1. 引言

《数字图像处理》课程是电子信息类、自动化类、计算机类等专业的重要课程，尤其是对于电子信息工程、自动化、机器人等专业来说，该课程是面向图像与视觉领域研究和应用的基础性课程[1]。然而面对当前行业和技术的快速发展，以及后疫情时代青年学生特点变化，不少学校和教师在该课程的教学中面临着多种问题[2]-[5]，比如授课内容固化、课程教学方式陈旧、教学发展规律受限、考核方式不够完善、实践创新能力培养不足等[6][7]。

山东科技大学的电子信息工程专业将该课程列为专业基础课，对打造专业在图像视觉及人工智能的特色起到了奠基性作用。本课程1997开课，在近30年历程中课程不断建设、改革、创新和实践，不断解决教育教学中的问题，保障教学效果和人才培养质量[8]-[10]。课程坚持与时俱进，开展多元立体化建设，建成线上课程、VR教学资源、虚仿实验项目、国家规划教材、教学团队和教学名师等。我校的《数字图像处理》2008年获批为国家级精品课程，2013年为国家精品资源共享课，2018年在线课程登录泛雅、学银在线和智慧树等平台，2020年成为首批国家级一流课程，2023年入选山东省课程思政示范课程。本课程团队2009年成为国家级教学团队，3名教师入选为省市教学名师，4人次获得校最美教师、教书育人楷模、教学名师等称号。在课程资源和师资的强力支撑下，电子信息工程、通信工程2个专业获批为国家级一流本科专业建设点并通过了工程教育专业认证，电子信息科学与技术为山东省一流本科专业建设点。

国内开设《数字图像处理》课程的部分高校在建设高水平课程资源、推进教学改革方面也做了大量的工作，比如天津理工大学杨淑莹教授，武汉大学贾永红教授、香港中文大学的汤晓鸥教授等，也形成了课程视频或者在线课程，助力学生线上自主学习。已有的课程建设各有特色，我们所开展的建设和改革是基于地方省属院校学生特点，以及学校的一黑一蓝定位而进行，通过不断尝试和迭代，最终形成了与师生契合、与资源匹配的一套经验做法，可以在同类高校中进行借鉴和参考。

2. 近年来课程所面临的主要教学问题

对于电子信息工程专业，本课程的授课对象是大三学生，已经完成了数理课程及信号处理基础课程学习，具备一定的数理及信号与系统的分析设计基础，正处于由基础理论走向专业应用的关键点，是大学的爬坡攻坚阶段。该时期学生心智更加成熟，学习习惯已然形成，个性崛起，独立思考增强，同时高中学习劲头基本消耗殆尽，倦怠躺平倾向冒头，易于迷失和放弃。《数字图像处理》是直接面向行业就业的课程，不少学生毕业后从事与之相关的技术工作，专业对该课程提出了更高的要求，在我们的教学中所面临最大的三个教学问题如下：

1) 高教学目标与短学时的矛盾突出。本课程理论性强，且实践要求高，面对技术和行业发展，既要学会基本和新兴的理论和技术，又要会应用于工程实际，目前的学时是远远不够的。

2) 个性化学习需求与群体化教学模式的失配突出。目前青年学生个性强，网络多媒体信息极度丰富，课程教学在与网络内容抢夺学生，在教学内容和方式不能吸引学生时将会失去学生的投入热情，目前大群体化教学方式很难顾及每个学生的学情。

3) 快变的能力素质要求与慢进的教学内容与手段的差距突出。社会和行业对人才的能力素质要求急速提升，要快速上手独当一面，不但要求专业水平高，还要创新能力强，综合素质过硬。然而教学内容和教学手段更新迭代有滞后和局限，不能实现跟随，二者仍存在较大差距。

3. 教学创新思路和措施

面对经济社会需要和工科教育现状，教育部积极推进新工科建设，开启了工程教育的中国模式、中国经验的探索之路。近年来，《数字图像处理》课程基于学生中心，目标导向的OBE理念，充分利用当前信息技术和AI工具，按照布鲁姆掌握学习理论和认知金字塔，重构教学内容，设计新的教学方法和模式，系统地从课程体系建设、教学资源建设、教学模式、实践能力培养、课程思政几个方面着力，形成“三融合、三驱动、三协同”的课程教学创新思路和举措，解决教学痛点堵点，如图1所示。

Figure 1.Innovative teaching ideas and measures

图1.教学创新思路及举措

3.1. 课程群贯通，构建多元立体优质课程资源

1) 课程链贯通，减冗余，去多余，节约学时。制定培养方案及课程大纲时，梳理课程体系的科学设置和有机衔接，把信号与系统、数字信号处理、数字图像处理、模式识别、深度学习、虚拟仿真技术等6门密切课程以信号处理及应用为主线打造课程链，知识模块贯通，实践锻炼接力，减弱学时不足的影响。课程群中的课程同模式建设，形成良好的课程群生态。

