以學生為中心的教學研究與實踐

李燦 周作建

[摘 要] 當前我國高校正在并大力推行“以學生為中心”的教學模式改革。課堂教學離不開“教”與“學”的互動，教學的最終目的是將知識應用于實踐。如何將教與學進行良好結合是以學生為中心教學的基本準則，也是后期知識應用于實踐的前提。通過實際參與“生物醫學信號處理”課程的講授，觀察學生在課堂中的表現，以及與教師的互動等，筆者深刻感受到課堂教學離不開教與學的互動，教師如何將教與學良好結合是以學生為中心這一教學模式能否順利實施的關鍵。

[關鍵詞] 教學改革;以學生為中心;教學模式探索

[基金項目] 2018年度國家重點研發計劃“中醫現代化研究專項”（2018YFC1704400）

[作者簡介] 李 燦（1989—），女，江蘇豐縣人，博士，南京中醫藥大學人工智能與信息技術學院講師，主要從事生物醫學信號傳感研究;周作建（1976—），男，江蘇連云港人，博士，南京中醫藥大學人工智能與信息技術學院研究員，碩士生導師，主要從事服務推薦、物聯網與智能醫學研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）32-0095-04? ? [收稿日期] 2020-12-21

一、引言

對中醫院校醫學信息工程專業的學生來說，“生物醫學信號處理”是一門專業基礎課程，學好這門課非常重要。然而，中醫院校學生的知識基礎與工科院校學生相比存在一定差距，如缺少“信號與系統”課程的深入學習，對相應模擬信號的處理方法了解較少。“生物醫學信號處理”是以生物醫學信號為處理對象的課程，最終的應用主要是處理各種醫學信號，其所依托的理論方法均來自“數字信號處理”這門課。眾所周知，“數字信號處理”是一門理論性很強的課程，具有內容抽象、公式繁多、理論性強及應用廣泛等特點[1]。在教學過程有限的課時內，教師很難將復雜的概念和理論講解透徹，如單位抽樣響應與卷積和、不同形式的傅里葉變換、IIR濾波器和FIR濾波器的設計等，學生也很難有效掌握這些復雜的理論知識，更難說加以利用。退一步講，就算教師在理論講授過程中做到概念清晰明了，但理論知識與具體應用還存在一定差距，在學生具體應用時極大可能出現不知如何利用所學理論知識和方法解決信息處理中的實際問題的現象。此外，在將數字信號處理應用于科學研究和工程時，大量煩瑣的計算造成數字信號處理系統的應用出現工作量龐大的問題。

迄今為止，很多研究者提出了將Matlab應用于課程的教學研究[2]，旨在通過Matlab的信號仿真功能輔助教師的教學，幫助學生更生動、形象、直觀地理解理論知識的原理。但這些研究主要針對“數字信號處理”課程的實驗環節，課堂教學部分涉及較少。“以學生為中心”的教學理念強調在課堂上突出學生學習的主體地位，教師發揮引導作用，幫助學生加強自我學習和管理。針對“生物醫學信號處理”課程，可綜合多種教學方法，為課程的講授提供指導與方向指引，保證學生學習效果的同時，注重學生實踐能力和科學探究能力的培養。

二、理論講授實施策略

1.結合課程特點，針對課程中的不同內容，可通過設計不同的授課思路，以期取得較好的效果。根據因材施教和以應用為導向的原則進行教學設計，授課時淡化公式的數學推導，重點強調物理意義、設計方法和應用領域，注重課程思政的融入，課前或課后通過線上教學平臺推送重點和難點知識的講解視頻，使學生結合學習現狀按需取用，或者結合網絡慕課視頻，取長補短，將知識點講解較為透徹的慕課推送給學生課后加強學習，從而旨在做到理論知識概念、物理意義、設計應用的多點并重。

