中国大学MOOC平台数字图像处理在线开放课程的建设与应用

贾永红，付仲良，孙和利

(武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079)

数字图像处理是一门国家精品、国家精品资源共享课，该课程现成为测绘科学与技术、遥感科学与技术等的大类平台核心课程之一。该课程要求学生掌握数字图像处理技术的基本概念、原理、算法及其应用，为从事遥感科学与技术、地理信息系统、测绘工程、电信工程、通信、印刷等专业奠定基础[1]。该课程于2016年9月获批武汉大学第二批大规模开放在线课程(massive open online course，MOOC)建设名单，制作过程从2017年2月一直持续到2017年10月,2018年2月26日正式在中国大学MOOC发布与应用，第一轮教学选课人数达到10 000多人，非常令人鼓舞，取得了意想不到的教学效果。本文主要介绍数字图像处理的MOOC建设与应用情况。

1 课程设计与制作

图1是数字图像处理MOOC研发、教学实施和教学效果评价的技术路线图。

MOOC研发中，为了提高学生课程学习的兴趣,加深对所学内容的理解，实现数字图像处理课程教学的高效性，供学生学习使用的教学视频是最主要的教学资源，是课程建设中的重中之重。还包括教材、课件、作业、章节测试和期终考试等学习资源。视频制作可选择在教室(现场或非现场)、专业摄影棚和其他场所录制。为了保证教学视频制作质量并减少制作上的琐事，数字图像处理教学视频由MOOC制作公司在专业摄影棚录制与后期加工，课程团队专门负责课程设计、PPT制作、脚本编写、知识点讲解和视频审校，以及其他教学资源建设。

数字图像处理MOOC设计将10章教学内容拆成了41个知识点。根据任课教师的专长分配授课知识点，各位老师负责搜集整理素材制作PPT，精心编写好脚本。为了让学生用尽可能少的时间，实现更多的学习产出，要求各知识点的视频长度控制在15 min以内，以防止学生出现学习疲惫的情况。脚本准备就绪后联系MOOC制作公司约定录制时间。MOOC公司将制作的视频初稿交老师审校，MOOC制作公司根据审校意见进行编辑，直至复审无误。

图1 MOOC研发与应用流程

为了评价MOOC教学实施成效，构建了多层次、多方式的考核体系[2]，设计了线上、线下评价指标。评定学生课程成绩的考核内容包括单元测试、平时作业、讨论活跃度和期末考试4个部分，采用学生互评和教师评价相结合的形式。总分为100分，其中作业和单元测试分别占15%，课程讨论活跃度占10%，期末考试成绩占60%。80分及以上为优秀，60分至79分为合格。

学习评测也必不可少。为及时检查学生对各个知识点的掌握情况，推动学生进阶式学习，视频中需要有测试题库。在一个片段、一个章节、多个章节完结时，相应测试题库能及时弹出来供学生回答。只有答案正确后，方可继续下面的学习。

测试题库应包括片段测试、章节测试、系统测试，题目类型以选择题为主，学生可自主评判解答。教师还需给学生布置线下作业。形式以开放主观试题为主，考查学生应用知识的能力。题型以计算题、思考题、讨论题为主。通过此类题目，让学生思考、深化、拓展视频所学内容，也便于教师及时了解学生的知识掌握状况。

单元测试题目以客观题为主，利用平台测评的方式及时反馈测评结果，学生可以及时了解自身学习效果，巩固所学知识，能有效避免“走马观花”式的学习。

课后作业以计算题、思考题、讨论题为主，让学生思考、深化、拓展视频所学内容，考查学生应用知识能力。采用同学互评的方式进行评价，既可培养学生的主动性，又可减少教师工作量。

期末考试由客观题试卷和主观题试卷两部分组成。客观题覆盖各章的重要知识点，以选择题的形式呈现。客观题试卷分值由机器测评自动生成，大大减少教师阅卷的工作量。主观题试卷以问答题为主，由教师进行阅卷，主要考查学生对课程基础理论的理解。每套试卷的题目和选项顺序随机打乱发布给考生，能有效避免作弊现象的发生。

讨论区在MOOC建设中显得尤为重要，因为在讨论区中，师生、生生互动交流，不仅学生能够提出在学习过程中遇到的疑问，参与讨论，还可以自由发表对课程、主讲教师的看法，这能够帮助教学团队发现教学中的问题，进一步完善课程建设。

