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

關鍵詞：數(shù)字媒體技術；仿真實驗教學；課程設計；教學模式

1引言

近年來，4G/5G智能終端的發(fā)展使得數(shù)字媒體內容的制作、編輯與傳播日益便利，數(shù)字媒體技術專業(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)字媒體內容設計制作及相關軟硬件開發(fā)原理和方法的應用型專門人才[1-2]。作為應用型本科院校，湖北經濟學院數(shù)字媒體技術專業(yè)立足于創(chuàng)新型應用技術人才培養(yǎng)目標，注重以“基礎知識扎實、開發(fā)技術過硬、創(chuàng)新能力突出”為主旨的應用系統(tǒng)開發(fā)和科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)等兩個層次，要求學生必須精學多練，注重開發(fā)能力訓練，成為適應數(shù)字媒體軟件開發(fā)需求的技術人才[3-4]。在這種教學背景下，實驗教學在數(shù)字媒體技術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)字媒體技術類課程不僅要求熟悉和掌握融合技術與藝術領域相關理論知識的各類現(xiàn)代媒體設計開發(fā)技巧，還要求熟悉和運用人工智能技術解決實際應用問題。目前，數(shù)字媒體技術類課程實驗面臨課程體系統(tǒng)籌兼顧不足、技術新鮮度不夠、教學方式僵硬、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，從實驗內容設計入手，將數(shù)字媒體技術領域新理論、新技術構建成仿真程序設計任務，在不同的教學階段以不同的教學模式融入日常教學，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的力度和實效。最終實踐表明，學生取得了較好的課業(yè)成績，大大增強了社會研學能力。

2數(shù)媒技術實驗教學問題分析

目前，數(shù)字媒體類課程實驗教學還處在探索階段，來自于實驗內容、實驗環(huán)境、實驗內容設計、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)字媒體技術類課程的實驗體系設計欠缺統(tǒng)籌考慮。各門課程之間實驗內容重復、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內容，知識體系、教學難度和目標要求上缺乏統(tǒng)籌安排，導致教學效果不明顯和資源浪費嚴重。（2）缺乏規(guī)范和及時更新的具有數(shù)字媒體技術鮮明特色的實驗內容。現(xiàn)有的數(shù)字媒體課程實驗教材不是偏重藝術設計，就是偏重程序開發(fā)，不適合應用本科型院校的培養(yǎng)目標。應該在實驗教學內容設計上融合藝術和技術兩大總體需求，才能有效鍛煉學生的應用開發(fā)能力。（3）實驗教學方式僵化機械，不利于激發(fā)學習積極性。受傳統(tǒng)實驗教學模式的影響，現(xiàn)有的實驗教學內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，學生基本上不查閱資料，僅需簡單地重復實驗步驟，無需積極思考就可以獲得實驗結果，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)學生自評自測的目的。

3實驗教學模式改革

3.1仿真實驗教學設計

本文從創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)的素質和能力要求出發(fā)，建立起以創(chuàng)新能力和應用開發(fā)能力培養(yǎng)為主線、綜合分層的實踐教學新體系，幫助學生理解數(shù)字媒體領域基本理論，從而掌握數(shù)字媒體技術典型應用的開發(fā)方法[7-8]。因此，本文將實驗教學內容分為四個層次：設計基礎型實驗、開發(fā)基礎型實驗、綜合型實驗、創(chuàng)新型實驗，如表1所示。設計基礎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)字媒體內容處理的基本概念和操作參數(shù)，是開發(fā)基礎型實驗的準備工作[9]。開發(fā)基礎實驗根據(jù)代碼模板對數(shù)字媒體內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)基礎實驗的完成情況延伸出一個小應用，對其主要模塊進行實現(xiàn)，并保證功能正確。創(chuàng)新型實驗則要求學生根據(jù)生產實際，選擇自己感興趣的課題獨立調研，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構設計強調課程的聯(lián)系性、順序性和連續(xù)性，緊跟虛擬現(xiàn)實新技術和人工智能新技術典型應用，最終落腳點是激發(fā)和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。

