疫情下的多媒体课程教学实践

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2021 年 7 月 10 日

计算机教育

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实践论坛

文章编号：1672-5913(2021)07-0068-05

中图分类号：G642

疫情下的多媒体课程教学实践

肖志娇，钟圣华

（深圳大学 计算机与软件学院，广东 深圳 518060）

摘 要：针对多媒体系统导论课程的特点、课程设置与教学目标，分析在线教学的优势和缺点，重点介绍在线教学过程中教师所面对的独特挑战与应对之策，提出疫情期间教学实践的具体措施与保障方法，通过统计分析说明教学实践的效果并给出多媒体系统导论课程融入线上元素进行常态化教学的建议。

关键词：多媒体系统导论；在线教学；教学实践

1󰀁多媒体系统导论本科课程的教学概况

多媒体数据多样、数据量巨大、内容丰富，这些都对其数据的分析、处理、传播、理解提出了极高的需求，需要更高效、智能地存储、计算、传递、理解信息，也需要提高我国高校的多媒体人才培养能力[1-3]。多媒体系统导论是一门面向计算机科学与技术、软件工程、网络工程的专业选修课程。该课程的教学目标定位于了解多媒体系统的基本概念，学会使用多媒体硬件设备和多媒体软件环境，从应用的角度出发能够使用多媒体创作工具开发或编制多媒体应用软件。课程主要讲述了多媒体技术的基本概念、媒体与媒体技术、多媒体数据压缩、多媒体硬件设备和软件环境以及以多媒体内容分析为代表的多媒体系统前沿技术，重点培养学生分析复杂计算机工程问题的能力，培养学生掌握多媒体在各个领域中制作和应用的知识、原则及技能。

多媒体系统导论属于多学科交叉课程，理论性强，同时又包括多个实验内容，其中一部分实验内容是关于多媒体硬件及软件系统的了解与使

用，特别是诸如Photoshop、Premiere等多媒体数据处理软件的使用；另一部分是关于多媒体系统及算法的掌握，包括图像压缩编码、多媒体内容分析系统设计。

2󰀁线上教学实践

在新冠肺炎疫情后，全国各学校都开展了大规模的在线教学实践[4]。据不完全统计，在2020年的春季学期，全国1 450多所大学的108万名教师开设了1 700多万门次的在线课程，有1 770多万名大学生进行在线学习，共计35亿人次[5]。对于广大教师而言，这虽然是不得已而为之的一次挑战，但是也是一次提升信息素养，提高信息化应用能力，推动教育教学理念向信息化、智能化转变的机会[6]。从多媒体系统导论这门课来看，教师从刚开始对在线教学逐渐摸索的状态，过渡到能够熟悉使用在线教学的环境与工具，并根据在线教学环境设计教学内容的状态；而学生也逐步接受、适应新的教学方式，并积极参与课程的各个环节中。与常规教学相比，在线教学具有一

基金项目：广东省本科高校高等教育教学改革项目“基于学习类型建模与挖掘的‘慕课’教学研究”（粤教高函[2018]1号）。

作者简介：肖志娇，女，副教授，研究方向为多媒体优化算法，cindyxzj@szu.edu.cn；钟圣华（通信作者），女，副教授，研究方向为多媒体内容分析，csshzhong@szu.edu.cn。

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定的灵活性与自由度，不太受地点、时间、课程材料的限制，而学生也可以重复学习上课时尚未掌握的知识点，但与此同时，学生对在线教学的质量有着更高的要求，也对教师的教学手段提出新的挑战。相比传统教学，在线教学中教师需要花更多力气确认学生的学习状态，吸引学生的注意力，激发学生的学习热情。针对多媒体系统导论这一类包含大量理论与实践相结合内容的课程，教师要合理安排实验环节并提供更为良好的实验资源与保障，构建更加充分的讨论环境。综合一学期的教学实践可以发现，在常态化教学实践中融入线上元素，能够有效弥补知识短板，提高教学质量，提升学生的学习积极性，因此，疫情之后的教育教学不应该退回到疫情之前纯粹的传统课堂教学，而如何设计未来的教学模态成为一线教育工作者的重要挑战。对于此，我们认为未来教育的新形态将呈现：“线上和线下双融合，内容与平台相促进，以学生为中心的个性化、定制化教学模式创新”。线上和线下双融合是指传统的课堂空间和在线教育的网络空间相互融合，实现互动式教学。内容与平台相促进是指在线教育平台与工具的竞争将促进教学内容与教学资源的建设，而好的教育平台和工具又会丰富教学的方式与手段，更有利于教学活动的开展。这一切都将围绕着学习者，也就是以学生为中心展开，甚至将来可以提供基于学生不同学习状态的问答系统、基于虚拟现实的沉浸式教学体验、基于大数据分析的个性化教学方案。

