基于課前任務單引導的信號類課程教學模式初探

劉慶華+晉良念

摘要：從傳統信號類課程教學存在的問題出發，闡述了基于課前任務單引導的課堂討論與演示結合的翻轉教學模式實施過程和過程形成評價方法，達到了充分發揮學生的認知主體作用，實現良性師生互動的教學效果。

關鍵詞：課前任務單；課堂討論；過程形成評價

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）01-0256-02

信號類課程如《信號與系統分析》、《數字信號處理》、《語音信號處理》、《圖像處理技術》課程要求深厚的數學知識多，特別是《語音信號處理》中還涉及到研究生階段的數學知識如“馬爾科夫模型”、“加窗傅立葉變換”、“線性預測”等，造成課程公式多、算法推導多；另一方面，由于課時減少、大班教學等因素，形成了學生對這類課程的普遍反映是“難”且“繁”。教師為了完成教學任務，普遍采用“滿堂灌”的傳統的教學模式。這種傳統的教學模式是以教師為中心，其優點是有利于教師主導作用的發揮，進行課堂教學的組織、管理與控制；缺點是忽略學生的主動性、創造性，而學生的認知主體作用很難體現出來，因此，課堂上師生間缺少交流與互動，導致學生學習興趣下降[1-3]。

在清華大學教育研究院史靜寰教授的中國大學生學習與發展追蹤研究（CCSS，Chinese College Student Survey）項目中指出，生師互動（SFI）是用于診斷教育過程和學生學習的五大指標之一。傳統的教學方式造成師生互動少，多種因素造成教師不可能關注到所有學生，這種現象在理工類專業均較為普遍。為此，為了充分發揮學生的主動性，保證學生可以按照設定的過程完成教學任務，本文探討利用講課視頻、PPT、教材等資料，實現課堂翻轉的信號類課程教學模式，讓學生主動參與學習課程中。要實現課堂翻轉，首先需要課前任務單。授課教師要分析學生需要、教學內容、實際教學環境的基礎上，提出恰當的課前任務單[4]，引導學生通過自學，聯系前后知識完成任務，達到對知識有了一定的了解和初步掌握，從而在課堂上能迅速跟上授課進程和節奏。在此基礎上，教師在課堂上就部分問題組織討論，培養學生探究式學習能力，實現能提問、能質疑教師的觀點、能與同學合作進行學習，達到良性生師互動、生生互動的效果。教師的授課模式也從傳授式改為引導式，避免了機械重復。再者，課程考核方式由以期末考試為主的終結性考核方式變成過程形成考核，全面評估學生綜合能力。

下面筆者以《數字信號處理》課程為例，說明基于課前任務單引導的信號類課程教學模式改革。

一、課前任務單

授課教師根據教學目的，結合教學大綱、授課計劃、學生實際情況，設計課前任務單。課前任務單的內容和形式豐富，可以是選擇題、填空題、分析題、思考題（供后面討論）或者編程題目，學生通過學習視頻、PPT、教材等資料完成任務。

由于筆者在該課程中采用的是外文教材[5]，學生在這之前沒有接觸過外文教材，為此在第一次課程中，為了引導學生能快速適應外文教材學習，布置的任務包括：（1）常用專業英語單詞學習（翻譯為中文），以供后面課程內容學習。（2）結合在《信號與系統分析》課程中所學內容，閱讀英文教材有關濾波器內容描述，完成思考題：一個信號包含三個頻率成分50Hz、110Hz和150Hz，若將其通過一個濾波器，輸出信號中只包含頻率為110Hz的信號成分，請問此濾波器的類型及截止頻率的范圍？再者，在離散時間傅立葉變換DTFT的性質講解之前，布置課前任務，結合Z變換的性質，證明DTFT的性質，包括卷積定理、調制定理等。通過這些練習，讓學生逐漸適應外文教材學習，并且明白前后知識的聯系，意識到了新變換的學習并非難事。

課前任務單完成時間盡量控制在20-30分鐘以內。時間過短，課程信息量少，不足以支撐。過長，學生因內容太多，容易疲倦，最后甚至放棄。課前任務單要難度適中，讓大多數學生通過學習能夠完成內容，逐漸培養學習上的自信和成就感，同時，還需設置拓展題，留下思考的空間。另外為了有效傳遞課程任務單，教師還需要建立QQ群、微信群等，進行提前發布，留給學生足夠的時間完成課前任務單。

