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摘要：為了適應(yīng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)目標(biāo)，對數(shù)字媒體技術(shù)類課程進行仿真實驗教學(xué)改革是非常必要的。本文提出了仿真實驗教學(xué)改革的具體思路和方法，包括實驗課程設(shè)計、教學(xué)模式及智能評測手段等。教學(xué)效果表明，學(xué)生在數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)核心課程學(xué)習(xí)成績方面取得較大提高，同時社會研學(xué)能力和創(chuàng)新能力也得到較大增強。

關(guān)鍵詞：數(shù)字媒體技術(shù)；仿真實驗教學(xué)；課程設(shè)計；教學(xué)模式

1引言

近年來，4G/5G智能終端的發(fā)展使得數(shù)字媒體內(nèi)容的制作、編輯與傳播日益便利，數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)成為新興熱門專業(yè)之一。各院校越來越注重培養(yǎng)掌握數(shù)字媒體內(nèi)容設(shè)計制作及相關(guān)軟硬件開發(fā)原理和方法的應(yīng)用型專門人才[1-2]。作為應(yīng)用型本科院校，湖北經(jīng)濟學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)立足于創(chuàng)新型應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，注重以“基礎(chǔ)知識扎實、開發(fā)技術(shù)過硬、創(chuàng)新能力突出”為主旨的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)等兩個層次，要求學(xué)生必須精學(xué)多練，注重開發(fā)能力訓(xùn)練，成為適應(yīng)數(shù)字媒體軟件開發(fā)需求的技術(shù)人才[3-4]。在這種教學(xué)背景下，實驗教學(xué)在數(shù)字媒體技術(shù)類課程中具有十分重要的地位。正如羅吉爾•培根所言：“沒有實驗，任何新的東西都不能深知”[5]。數(shù)字媒體技術(shù)類課程不僅要求熟悉和掌握融合技術(shù)與藝術(shù)領(lǐng)域相關(guān)理論知識的各類現(xiàn)代媒體設(shè)計開發(fā)技巧，還要求熟悉和運用人工智能技術(shù)解決實際應(yīng)用問題。目前，數(shù)字媒體技術(shù)類課程實驗面臨課程體系統(tǒng)籌兼顧不足、技術(shù)新鮮度不夠、教學(xué)方式僵硬、評測難度大等問題[6]。因此，本文提出數(shù)字媒體類課程仿真實驗改革方案，從實驗內(nèi)容設(shè)計入手，將數(shù)字媒體技術(shù)領(lǐng)域新理論、新技術(shù)構(gòu)建成仿真程序設(shè)計任務(wù)，在不同的教學(xué)階段以不同的教學(xué)模式融入日常教學(xué)，并采用智能評測手段實現(xiàn)部分實驗項目的自評自測，從而提高了實驗教學(xué)的力度和實效。最終實踐表明，學(xué)生取得了較好的課業(yè)成績，大大增強了社會研學(xué)能力。

2數(shù)媒技術(shù)實驗教學(xué)問題分析

目前，數(shù)字媒體類課程實驗教學(xué)還處在探索階段，來自于實驗內(nèi)容、實驗環(huán)境、實驗內(nèi)容設(shè)計、評測方法等方面的挑戰(zhàn)不斷出現(xiàn)。其存在的主要問題如下：（1）對數(shù)字媒體技術(shù)類課程的實驗體系設(shè)計欠缺統(tǒng)籌考慮。各門課程之間實驗內(nèi)容重復(fù)、脫節(jié)遺漏、不系統(tǒng)。實驗課一般由各任課教師根據(jù)理論課要求安排教學(xué)內(nèi)容，知識體系、教學(xué)難度和目標(biāo)要求上缺乏統(tǒng)籌安排，導(dǎo)致教學(xué)效果不明顯和資源浪費嚴(yán)重。（2）缺乏規(guī)范和及時更新的具有數(shù)字媒體技術(shù)鮮明特色的實驗內(nèi)容?，F(xiàn)有的數(shù)字媒體課程實驗教材不是偏重藝術(shù)設(shè)計，就是偏重程序開發(fā)，不適合應(yīng)用本科型院校的培養(yǎng)目標(biāo)。應(yīng)該在實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計上融合藝術(shù)和技術(shù)兩大總體需求，才能有效鍛煉學(xué)生的應(yīng)用開發(fā)能力。（3）實驗教學(xué)方式僵化機械，不利于激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。受傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的影響，現(xiàn)有的實驗教學(xué)內(nèi)容不僅包含完整實驗步驟，還包括詳細的操作演示。在這種情況下，學(xué)生基本上不查閱資料，僅需簡單地重復(fù)實驗步驟，無需積極思考就可以獲得實驗結(jié)果，無法有效鍛煉思維能力。（4）數(shù)字媒體實驗作業(yè)評測困難，主觀偏差大，任務(wù)重。有些數(shù)字媒體實驗作業(yè)純粹就是效果圖檢查，實驗成績評判單純依賴教師主觀評判，工作量繁重，無法實現(xiàn)學(xué)生自評自測的目的。

