52、主动学习教学法与图像压缩技术：提升学生学习与多媒体传输效率

最新推荐文章于 2025-10-28 16:24:51 发布

像素大盗

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主动学习教学法与图像压缩技术：提升学生学习与多媒体传输效率

在教育和技术领域，主动学习教学法和图像压缩技术都有着重要的应用和意义。主动学习教学法旨在提高学生的学习参与度和学术表现，而图像压缩技术则致力于解决多媒体信息传输和存储的难题。

主动学习教学法在 STEM 课程中的应用

在 STEM 课程的教学中，采用了多种教学实践来提高学生的学习参与度和学术表现。

课程准备与框架

在课程开始前，为电子专业的本科生提供精心规划、设计和平衡的课程材料，涵盖教师信息、课程目标、项目目标、专业目标、课程成果、布鲁姆分类法问卷和多样化的学习资源。课程交付框架包含多个主要组成部分：
| 组成部分 | 详情 |
| — | — |
| ARCS 动机模型 | 通过提出日常生活中的有趣问题和给出实际例子，激励和吸引学生，帮助他们找到学习方法。 |
| 预调查 - 学习风格识别 | 对 120 名学生进行 20 个问题的调查，以了解学生的不同学习风格。为满足学生的学习类型，采用了多种教学实践和信息通信技术，如粉笔板书、PPT 演示、视频讲座、动画和动态学习活动。 |
| 利用技术力量 | 创建虚拟教室（GOOGLE CLASSROOM），使用谷歌表单和模拟软件评估学生和团队的表现。提供虚拟实验室链接供学生实践，开展翻转课堂活动。创建 WhatsApp 群组用于快速信息共享、与教师互动和学生讨论。教师制作课程主题的自录视频讲座并发布在 YouTube 上。 |
| 评估工具 | 采用多种评估工具，如测验、讨论、开卷和闭卷课堂测试以及作业。具体如下：
| 序号 | 评估工具 | 备注 |
| — | — | — |
| 1 | 测验 | 谷歌表单 |
| 2 | 讨论 | WhatsApp |
| 3 | 课堂测试 | 闭卷 |
| 4 | 作业 | 开卷 |
| 有效评估 | 为学生在评估测试中的表现不佳提供合理原因，并给予建设性反馈。进行两次大学内部考试（CIE），每次 25 分，包括 10 分描述题、10 分客观题和 5 分作业。取两次考试的平均分作为最终内部成绩。 |
| 学生对课程交付和教师的反馈 | 使用 Survey Monkey 标准模板的 10 点问卷收集学生对课程交付和教师的反馈，反馈内容涵盖教师的知识水平、讲解清晰度、对学生学习的关注程度等多个方面。

评估分析与讨论

测验：进行三次不同难度级别的测验，分别进行个人评估（10 分制）和团队评估（20 分制）。第一次个人评估测验中表现不佳的学生较多，但后续表现逐渐改善。团队评估中，第一次测验时学生团队内部协调不足，后续表现良好。
| 个人评估测验 | <5 分 | 6 - 8 分 | 9 - 10 分 |
| — | — | — | — |
| 测验 1 | 48 | 60 | 12 |
| 测验 2 | 30 | 67 | 23 |
| 测验 3 | 20 | 58 | 32 |

团队评估测验	<10 分	11 - 15 分	16 - 20 分
测验 1	10	15	15
测验 2	7	9	24
测验 3	5	8	27
- 小组讨论：选择主题让学生讨论和分享观点，在教师监督下进行，对表现最佳者给予小奖品鼓励。
- 课堂测试：进行三次描述性课堂测试，每次 10 分，包含四个问题，选答两个，每题 5 分。学生的课堂测试表现逐渐提高。
课堂测试	<5 分	6 - 8 分	9 - 10 分
—	—	—	—
测试 1	30	40	70
测试 2	25	42	53
测试 3	23	39	58
- 作业：布置开卷作业，强调准确性、及时性、完整性和整洁性，根据明确的评分标准评估并给予建设性反馈。两次作业中，大部分学生表现良好。
作业	5 分	4 分
—	—	—
作业 1	113	7
作业 2	116	4

课程成果与项目目标的达成

通过对比有和没有主动学习活动（ALA）时课程成果（CO）与项目目标（PO）的达成情况，可以看出主动学习活动有助于提高学生的学业表现。以下是 AE 课程和 EMTL 课程的相关数据：