2) 融入“产、科、赛”素材，与时俱进，重构教学内容。对接企业，将其需求和项目纳入课程教学；将团队科研课题作为课程实例、案例以及综合项目融入课程；将专业竞赛与图像有关的赛题作为教学素材融入课程。

3) 建三金资源，兼具在线课程、双语课程、一流教材、VR资源、虚仿项目、案例库等，多元立体，铺好最后一公里，为教学改革提供优质物质基础。课程是人才培养的核心要素，是改革的深处。团队多年来持续建设多元立体的课程资源，建成数字图像处理(国家线上一流课程)，数字信号处理(省一流)、玻璃空瓶验瓶机设计与制作虚拟仿真实验(省一流虚仿项目)，自编国家规划教材，VR图像教学资源二十多个，项目库有来自企业、科研项目、竞赛等项目四十多个。

4) 建知识图谱和问题图谱，赋能数字驱动的智慧化、个性化教学。课程知识图谱有知识点625个、关联资源430个、试题500个，使课程知识全景化，助力学习智能化、个性化和教学精准化；问题图谱设有疑难复杂问题7个、组合问题22个、基本问题51个，工程问题细粒度化，问题解决方案积木化。

3.2. 三融合三驱动，实施2236混合式教学模式

基于多元立体化优质课程资源，采取线上–线下融合，实际与虚拟融合，课内课外融合，问题驱动、项目驱动、数据驱动，构建和实施2236混合式教学模式[11]，对三个教学问题以教学全程视角解决，如图2所示。

Figure 2.The 2236 blended teaching model of “three integrations, three drives, and three collaborations”

图2.“三融合、三驱动、三协同”的2236混合式教学模式

1) 用好三融合，破解兴趣低和学时少难题。利用好线上资源，课前自学自测，课后后测研讨；利用好课内课外，课内促互动夯基础，课外抓实践强能力；利用好实体课堂，进行精讲和探讨，实施师讲生听、生讲生评、边讲边练、案例点评等多种翻转；利用好虚拟课堂，基于VR资源，游戏化沉浸式自学。

2) 做好三驱动，突破兴趣–能力–个性三重学习壁垒。课前发出问题，以问题驱动课前学习，课中研讨，课后实践，带动兴趣和注意力投入的提升，实现个体与群体教育的融合；结合综合项目和课程设计，以项目驱动知识深化与应用，驱动团队协作和科技能力提升，实现工程能力及协作意识的培养；利用在线学习记录，数据驱动教学内容调整、教学过程优化，通过自学、互学、群学、定点帮扶兼顾个体学情和整体学情，落实个性化教育因材施教。

3.3. 两类互补三教协同，三阶实践强化能力培养

1) 利用自研虚拟仿真实验项目，实虚互补，课内外互补，基础-VR-项目实践三进阶，突破学时和现场制约，强化工程能力培养。构建的三阶式的实践教学体系如图3所示，基础实验为第一阶，以编程实现基本图像处理算法为主，包含6个课内实验；VR式系统设计为第二阶，依托自研虚拟仿真实验室项目，以玻璃空瓶缺陷视觉检测工程应用为背景，通过虚仿系统搭建视觉系统，融合多种算法解决缺陷检测问题，形成工程问题的完整分析、搭建、解决的流程；综合项目为第三阶，利用来自产业、科研、竞赛等项目，让学生进行实战训练，以小组形式协作完成，并进行答辩展示。充分利用第二课堂，突破学时局限；利用VR虚拟项目，突破无法现场实战的局限。

Figure 3.Three level practical teaching system of “foundation + VR + project”

图3.“基础 + VR + 项目”三阶实践教学体系

2) 产教–科教–赛教三教协同，进一步增强工程能力。产业项目、科研项目和竞赛项目是综合项目的主要来源，并积累形成项目库和案例库，让学生有比较充足的优质课题可以选择。合作企业有上海波创、济南博观、山东力创等企业，还包括智能车竞赛、电子设计竞赛、Robotmaster机器人大赛等，目前项目库已有四十多个项目，如来自基金课题的贴壁细胞分割；来自企业的流速测量、图像去雾；来自竞赛的目标检测和跟踪等。

3.4. 全程考核 + 课程思政，用心润心，培养全人

1) 建立“全程、多元、强非标”的学业评价方式，激励学生学习用心，功夫下在平时，克服倦怠和躺平。考核包括线上学习(视频、讨论、章节测验、活动等)、线下课堂(活动、翻转课堂、展示等)、实验(12学时)、综合项目，最终的期末考试等。从第一次课开始直到完成考试和答辩，全程覆盖，内容多元，非标答案部分占50%以上。