3實驗教學(xué)模式改革

3.1仿真實驗教學(xué)設(shè)計

本文從創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)的素質(zhì)和能力要求出發(fā)，建立起以創(chuàng)新能力和應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)為主線、綜合分層的實踐教學(xué)新體系，幫助學(xué)生理解數(shù)字媒體領(lǐng)域基本理論，從而掌握數(shù)字媒體技術(shù)典型應(yīng)用的開發(fā)方法[7-8]。因此，本文將實驗教學(xué)內(nèi)容分為四個層次：設(shè)計基礎(chǔ)型實驗、開發(fā)基礎(chǔ)型實驗、綜合型實驗、創(chuàng)新型實驗，如表1所示。設(shè)計基礎(chǔ)型實驗主要是通過一些主流數(shù)字媒體軟件如Photoshop、Audition、Premiere等操作來理解數(shù)字媒體內(nèi)容處理的基本概念和操作參數(shù)，是開發(fā)基礎(chǔ)型實驗的準(zhǔn)備工作[9]。開發(fā)基礎(chǔ)實驗根據(jù)代碼模板對數(shù)字媒體內(nèi)容處理的一些基本操作功能進行代碼補全實驗，并根據(jù)提供的素材進行驗證。綜合型實驗基于開發(fā)基礎(chǔ)實驗的完成情況延伸出一個小應(yīng)用，對其主要模塊進行實現(xiàn)，并保證功能正確。創(chuàng)新型實驗則要求學(xué)生根據(jù)生產(chǎn)實際，選擇自己感興趣的課題獨立調(diào)研，獨立開發(fā)，至少在功能、算法、界面、配置的某個方面實現(xiàn)創(chuàng)新，并需要撰寫實驗報告書。從表1可以看出，本文的實驗課程的結(jié)構(gòu)設(shè)計強調(diào)課程的聯(lián)系性、順序性和連續(xù)性，緊跟虛擬現(xiàn)實新技術(shù)和人工智能新技術(shù)典型應(yīng)用，最終落腳點是激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

3.2教學(xué)模式改革

（1）自選式實驗操作。本文將一些設(shè)計基礎(chǔ)型實驗發(fā)布在教學(xué)網(wǎng)站上，由學(xué)生根據(jù)詳細的實驗步驟自行完成，并將實驗結(jié)果上傳到作業(yè)系統(tǒng)。從實驗結(jié)果設(shè)計到效果圖評測均可以采用智能評閱方式自動實現(xiàn)。（2）填空式算法設(shè)計。開發(fā)基礎(chǔ)型實驗大量應(yīng)用到計算機視覺算法，通?；贠penCV庫實現(xiàn)[10]，因此重點是要理解OpenCV中主要API函數(shù)的調(diào)用方法。本文設(shè)計好算法框架中的基本代碼，通過注釋給出OpenCV函數(shù)的說明，而具體調(diào)用方法則留給學(xué)生實現(xiàn)，避免了大量語法錯誤對學(xué)生的干擾，使得學(xué)生集中精力完成算法設(shè)計，達到指定的目標(biāo)結(jié)果。（3）項目式模塊設(shè)計。綜合型實驗都與項目模塊相關(guān)聯(lián)，而項目所構(gòu)成的代碼模塊則部分地源自開發(fā)基礎(chǔ)型實驗。因此，前期已經(jīng)完成的模塊可以直接用于連接運行，而需要學(xué)生實現(xiàn)的模塊在項目需求說明中加以列舉，學(xué)生只有獨立補全所需代碼模塊，才能正確地運行項目，最終得到一個完整的應(yīng)用場景。（4）以多種社會實踐形式完成創(chuàng)新項目。利用創(chuàng)新型實驗先進行選題，教學(xué)安排靈活機動。湖北經(jīng)濟學(xué)院一般安排16課時的上機指導(dǎo)，但主要的設(shè)計研究工作則須在課外獨立完成，要求學(xué)生在10分鐘內(nèi)完成答辯。同時，允許學(xué)生利用計算機設(shè)計大賽、物聯(lián)網(wǎng)+大賽、校級研學(xué)項目等與數(shù)媒相關(guān)的社會實踐成果沖抵創(chuàng)新項目實驗成績。這樣不僅激發(fā)了學(xué)生參與課外創(chuàng)新研究的動力，也提高了實驗教學(xué)成果的檔次和質(zhì)量。在交流環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生分享自己的創(chuàng)新成果和實現(xiàn)思路，并在教師指引下進行集體討論，肯定長處，指出不足，使所有學(xué)生都能得到思維鍛煉和靈感啟發(fā)。以上種種實踐教學(xué)模式的改革，借鑒了國內(nèi)同行經(jīng)驗和社會培訓(xùn)機構(gòu)教法[11-12]，融合了多種層次實驗內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)需求，由簡單到復(fù)雜，由基礎(chǔ)到綜合，由應(yīng)用到創(chuàng)新，層層遞進，有機結(jié)合，增強了學(xué)生的實際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