AE 课程 CO - PO 映射
| COs | PO1 | PO2 | PO3 | PO4 | PO5 | PO6 - 11 | PO12 |
| — | — | — | — | — | — | — | — |
| CO1 | 3 | 2 | 3 | - | 2 | - | 2 |
| CO2 | 1 | 3 | 3 | - | - | - | 2 |
| CO3 | 2 | - | 3 | - | 3 | - | - |
| CO4 | 2 | 2 | - | - | 2 | - | 2 |
| 平均 | 2 | 1.75 | 2.25 | - | 1.75 | - | 1.5 |

AE 课程无 ALA 时 CO - PO 达成情况
| COs | PO1 | PO2 | PO3 | PO4 | PO5 | PO6 - 11 | PO12 |
| — | — | — | — | — | — | — | — |
| CO1 | 1.51 | 0.85 | 1.81 | - | 0.92 | - | 0.75 |
| CO2 | 0.52 | 1.42 | 1.79 | - | - | - | 0.63 |
| CO3 | 0.87 | - | 1.82 | - | 1.21 | - | - |
| CO4 | 0.99 | 1.02 | - | - | 0.78 | - | 0.81 |

AE 课程有 ALA 时 CO - PO 达成情况
| COs | PO1 | PO2 | PO3 | PO4 | PO5 | PO6 - 11 | PO12 |
| — | — | — | — | — | — | — | — |
| CO1 | 2.75 | 1.5 | 2.66 | - | 1.87 | - | 1.5 |
| CO2 | 0.93 | 2.67 | 2.78 | - | - | - | 1.25 |
| CO3 | 1.90 | - | 2.85 | - | 2.65 | - | - |
| CO4 | 1.79 | 1.82 | - | - | 1.53 | - | 1.75 |

EMTL 课程 CO - PO 映射
| COs | PO1 | PO2 | PO3 | PO4 | PO5 | PO6 - 11 | PO12 |
| — | — | — | — | — | — | — | — |
| CO1 | 3 | 3 | 2 | - | 3 | - | 2 |
| CO2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 1 | - | 2 |
| CO3 | 2 | 3 | - | - | 2 | - | 2 |
| CO4 | 3 | 3 | 2 | 3 | 2 | - | 2 |
| 平均 | 2.5 | 2.75 | 1.33 | 2.5 | 2 | - | 2 |

EMTL 课程无 ALA 时 CO - PO 达成情况
| COs | PO1 | PO2 | PO3 | PO4 | PO5 | PO6 - 11 | PO12 |
| — | — | — | — | — | — | — | — |
| CO1 | 1.78 | 1.38 | 0.72 | - | 1.67 | - | 0.56 |
| CO2 | 0.86 | 0.95 | 1.85 | 1.01 | 0.62 | - | 0.28 |
| CO3 | 0.83 | 1.92 | - | - | 0.78 | - | 0.42 |
| CO4 | 1.62 | 1.45 | 1.22 | 1.35 | 0.83 | - | 0.93 |

EMTL 课程有 ALA 时 CO - PO 达成情况
| COs | PO1 | PO2 | PO3 | PO4 | PO5 | PO6 - 11 | PO12 |
| — | — | — | — | — | — | — | — |
| CO1 | 2.65 | 2.72 | 1.76 | - | 2.75 | - | 1.81 |
| CO2 | 1.73 | 1.91 | 2.59 | 1.56 | 0.89 | - | 1.22 |
| CO3 | 1.81 | 2.72 | - | - | 1.82 | - | 1.31 |
| CO4 | 2.69 | 2.58 | 1.92 | 2.66 | 1.76 | - | 1.11 |

图像压缩技术：DWT 和 DCT 混合方法

在多媒体通信领域，图像压缩技术至关重要。传统的离散余弦变换（DCT）和离散小波变换（DWT）各有优缺点，因此提出了一种混合压缩技术。

压缩技术概述

压缩是一种将待传输信息进行编码的技术，通过减少原始图像的冗余来实现。压缩分为无损压缩和有损压缩：
- 无损压缩 ：不损失数据，通过消除冗余来减少比特数，如 GIF 和 BMP 图像格式。
- 有损压缩 ：通过去除非必要信息来减小文件大小，如 JPEG 图像格式。

动机与混合算法

随着数据和技术的发展，多媒体信息的传输和存储需求不断增加。DCT 具有良好的能量压缩特性且所需处理资源较少，但在高级压缩时会出现虚假轮廓和干扰伪影；DWT 是一种多分辨率变换，可实现可移动压缩，但需要大量处理资源。因此，探索 DCT 和 DWT 两种方法的优点，提出了“混合”算法。

混合压缩方法

该方法首先对图像的各个 RGB 分量分别应用 DWT 和 DCT，然后为每个独特的图像计算代码。通过 MATLAB 模拟，使用峰值信噪比（PSNR）评估新图像压缩技术的质量。模拟结果表明，该混合压缩技术在 PSNR 方面优于标准 JPEG 编码。