3.2教學模式改革

（1）自選式實驗操作。本文將一些設計基礎型實驗發(fā)布在教學網站上，由學生根據(jù)詳細的實驗步驟自行完成，并將實驗結果上傳到作業(yè)系統(tǒng)。從實驗結果設計到效果圖評測均可以采用智能評閱方式自動實現(xiàn)。（2）填空式算法設計。開發(fā)基礎型實驗大量應用到計算機視覺算法，通常基于OpenCV庫實現(xiàn)[10]，因此重點是要理解OpenCV中主要API函數(shù)的調用方法。本文設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，而具體調用方法則留給學生實現(xiàn)，避免了大量語法錯誤對學生的干擾，使得學生集中精力完成算法設計，達到指定的目標結果。（3）項目式模塊設計。綜合型實驗都與項目模塊相關聯(lián)，而項目所構成的代碼模塊則部分地源自開發(fā)基礎型實驗。因此，前期已經完成的模塊可以直接用于連接運行，而需要學生實現(xiàn)的模塊在項目需求說明中加以列舉，學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，教學安排靈活機動。湖北經濟學院一般安排16課時的上機指導，但主要的設計研究工作則須在課外獨立完成，要求學生在10分鐘內完成答辯。同時，允許學生利用計算機設計大賽、物聯(lián)網+大賽、校級研學項目等與數(shù)媒相關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)了學生參與課外創(chuàng)新研究的動力，也提高了實驗教學成果的檔次和質量。在交流環(huán)節(jié)，引導學生分享自己的創(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，使所有學生都能得到思維鍛煉和靈感啟發(fā)。以上種種實踐教學模式的改革，借鑒了國內同行經驗和社會培訓機構教法[11-12]，融合了多種層次實驗內容和教學目標需求，由簡單到復雜，由基礎到綜合，由應用到創(chuàng)新，層層遞進，有機結合，增強了學生的實際應用能力和創(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，初次學習難度較大，只能采取化整為零的方式，將容易完成的實驗發(fā)給學生自行完成。為了對學生的完成情況進行準確評估，需要全面檢查學生作業(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。本文基于孿生神經網絡（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神經網絡中，通過相同權值的深度卷積神經網絡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神經網絡模型，輸出為兩幅圖像的差異度，取值為[0,1]區(qū)間，再乘以D=100轉換為百分制。在實際應用中，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，也為學生自學自測提供了保障。

4教學效果分析

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

4.1數(shù)字媒體技術課考試成績分析

為詳細了解仿真實驗教學改革成效，本文對近三年（2018-2019年）數(shù)字媒體技術專業(yè)核心課程“數(shù)字媒體技術”、“數(shù)字媒體技術課程設計”的學習成績情況進行分析。從圖2和圖3中可以看出，隨著數(shù)字媒體技術類課程的仿真實驗教學改革的開展，仿真教學實驗內容的數(shù)量和質量不斷提高，學生對數(shù)字媒體技術專業(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，仿真教學實驗對學生基本原理和核心技術的掌握有切實功效。

4.2社會研學實踐情況

為了進一步評價數(shù)字媒體技術專業(yè)學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)成效，本文對數(shù)字媒體技術專業(yè)學生近年來參加各類社會研學實踐活動取得的成績進行了比較分析。數(shù)字媒體專業(yè)學生在“計算機設計大賽”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)學生還在“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目”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)訓練計劃項目立項數(shù)比較最后，數(shù)字媒體技術專業(yè)學生應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結束語

科技水平的不斷提高帶動了數(shù)字媒體技術應用領域的快速發(fā)展。在這種背景下，湖北經濟學院數(shù)字媒體技術實驗教學堅持以創(chuàng)新型應用技術人才培養(yǎng)為根本目標，通過仿真實驗教學改革設計，多措并舉，使學校的數(shù)字媒體技術類課程取得了較高的教學質量，獲得了較高的社會認同和一定的社會聲譽，培養(yǎng)的學生具有較強的社會競爭力。近年來在計算機設計大賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓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，與生產實踐相結合的課程設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科門類，數(shù)字媒體技術類課程的實驗教學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：湖北經濟學院信息與通信工程學院