3󰀁多媒体系统导论在线教学的具体措施与方法

3.1 在线教学的课程设置

对于多媒体系统导论这门课程，任课教师使用腾讯课堂作为在线教育课程平台开展教学工作。腾讯课堂一共包括4种教学模态：分享屏幕，摄像头直播，播放视频、音频，PPT演示模式，并且为教师提供白板、讨论区、答题卡等工具。最值得一提的是，腾讯课堂中教师在上课时可以选择“生成回放”功能，就会将课程内容保存并快速生成回放，方便学生对上课期间未曾掌握的知识点进行复习，也方便教师回顾整个教授

过程，从而进一步提高课程质量。另外，由于大部分学生是在家学习，在线教育课程平台的稳定性非常重要，而腾讯课堂在这方面做得不错，一学期课程中基本未发生掉线等问题。

当然，腾讯课堂也有不足之处，如答题卡的设计相对简单，无法布置复杂的课堂练习让学生加深对课程内容的理解，并且没有实验教学平台可供学生进行练习。针对这一不足，任课教师选择使用Blackboard系统布置课堂作业、家庭作业以及实验。在线教学老师和学生隔着屏幕，沟通起来往往不如线下面对面有效，而教师又亟须了解所有学生对知识点的掌握程度，从而调整课程进度，这些只靠课堂上的零星提问很难掌握。针对线上课程的这一特点，任课教师在总共17周的课程中，安排了10次课堂作业、2次测验。课堂作业的时长一般为10~15 min，测验的时长是0.5 h。安排的时间点都是理论课下、课前。课堂作业一般紧跟当堂的知识内容，而测验的内容则是3~5周知识点的总结。

3.2 在线教学的实验设置

多媒体系统导论课程的目标包括掌握复杂计算机工程研究的基本方法，能够对计算机科学原理进行验证，最终培养具有一定工程实践能力，能够针对多媒体领域复杂工程问题进行分析、设计和实现的人才。在课程实践中，教师应深化学生的分析、权衡能力，引入和强化学生的能力训练，通过加大实践练习的深度提高学生解决问题的能力。

具体来说，可以在实验课程的初始就引入对常用的科学计算与算法开发平台Matlab的功能介绍，并且着重介绍与多媒体系统分析与设计相关的几个常用工具箱，加深学生对多媒体数据和多媒体相关算法的理解。由于疫情，大部分学生都在家进行学习，因此任课教师为学生提供云计算平台和高性能服务器资源，方便学生自己动手搭建从简单到复杂的多媒体系统，进行复杂工程实践。

多媒体系统导论课程包括5次实验：基于Photoshop的图像处理、基于Premiere的视频处理、基于Audition的音频处理、图像压缩编码、多媒体内容分析系统。前面3次实验主要围绕着多媒体数据处理软件的使用，每一次实验内容覆

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盖3周的课程，而后两次主要目标是让学生进行图像压缩解压缩的算法实践，以及搭建基于特征的多媒体检索系统，每一次实验内容覆盖4周的课程。课程的重要知识点都在实验中有所体现，学生不再是被动地死记硬背，而必须融会贯通才能实现整个多媒体系统的搭建。在实验开展中，可以采用分组视频演示、实验互评等多种教学手段。

3.3 在线教学的结果分析

在具体的课程实践内容中，制订多媒体系统导论课程的培养目标并将培养目标分解为具体指标点，设置相应的教学环节支撑这些指标点，围绕课程的培养目标实施教学活动，在每次课程结束后收集学生的数据，通过统计分析得出学生对于每个指标点的达到程度，再将评估结果用于持续改进。

具体的培养目标与4个对应的指标点如下。（1）问题分析能力：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析计算机系统、软硬件设计开发、计算机科学研究等复杂计算机工程问题，以获得有效结论。

指标点1：能够应用计算机工程与科学的基本原理，通过文献研究，深入分析复杂计算机工程问题，以获得有效的结论。目标为培养学生在多媒体基本概念与操作方面利用计算机工程与科学的基本原理解决问题的基本素养。

