测验之后，马上就跟学生一起将答案探讨出来，先是学生内部之间进行讨论，对于不统一的答案再由教师进行解答并且阐明原因，相当于加深了对于知识点的印象。
　　（五）分组科技论文展示
　　课程之中的一项任务是分小组进行一次科技论文的展示，自愿结合，教师给出主题，文章自选后发给教师进行认定，通过后即自行准备PPT和排练，最后在课堂上进行展示。此环节设置的意义在于，在学习知识的过程中，不应当只是满足于学生有没有掌握具体的知识点，而是在于，学生能否将课上所学的知识，真正转化为自己的内容，这一点可以通过科技文献的阅读和展示来进行加深和证明，与知识点的学习相辅相成。科技文献的阅读需要学生不仅仅有相关的知识作为基础，并且还会使学生理解为什么要做这件事，怎样通过现有的知识储备去实现某个目标，从而解决一个问题。本课程本学期共有27位同学，每3人一组，恰好分为9组，每组的选题也不一样，有光片显微技术、拉曼成像、内窥胶囊技术、光学相干层析技术、图像分割、图像识别等，选题具备广泛性。
　　（六）分组完成课程项目
　　为了加强学生对课程内容的理解，课程设置两个课程项目，由2—3人分组进行完成。其中一个项目涉及光学设计和计算，以及用程序实现干涉的效果，从而加深对于光的干涉的理解。另一个项目为编写程序以实现两幅图像的配准，从而对图像处理的知识点进行练习。
　　（七）课程考核
　　由于本课程并非需要学生进行知识点的死记硬背，而是通过掌握相关知识而去解决相应的问题，并且平时学生在课堂的参与度较高，因此课程的考核形式也不以期末考试的形式出现。课程的考核分为平时成绩占比40%，随堂测验占比20%，科技论文展示和课程论文占比40%。这样的考核方式可以较大程度地调动学生的积极性，尽可能多地参与到课堂的活动中，另外也能够保证科技论文展示和课程论文的质量。
　　四、学生反馈
　　教学活动的反馈是推动其不断进步的重要环节，以往的教学活动反馈主要来源于考试分数这一客观信息与学生评教这一主观信息。但两者皆为打分为主，很少有学生主动在评教系统中提供具体反馈，教师从分数中无法得出具体的有效信息。因此，笔者在课程结束之际，收集了学生对该课程的反馈，包括课程中的优点与不足，以及希望后期如何改进课程。
　　五、教学活动后的总结与思考
　　从中德国际班光电成像与计算机处理全英语课程的课堂反馈与教学效果来看，本次课程的多种教学形式起到了良好的效果，同时，也发现了一些现象，可以在以后的课程中，采取相应的措施进行应对。在课堂上提问与讨论环节中，同学们的参与度较高，不会出现教师冷场的情况，通过这个过程可以发现，同学们在课堂上还是非常积极地进行思考的。随堂小测验也是一个很成功的探索，同学们积极性很高，每次测验完，都会发生比较热烈的讨论，核对答案的时候，也有很高的热情，可以在今后的课堂中继续推行。分组课程论文展示从最后展示的结果来看，同学们都有很充分的准备，查阅了大量资料，展示的效果甚至超过了笔者的预期，而且从学生的反馈来看，他们对这种方式非常认可。当然，问题也客观存在，不论是课堂讨论，还是科技论文的展示，中国同学在表达方面的积极性以及效果，都不如外国留学生，这与国内一直以来的授课方式和课堂氛围是有关的，中国学生普遍不爱发言，不喜欢表达自己，加之本课程为全英文课程，中国学生对于英文表达的自信心有所欠缺。
　　参考文献：
　　[1]许娜，周建亮.全英文课程研究性教学的探索与实践[J].教育教学论坛，2017，（24）.
　　[2]耿有权，彭维娜，彭志越，et al.我国学术型研究生培养模式运行状况的调查研究——基于全国14所重点高校问卷数据[J].研究生教育研究，2011，（6）：28-34.
　　[3]宋传君.研究生全英教学课程有机合成的探索与实践[J].教育教学论坛，2018，（39）：161-162.
　　[4]叶蓓.高校实行全英語教学之我见[J].科技信息，2009，（23）：610+758.
　　[5]李春艳，龚江，石培春.计算机数据处理课程的教学探索与实践[J].中国电力教育，2012，（34）：67-67.
　　[6]卢菁，徐伯庆，陈家琪，等.中德合作国际班C语言程序设计全英语教学心得[J].教育教学论坛，2015，（40）：215-216.
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