综上所述，主动学习教学法在 STEM 课程中能够有效提高学生的学习参与度和学术表现，而 DWT 和 DCT 混合的图像压缩技术为多媒体信息的传输和存储提供了更有效的解决方案。这些方法和技术的应用将在教育和技术领域发挥重要作用。

主动学习教学法与图像压缩技术：提升学生学习与多媒体传输效率（续）

主动学习教学法的优势与挑战

主动学习教学法在 STEM 课程中的应用取得了显著成效，但也面临一些挑战。

优势分析

提高学生参与度 ：通过 ARCS 动机模型、多样化的教学实践和技术应用，学生的学习兴趣和参与度得到了极大提高。例如，虚拟教室、YouTube 视频讲座和 WhatsApp 群组等工具，让学生能够随时随地参与学习和交流。
提升学术表现 ：从评估分析结果可以看出，学生在测验、小组讨论、课堂测试和作业中的表现逐渐提高，在大学内部考试和学期末考试中的成绩也有所提升。主动学习活动有助于学生更好地理解和掌握知识，提高解决问题的能力。
促进团队合作 ：团队评估测验显示，学生在团队合作中的协调能力和合作意识逐渐增强。通过小组讨论和团队作业，学生学会了与他人合作，共同解决问题。

挑战与应对策略

学生学习监控 ：翻转课堂等活动中，学生的学习参与度难以有效监控。教师可以通过设置学习任务、定期检查作业和组织在线讨论等方式，加强对学生学习过程的监控。
技术应用能力 ：部分学生可能对技术工具的使用不够熟练，影响学习效果。教师可以提供技术培训和指导，帮助学生掌握虚拟教室、谷歌表单和模拟软件等工具的使用方法。
教学资源准备 ：为了实施主动学习教学法，教师需要准备大量的教学资源，如课程材料、视频讲座和评估工具等。学校可以提供相关的支持和培训，帮助教师提高教学资源准备的效率和质量。

图像压缩技术的应用前景

DWT 和 DCT 混合的图像压缩技术在多媒体通信领域具有广阔的应用前景。

多媒体传输与存储

节省存储空间 ：图像压缩技术可以减少图像文件的大小，节省本地磁盘存储空间。在多媒体系统中，大量的图像和视频文件需要存储，压缩技术可以有效降低存储成本。
提高传输速度 ：压缩后的图像文件可以更快地在网络中传输，提高多媒体信息的传输效率。在无线通信和互联网应用中，快速的数据传输对于用户体验至关重要。

图像质量与性能

提高图像质量 ：通过混合压缩技术，可以在保证图像质量的前提下，实现更高的压缩比。模拟结果表明，该技术在 PSNR 方面优于标准 JPEG 编码，能够提供更清晰、更真实的图像。
适应不同应用场景 ：该技术可以根据不同的应用场景和需求，调整压缩参数，实现最佳的压缩效果。例如，在高清视频监控、医学影像和卫星遥感等领域，对图像质量和压缩比有较高的要求，混合压缩技术可以满足这些需求。

总结与展望

主动学习教学法和 DWT 与 DCT 混合的图像压缩技术分别在教育和技术领域展现出了巨大的潜力。

总结

主动学习教学法 ：通过多种教学实践和技术应用，提高了学生的学习参与度和学术表现，促进了团队合作。但在学生学习监控、技术应用能力和教学资源准备等方面面临挑战，需要采取相应的应对策略。
图像压缩技术 ：混合压缩技术结合了 DWT 和 DCT 的优点，在多媒体传输和存储方面具有显著优势，能够提高图像质量和传输效率，适应不同的应用场景。

展望

教育领域 ：未来可以进一步探索主动学习教学法的应用模式和策略，结合人工智能和大数据技术，实现个性化学习和精准教学。同时，加强教师培训和专业发展，提高教师的教学能力和技术应用水平。
技术领域 ：继续研究和改进图像压缩技术，提高压缩比和图像质量，降低计算复杂度。探索与其他技术的融合，如深度学习和区块链，为多媒体通信和信息安全提供更强大的支持。

mermaid 流程图展示图像压缩技术流程：

graph LR
    A[图像输入] --> B[RGB 分量分离]
    B --> C[应用 DWT 和 DCT]
    C --> D[编码计算]
    D --> E[质量评估（PSNR）]

通过对主动学习教学法和图像压缩技术的研究和应用，我们可以看到它们在不同领域的重要作用。未来，随着技术的不断发展和创新，这些方法和技术将不断完善和优化，为教育和技术的发展带来更多的机遇和挑战。