2) 利用建设的思政教育资源，思政融入教学全过程，启智润心。对课程思政目标进行分解，从教学内容和教学活动中挖掘思政资源。从图像处理技术的应用与发展、图像处理的素材、算法原理、算法比较与选择，以及自主学习、交流研讨、编程实验、课程项目等方面，针对思政元素整理八个方面的思政资源。思政入大纲、入课程、入课堂，共有二十多个思政融入点，实施“线上、线下协同，课前、课中、课后贯通”的全过程课程课堂育人模式。

比如伪彩色增强教学设计中，紧紧围绕教学内容和教学模式选择、挖掘、融入思政元素，注重前后呼应及课程思政闭环形成。线下讲授中，以伪彩色增强在嫦娥六号、安检、卫星云图等方面的应用作为引入，在最后再以涉及“空–天–地–海，微观–宏观”等六大方面的应用，及编程实践结束，以大国重器、热点新闻、前沿技术为载体自然激发民族自豪感、终身学习意识和科技报国情感。

4. 实施效果

自2018年开始，教学团队基于所建的《数字图像处理》在线课程，开展线上线下混合式教学，并不断补充资源，优化教学模式和教学方法。在这六年的实施中，通过选取不同背景的学生进行访谈以及对学生的成绩、项目完成情况、实验数据进行分析等，对该方法进行不断完善和迭代，取得了不错的成效，具体有以下几个方面：

1) 学生层面上看，从早期的不适应，到现在平台熟练使用，乐于参与线下活动，学习主动性增强，课程的知识能力素质提升明显。通过三教协同，实施综合项目，学生实践能力加强，学生作品申请软著多达十多件，在专业竞赛中获省级一等奖以上奖励二十多项。调查问卷结果反映，学生对之接受度，熟练度和投入度已经提升到了很好的高度，多类资源的综合使用扩展了学习途径。

2) 教师教学水平得到了提升，课程团队教师多人次获得校教学名师、优秀教师、最美教师、教书育人楷模、我最难忘的恩师等称号，获得同行和学生的高度认可，教师多次在全国高校电子信息类专业课程实验教学案例设计竞赛(RIGOL杯)、山东省普通高等学校教师教学创新大赛、山东省本科高等学校课程思政教学比赛等教学竞赛中获奖。

3) 课程资源推广应用良好，收到学生、教师和专家的好评。课程2020年获批为首批国家一流课程，开课13学期，1.2万人选课，选用高校300多所；团队教师授课被认定为学校首批“精彩课堂”、课程思政教学团队和课程思政优秀教师；课程思政示范教学包在超星平台上线，已被259家单位300多位教师引用，参与学生超过9000人；并入选2023年省级课程思政示范课程；自编国家十二五规划教材和“玻璃空瓶验瓶机设计与制作虚拟仿真实验”，选用高校20多所。

5. 总结

通过长期建设和改革创新，不断调整教学内容、教学方法和教学模式，以与社会行业需要、学生学情相适应，是教育教学的常态。单一门课并不能决定专业人才培养质量，需要更多的课程，尤其是专业核心课程都要高质量教学，才能发挥积极的决定性作用，这也是教师层面容易忽视和难以顾及的问题。

在我校的《数字图像处理》课程教学中，团队教师与时俱进，建设包含MOOC、教材、虚拟仿真实验项目、VR游戏化教学资源、思政素材、案例项目等在内的多元立体资源，并强化教师水平提升，辐射带动专业其他课程同质建设，其他教师的教学投入，从多维度形成了很好的专业人才培养的育人生态，不但解决了本课程教学所面临的问题，还从系统角度营造育人氛围，使课程教学效果和专业育人效果正向倍增。《数字图像处理》课程和教学团队的工作和成果获得了省部级教学成果奖，在教育教学会议上的交流分享获得了广泛认可。

基金项目

山东省普通高等学校实验教学和教学实验室建设研究项目：虚实结合，图谱联通，跨平台构建数字实验教学资源的探索与实践，2024；中国高等教育学会2022年度高等教育科学研究规划重点课题：数字化在线课程与课堂教学融合发展模式及实践，编号：22SZH0213；全国煤炭行业高等教育教学改革研究课题：高校电子信息类专业双语教学示范课程建设的研究与实践，编号：2021MXJG220；教育部产学合作协同育人项目：电类实习实训的VR模式设计及实践，编号：220900287094726；山东科技大学在线课程建设项目：数字图像处理(双语)，编号：ZXK202318；山东科技大学2023年虚拟仿真实验教学项目(专项研究项目)：电子信息工程专业虚实结合实验教学体系研究，编号XNFZ2023ZX04；山东科技大学群星计划面上项目：新工科背景下电子信息类专业数字化资源建设的研究与应用，编号QX2023M37。

参考文献