（2）研究能力：能够基于计算机科学原理并采用专业科学方法对复杂工程问题进行研究，包括前期求证、设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。

指标点2：掌握复杂计算机工程研究的基本方法，能够对计算机科学原理进行验证。目标为培养学生利用计算机独立设计多媒体主题和表达核心思想并解决由此产生的复杂工程问题的综合能力，特别是掌握复杂工程算法的原理并利用原理进行算法设计与应用能力。

指标点3： 能够理解复杂计算机工程问题所涉及的技术指标，并通过信息综合得到合理有效的结论。目标为使学生充分理解图像、视频信号不同类型，掌握模拟视频与数字视频标准及其应用领域，能够对多媒体各种处理方法与原理进行

验证。

（3） 终身学习能力：具有自主学习和终身学习的意识，能够阅读理解、对比分析和综述计算机专业文献，能够发现实践中存在的问题，并具有不断学习新知识和适应计算机技术快速发展的能力。

指标点4：具有查找和阅读计算机专业文献的能力，能够主动查找、阅读、理解专业文献内容。目标为培养学生查找和阅读计算机专业文献的能力，能够主动查找、阅读、理解专业文献内容。

在2019—2020第二学期的在线教学实践中，我们收集了本课程中学生的数据，通过统计分析得出学生对于每个指标点的达到程度（评价值），见表1。

表1 指标点达成程度分析

指标点

达成目标值

评价值

指标点110.83指标点210.84指标点310.79指标点4

1

0.85

从指标点的达成程度可以发现，指标点1和2的达成水平比较一致，而指标点3的达成水平较低，指标点4的达成程度较高。指标点3达成水平低于其他各项的主要原因是在线教学期间，虽然学校提供了各种云计算平台和高性能服务器资源，但是相比线下教学，实验课的开展还是遇到了一定的困难。原来的线下教学，学生可以使用机房，并且可以与教师、助教以及其他同学有效沟通，能够快速对多媒体各种处理方法与原理进行验证，遇到问题也可以快速解决；而在线教学的实验部分，大部分学生还是在家自己完成，遇到困难的可能性增加。指标点4达成度较高是因为在线上教学中，任课教师在多数时间其实无法实时、确切地知道学生的学习状态。为了能够更好地抓住学生的注意力，教师花费了更多时间在准备教学材料上，甚至是从最新的科研成果中发掘好的课程素材，而这无疑也给学生提供了更多接触和理解专业文献的机会。

另外，任课教师还统计了这门课程的在线听

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课时长与学生最终取得的成绩，如图1所示，横坐标是平均上课时长，纵坐标是学生最终取得的成绩。多媒体系统导论理论课的时长为80 min，而实验课在教师讲解过后（10~20 min）一般会切换到其他平台，由学生自主进行实验，或分组演示、讨论。从图中可以发现大部分学生能够完成理论课，部分学生还会在下课后回听课程重点内容。上课期间在线听课时长与学生最终取得成绩之间的相关系数为0.34，而包括上课期间听课时长与下课后回听时长的总时长与学生最终取得成绩之间的相关系数为0.37，这表明听课时长与成绩有一定正相关，在线教学的成败与否很大程度上取决于教学能否足够吸引学生的注意。

图1 多媒体系统导论课程的平均在线听课时长与

学生取得成绩

4󰀁融入线上元素进行常态化教学实践的

几点建议

疫情的突然而至考验了大中小学的教育工作者，也让教师和学生有了一次进行大规模在线教学实践的机会。在疫情消退之后，常态化教学实践中仍然可以融入线上元素。

1）结合线上平台内容补充课程所需知识。以多媒体系统导论这门课程为例，从内容处理的角度，这门课包含图像数据、音频数据、视频数据的压缩编码及相关内容分析；从常用方法的角度，又包含傅立叶变换、小波变换等信号处理的常用手段以及采样定理、调制解调等通信原理的相关原理；从知识体系来看，又可以引入