2.根據進度和學情，對學生學習的不同階段采用對應的授課方式。如剛開始課程內容的學習時，學生缺乏關于數字信號的實際理解與接觸，對知識的理解相對困難。比如，進行模擬信號轉換為數字信號時，學生不容易掌握要領。對此，授課時一定要通過實例和圖形化的方式進行說明，讓學生體會現實信息與處理過程中表示方式的不同，在操作時將會面臨什么樣的問題。本課程主要面向大三年級學生，這一階段學生的學習態度和專業水平差距逐漸增大，部分學生獨立思考的能力較強，可以進行自主學習活動。有些學生習慣于被動接受知識，缺乏主觀能動性，需要教師主動提問，且學生的基礎知識水平存在差異，因此在教學內容設置和作業布置中應注意難易結合，呈現階梯形狀態。對學有余力的學生，可適當提出更深層次的問題，拓展學習思路;對能力較差的學生，要加強督促與課外輔導，培養其學習興趣。針對具體的學習內容，要善于采用適合的方式方法，如對“數字信號處理”課程中的整數倍插值內容，可先介紹整數倍插值理論，進一步推導和分析整數倍插值與實際應用插值之間的區別和聯系[3]，加深學生對基本概念和理論理解的同時，分析實際應用方法存在的優勢及實際應用中存在的問題，提高學生綜合運用所學知識解決具體問題的能力。又如，“數字信號處理”課程涉及幾種重要信號的變換：不同形式的傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換，是學生學習的難點。對此，可通過由簡到繁、由淺入深的方式，對幾種變換的關系進行分析和研究，明確其內在關系，從而使學生進一步掌握課程體系和理論知識框架，為知識的應用奠定堅實的基礎。在內容的講授和演繹過程中，板書是一種不可或缺的手段，通過板書羅列幾種變換之間的相互關系，可以促進學生更好地理解相關知識。

3.課堂教學中也要考慮引入思想政治教育元素，通過介紹數字信號的加密操作簡單、保密性好的特點，引導學生認識到信號處理與傳輸安全在國家安全體系中的重要性，建立維護信息安全和國家安全的責任感與使命感。另外，根據不同內容，添加相應的思想政治教育內容，把握好“教書”與“育人”兩者之間的關系，在潤物無聲的基礎上強調思想教育，而非為了思想教育去專業化、去知識化。如講解緒論課時，通過講授課程專業方向、學習方法、行業發展、航天故事、校史、雷達、AI芯片、名人故事等，弘揚愛國主義教育，進行理想信念教育、道德情操教育、“三觀”教育、工程思維教育、就業創業教育等。講解具體內容時，可借助科學大家的故事，對學生予以理想信念教育、艱苦奮斗的情操教育、“三觀”教育等。具體到知識點，如典型序列里的確定信號、隨機信號、混沌信號等，可借助老子《道德經》里的“道生一，一生二，二生三，三生萬物”啟示學生：所有東西的生成過程都遵循從“無”到“有”、從“簡”到“繁”的規律，體會初值敏感性與“失之毫厘，謬以千里”的聯系，堅持工匠精神可以增強我們的文化自信。在講授系統的線性與因果性時，融入環境保護、孝親、奮斗等思想政治教育元素，提示人類要保護環境，要想有穩定、良好的家庭和社會環境，人的心胸、格局要大。學習DTFT相關內容時，通過展示任何一個信號都可以表示成簡單的相互正交的函數的線性組合，給學生進行相應的方法論教育：遇到復雜的問題，不妨分解成一些簡單的問題去考慮。另外，可通過介紹傅里葉的故事，給予學生理想信念教育、艱苦奮斗的情操教育、“三觀”教育。在講授DTFT性質中的“把卷積運算轉換成矢量內積運算”這一知識點時，也可引入一些思想政治教育元素，如互聯網思維與方法論之簡約思維：將復雜問題簡單化，將簡單問題程式化，有助于問題的快速解決。同時，啟發學生思考問題時，要善于從不同的角度去考量，對學生的知識教育和思想政治教育相輔相成，做到潤物細無聲。