若学生的综合成绩达到考核分数标准，即可获得课程合格(优秀)证书。

2 MOOC教学实践

中国大学MOOC是由爱课程网携手网易云课堂打造的国内优质的中文MOOC学习平台。为开展MOOC教学，需将数字图像处理MOOC资源上传到中国大学MOOC上。为此先要向学校本科生院提出申请，然后由学校组织专家审核后，再提交给中国大学MOOC运营方。获批后，中国大学MOOC平台会提供一个账号，用账号登录，即可上传课程资源，开展MOOC教学。图2是中国大学MOOC平台数字图像处理视频教学截图。

图2 MOOC教学视频截图

MOOC教学与传统课堂教学的区别之一是在传统课程中，课堂时间有限，以老师作为主导传递知识，学生被动接受知识，缺少自我思考和互相讨论的时间。而MOOC平台提供一个跨越时空的交流环境[3]，通过资源和信息开放及网络传播，注册课程的学习者选课后，按照教学计划自行规划学习进度，按照自身意愿和学习情况进行主动选择，通过互动空间进行网上留言、在线交流、在线答疑和在线测试等多种形式，实现教与学的无障碍交流，让学习者在学习过程中能够对学习进展、学习方法进行自我监控、自我反馈和自我调整，提高自主学习和思考的能力[4]。学习者在学习时间支配上更加灵活和弹性，模块化教学有利于学生利用碎片化时间进行学习[5]。

教师的角色不再是在课堂讲授知识和传授知识，而是让学生通过网络观看相关知识点的视频，教师通过课程后台数据和讨论区留言了解课学生的学习动态，及时发现课程设置中存在的问题，对学生的学习加以点拨和引导[6]。教师通过测试结果分析学生学习情况，给予个性化的学习反馈和学习资源推荐，并对课程内容设计进行动态调整。

对于在校生，以遥感学院2016级遥感信息工程方向本科生为教学对象，开展了MOOC+翻转课堂教学实践。先根据数字图像处理教学内容在课程中的地位、意义、特点等和教学目标，精心设计教学方案和学习指南供学生自主学习。每次上课会将下次课讲述的内容布置给学生，同时将与课程内容相关的视频、试题、PPT教学内容给学生发布出去，将课堂内容学习转移到了课前。课前让学生通过网络观看相关知识点的视频，在上课时，把学生课程学习遇到的问题进行归纳；通过设疑、质疑、交互讨论、讲解共性难点等形式，教师、同学交流与互动进行问题解答，从而有效帮助学生掌握重点知识，实现知识的“内化”和自身的个性化发展，提高学习效率。

3 课程考核与评价

数字图像处理课程于2018年2月26日开始第一轮MOOC教学，历时3个月。根据平台提供的课程数据显示，共计10 205人选课，超过传统的课堂教学规模，体现了MOOC平台教学学生规模大的特点。207人次参与讨论，范围覆盖包括对知识点的理解，作业和测试中遇到的问题，实际应用中遇到的困难及对课程设置中存在问题的反馈等。图3所示是课程选课人数统计图，从图3中不难发现课程累计参与人数与选课人数相差不大，而图4显示课程中完成作业与考试的人数不多，并随着学习过程呈梯度式减少。有关研究报告显示，低完成率是MOOC存在的普遍问题[7-8]。造成这种现象是由多种因素导致的，其中学习的主动性是影响MOOC课程完成率的关键要素[9-10]。此外，存在一部分学生仅观看视频，选择符合自身需求的部分学习,而不参与测试与作业。

图3 课程累计参加人数

在课程学习结束后，将2016级遥感信息工程方向本科生MOOC教学和遥感学院2016级地理国情监测方向本科生采用常规教学的学情进行对比分析，主要从期末考试成绩和课程实习两方面进行教学效果分析。两个班级采用同一套期末考试试卷，前者比后者平均分值高出15%，不及格率下降50%；按时完成实习优良率高出10%，平均成绩高出23%。分析学生成绩结果表明，MOOC+翻转课堂教学改革，能有效激发学生的学习兴趣，提高学生的学习自主性和问题解决能力，加深了学生对知识点的理解和掌握程度，从而促进了学生学习成绩的提高。

图4 单元测试、单元作业和考试参与情况

4 结 语

数字图像处理MOOC建设与应用吸引了大量来自全国各地的学者参与，通过线上教学与混合教学，更多的学生突破教育背景和时空的约束参与到课程学习中，极大地提高了教学规模，MOOC平台的发展实现了教学资源的共享，加强了师生间的交流互动，提高了学生参与学习的积极性，增强了自我学习和自我管理的能力，有助于教学改革的深化和教学质量的提升。