机器学习、模式识别、人工智能等交叉学科的知识点。因此，这门课的成功教授，一方面需要提高多媒体系统导论任课教师的知识储备，一方面还需要与其他课程建立承接关系，做好知识的铺垫与衔接工作。在授课过程中，如何把握知识的“广”与“深”，给这门课程授课教师提出了极大的挑战。值得注意的是，随着近年来如火如荼的MOOC课程建设，与多媒体系统导论相关的多个交叉学科的课程内容都能从线上平台获取。因此，一些与课程相关但又不属于课程核心内容的知识点，可以由任课教师进行筛选，在课上课下推荐给学生观看。这样的课程教授形式既可以扩展学生的知识系统，又便于课程核心内容的理解与推进。比如，离散余弦变换是图像压缩标准JPEG中的重要环节，但这一知识点往往在多媒体课程的教授过程中点到为止，只是让学生记住离散余弦变换的目的与具体算法，而导致很多学生不能真正理解离散余弦变换的原理，进而对其在图像压缩编码过程中发挥的作用产生怀疑，但如果要讲清楚离散余弦变换，又得补充上傅立叶级数、傅立叶变换等一系列相关知识。在课堂内的有限时间里，完成这些显然是有困难的。因此，在多媒体系统导论课程的教学过程中，任课教师使用了教育博主李永乐老师关于”傅立叶变换如何理解?美颜和变声都是什么原理”的一个

科普视频。李永乐老师从数学定义出发，深入浅出地讲解了傅立叶变换的原理，并结合美颜软件、变声软件介绍了其在生活中的具体应用，恰好可以为离散余弦变换进行知识补充。学生普遍反映这个视频让他们将枯燥的数学公式和具体应用联系起来，建立了对离散余弦变换原理的深刻理解，从而真正认识到其在图像压缩编码中发挥的重要作用。

2）基于云平台展示实验。

对数据特别是多媒体这种高维度、高复杂性数据的理解，建立在学生将理论知识与算法实践打通的基础上，因此，如何充分结合知识的讲授，安排好实验环节是非常重要的。线下的实验环境虽然具有交流的便利性，但是也会受软硬件条件所限，这使得一部分学生宁愿用自己的笔记本、台式电脑完成实验。

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建议给学生提供相对宽松的云计算平台和高

自由度。

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性能计算资源，并能够在实验课留出一定的时间让学生在云平台而不是讲台上展示自己的实验过程与结果，这样其他同学可以更容易地参与对相关程序的探讨中。

3）线下指导学生参与线上竞赛。

最近几年，国内外的学术组织和工业界进行了深入与广泛的合作，举办了不少以多媒体数据为核心的线上赛事，如ImageNet、Kaggle、AI Challenger[7]，而著名的国际会议中也有相应的竞赛项目，如国际多媒体会议ACM Multimedia中的视频理解竞赛等。这些竞赛从具体的应用出发，提供了大量而真实的多媒体数据。因此，多媒体系统导论课程教学中可以让学生组队，在老师的指导下参与竞赛。通过这些比赛可以激发学生的学习热情，并检查学生对专业知识的掌握情况，从而最终促进专业人才培养质量的提高。

4）给出重要教学内容的线上版本。教师还可以将重要知识点的相关教学内容制作成MOOC视频并公布在教学平台上，让学生选择观看，这样就做到在同步教学的场景中融入异步教学，可以提高常态化教学的灵活性与

5󰀁结󰀁语

在新冠肺炎疫情后，为响应教育部“停课不停教、停课不停学”的政策，全国各学校都开展了大规模的在线教学实践。本文就疫情下多媒体系统导论这门课的在线教学特别是实验教学的案例进行了详细分析、讨论，系统总结了这门课程的在线教学经验，并对未来如何将线上元素融入线下课程，开展有效、常态化的教学实践特别是实验教学实践进行了展望。当前多媒体系统导论的在线教学实践还只是初步探索，并且依赖于任课教师的经验、在线学习环境与学生的反馈。我们将在之后的教学实践中积极探索，引入多方面、多维度的评价，最终在在线教学中建立符合工程教育认证标准的持续改进机制，从而持续有效地提高多媒体系统导论课程的教学水平，最终培养出能够胜任多媒体复杂系统设计、开发和应用等工作的工程技术人才，并努力使之具有终身学习和自我工程技术持续改善的能力，适应社会和行业发展，具备创新意识。

参考文献：

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Wu J, Zheng H, Zhao B, et al. AI challenger: A large-scale dataset for going deeper in image understanding[EB/OL].（2018-12-30）[2021-05-27]. https://arxiv.org/abs/1711.06475.

（编辑：宋文婷）