3.3智能評測方法改革

數(shù)字媒體技術(shù)涉及的基本理論知識包括音頻、視頻、圖像、虛擬現(xiàn)實、多模態(tài)等，類別繁雜，初次學(xué)習(xí)難度較大，只能采取化整為零的方式，將容易完成的實驗發(fā)給學(xué)生自行完成。為了對學(xué)生的完成情況進行準(zhǔn)確評估，需要全面檢查學(xué)生作業(yè)。但由于實驗作業(yè)量非常大，作品評價不及時成為困擾實驗效果的重要問題。本文基于孿生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SiameseNeuralNetwork,SNN）模型開發(fā)了數(shù)字媒體作業(yè)智能評測系統(tǒng)[13]，如圖1所示。在圖1中，參考圖像和被測評圖像分別輸入Siamese神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，通過相同權(quán)值的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別提取深度卷積特征，再通過距離函數(shù)（通常為余弦距離）比對兩幅圖像的誤差[14]，得到的誤差值記為SNN(𝑖𝑖1,𝑖𝑖x)，再乘以記分單位，如式（1）所示。(1)其中，i1是指參考圖像，ix是指評測圖像，SNN是指Siamese神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，輸出為兩幅圖像的差異度，取值為[0,1]區(qū)間，再乘以D=100轉(zhuǎn)換為百分制。在實際應(yīng)用中，圖像類作業(yè)可以直接使用該評分方法，音頻類作業(yè)可以轉(zhuǎn)換為頻譜圖像后采用該評分方法，視頻和動畫等均可以分解為關(guān)鍵幀后使用該方法，而多模態(tài)類作業(yè)則需要將每一種模態(tài)數(shù)據(jù)使用該評分方法分別評分后再求平均值。智能評測方法大大減少了教師工作量，也為學(xué)生自學(xué)自測提供了保障。

4教學(xué)效果分析

數(shù)字媒體技術(shù)類課程是數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)核心課程。其學(xué)習(xí)效果不僅單獨反映在數(shù)字媒體技術(shù)等專業(yè)課程的考試成績上，還反映在該專業(yè)社會研學(xué)實踐和就業(yè)率等成績中。

4.1數(shù)字媒體技術(shù)課考試成績分析

為詳細了解仿真實驗教學(xué)改革成效，本文對近三年（2018-2019年）數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)核心課程“數(shù)字媒體技術(shù)”、“數(shù)字媒體技術(shù)課程設(shè)計”的學(xué)習(xí)成績情況進行分析。從圖2和圖3中可以看出，隨著數(shù)字媒體技術(shù)類課程的仿真實驗教學(xué)改革的開展，仿真教學(xué)實驗內(nèi)容的數(shù)量和質(zhì)量不斷提高，學(xué)生對數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)核心課程的掌握程度逐年提升，優(yōu)秀率大幅提高并且近年來趨于穩(wěn)定。這說明，仿真教學(xué)實驗對學(xué)生基本原理和核心技術(shù)的掌握有切實功效。

4.2社會研學(xué)實踐情況

為了進一步評價數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)成效，本文對數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生近年來參加各類社會研學(xué)實踐活動取得的成績進行了比較分析。數(shù)字媒體專業(yè)學(xué)生在“計算機設(shè)計大賽”連續(xù)3年獲得國家級一等獎各1次，所有獎項國家級總和超過10項，省級總和超過15項。數(shù)媒專業(yè)學(xué)生近兩年獲校團委校級科研立項各4項（2019年）和5項（2020）。近兩年來，數(shù)字媒體專業(yè)學(xué)生還在“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目”中取得佳績，國家級和省級均獲批立項，如圖4所示。圖4數(shù)媒專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目立項數(shù)比較最后，數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生應(yīng)用實踐能力得到了社會認可，就業(yè)求職非常順利，畢業(yè)生就業(yè)率均達到95%以上。

5結(jié)束語

科技水平的不斷提高帶動了數(shù)字媒體技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。在這種背景下，湖北經(jīng)濟學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)實驗教學(xué)堅持以創(chuàng)新型應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)為根本目標(biāo)，通過仿真實驗教學(xué)改革設(shè)計，多措并舉，使學(xué)校的數(shù)字媒體技術(shù)類課程取得了較高的教學(xué)質(zhì)量，獲得了較高的社會認同和一定的社會聲譽，培養(yǎng)的學(xué)生具有較強的社會競爭力。近年來在計算機設(shè)計大賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目等社會實踐活動中也取得豐碩成果。但是新的考核方式仍將進一步探索，與生產(chǎn)實踐相結(jié)合的課程設(shè)計案例還將極大地得到豐富和擴充。作為一個新興的交叉學(xué)科門類，數(shù)字媒體技術(shù)類課程的實驗教學(xué)探索之路還將不斷延續(xù)和深入。

作者：胡勝紅 周剛 陳婕 單位：湖北經(jīng)濟學(xué)院信息與通信工程學(xué)院