通過課前任務單的練習，學生對后續課堂內容和任務有了一定的了解和準備。授課教師通過課堂的檢查和互動情況，也可從中了解學生存在的問題，更有針對性地設計教學內容、方法和組織形式，滿足學生的知識需求。

二、課堂討論和演示

通過課前任務單的準備，學生對所需討論的問題有了自己的看法，參與課堂討論的熱情和積極性就高，再加之教師正確引導，就能有效開展討論，避免冷場或討論程度不深入等現象。如在講解完線性卷積與圓周卷積關系的知識點后，在課前任務單中要求學生結合實例總結求解離散時間信號卷積的方法。在隨后的課堂上，學生分成小組開展了激勵的討論，并由每個小組選派代表發言。他們分別給出了時域（定義公式法、數乘法、作圖法、矩陣法等）、Z域（卷積定理）、頻域（離散時間傅立葉變換DTFT卷積定理、離散傅立葉變換DFT卷積定理、重疊相加法、重疊保留法等）中的求解方法，同時還闡述了每種方法的優缺點以及適用局限性。并有小組指出考慮到實際實時實現，利用快速傅立葉變換，能降低計算量，是行之有效的方法。通過這些討論，將前后知識進行了有效聯系和結合，實現新的知識靈活應用，避免了知識的碎片化和孤立化。另外，《數字信號處理》的課程中有大量的基于MATLAB的程序設計，利用課堂時間，讓學生闡述編程思想和演示實驗結果，從而引導學生掌握好基本概念和基本理論。

在討論中，教師擔任主持、引導者和點評員角色，學生分工合作。通過具體案例，引導學生設置疑問，引發思考，參與討論，最終得出結論，形成自主學習。

三、過程形成考核方式

傳統的課程考核方式主要以期末終結性考試為主，對學生平時的課堂參與度、主動學習程度、綜合素質等考核無法評價。而往往一次的期末考試不能有效診斷學習效果、改進學習方法，不能反映學生學習能力。

為此將以期末終結性考試為主的考核方法改變為過程形成考核，包括課前任務單完成情況、參與討論情況、程序演示情況、學生互評成績、平時階段性小測驗成績、作業完成情況、期末考試成績，其中前六項所占比例為70%，最后一項所占比例為30%。

四、結論

筆者在《數字信號處理》課程中實施了2個學期的基于課前任務單引導的課堂翻轉教學模式探索，學生的主動性、課堂參與度大大提高，收到良好的教學效果。通過測試，期末卷面通過率、平均分、各分數段比例遠高于非課程任務單班級的各項指標。目前筆者所在課程組正在《信號與系統分析》、《語音信號處理》、《圖像處理技術》課程中推行。

參考文獻：

[1]韓萍，倪育德，等.信號類課程群建設與實踐[J].電氣電子教學學報，2009，31（1）：10-11.

[2]晏燕，王惠琴.高校信息類課程翻轉課堂教學模式研究[J].蘭州文理學院學報，2016，30（1）：111-116.

[3]劉慶華，歐陽寧.面向卓越計劃的信號處理課程群的教學研究與實踐[J].中國電力教育，2012，（31）：48-49.

[4]柳桂媛.翻轉課堂課前任務單設計研究[J].內蒙古財經大學學報，2016，14（3）：109-112.

[5]Sanjit K.Mitra.數字信號處理：基于計算機的方法（第四版）[M].闊永紅，編譯.北京：電子工業出版社，2011.

Practical Exploration on Teaching Reform of Signals Courses Based on Pre-class Task List

LIU Qing-hua，JIN Liang-nian

（Guilin University of Electronic Technology，School of Information and Communication，Guilin，Guangxi 541004，China）

Abstract：According to the problems existing in the traditional teaching of signal courses，this paper described the implementation of the flipped teaching mode and process formation evaluation method based on the combination of classroom discussion and demonstration guided by pre-class task list. Experimental results show that it was helpful to exert students' cognitive function and realize the positive interaction between students and teachers.

Key words：pre-class task list；class discussion；process formation evaluation