“信號與系統(tǒng)”混合式教學(xué)改革探索

劉李漫，李 旭，陸雪松

（中南民族大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 湖北 武漢 430074）

“信號與系統(tǒng)”作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，以高等數(shù)學(xué)、電路分析等課程為基礎(chǔ)，融入線性微分方程、積分變換、復(fù)變函數(shù)等數(shù)學(xué)課程。該課程理論性強(qiáng)且抽象[1]，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求很高，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和變換，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難免會感到厭煩，興趣不高。因此，利用混合式教學(xué)方法來改革“信號與系統(tǒng)”課程的教學(xué)勢在必行。高校應(yīng)充分挖掘混合式教學(xué)模式的價值，打造高質(zhì)量的“信號與系統(tǒng)”課堂。

1 “信號與系統(tǒng)”混合教學(xué)模式改革的需求分析

1.1 “信號與系統(tǒng)”教學(xué)現(xiàn)狀

目前大多數(shù)高校采用的是傳統(tǒng)的“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)方法，其主要特點(diǎn)和問題如下：

首先，不同學(xué)生的學(xué)習(xí)訴求不同。不同學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)能力存在差異，在線下面授中難以同時滿足所有學(xué)生的需求，講得簡單，基礎(chǔ)好的學(xué)生不感興趣，不認(rèn)真；挖掘深度的話，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生學(xué)著困難。并且教師的時間、精力有限，無法滿足學(xué)生的不同訴求。

其次，課程內(nèi)容多、抽象。“信號與系統(tǒng)”課程包含了一百多個重要知識點(diǎn)，且許多內(nèi)容是建立在數(shù)學(xué)推導(dǎo)上，對學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力要求較高，而且學(xué)生單純擅長數(shù)學(xué)也無法輕易學(xué)懂這門課，比如，只用數(shù)學(xué)推導(dǎo)很難形象理解三大變換的概念[2]。線下課程本來應(yīng)該盡可能包含課本中的所有知識，但線下課堂的總課時無法滿足此要求，強(qiáng)調(diào)所有知識點(diǎn)會導(dǎo)致每個知識點(diǎn)的挖掘深度達(dá)不到預(yù)期，但只著重于重點(diǎn)知識點(diǎn)又會造成課內(nèi)關(guān)注面有限，無法做到系統(tǒng)地學(xué)習(xí)課程、整體地把握課程。

最后，監(jiān)測學(xué)習(xí)過程和評估學(xué)習(xí)效果對教師而言存在困難。“信號與系統(tǒng)”課程通常采用大班教學(xué)，教師不可能實(shí)時監(jiān)控所有學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也只能依據(jù)學(xué)生的平時隨堂測試大致了解情況。

1.2 混合教學(xué)模式的應(yīng)用價值

混合式教學(xué)的本質(zhì)在于“重新思考和重新設(shè)計教與學(xué)的關(guān)系”[3]，這個問題一直是教育改革的關(guān)鍵。以往教師在講臺上滔滔不絕地講，學(xué)生在臺下單純聽的教學(xué)模式也一直在被學(xué)界專家批評，線上與線下交互的教學(xué)模式通過小組合作等不同的學(xué)習(xí)形式，引入不同方法來引導(dǎo)學(xué)生深入思考，學(xué)以致用，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的主動性和積極性，從而形成教師為引導(dǎo)，學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)模式。同時，信息技術(shù)的發(fā)展支持和促進(jìn)了教育教學(xué)的變革。混合式教學(xué)充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，線上學(xué)習(xí)與線下溝通雙管齊下，讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)課程，這也為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。美國教育部發(fā)布的研究報告表明，與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，混合式教學(xué)是最有效的方法[4]。

教師可擁有更多的教學(xué)選擇。教師既能保留以往線下課堂的優(yōu)點(diǎn)，也能借助線上優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)線下課堂的不足。例如，教師借助互聯(lián)網(wǎng)搜集大量的教學(xué)資源，并選擇合適的資源納入教學(xué)材料中。課堂上，教師可以向?qū)W生播放多媒體課件，豐富教學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生的知識面。另外，網(wǎng)絡(luò)授課平臺都提供了回看功能，教師可以回看自己的課堂，從中總結(jié)和反思，不斷提高自己的教學(xué)水平。在混合式教學(xué)模式中，作業(yè)批改、考勤記錄、問答記錄、最終的成績考核等工作的復(fù)雜程度有了大幅度的降低，一方面對學(xué)習(xí)過程的監(jiān)測更加高效，另一方面也提高了評價的準(zhǔn)確性。

學(xué)生擁有更多的學(xué)習(xí)選擇。混合式教學(xué)注重將線上和線下結(jié)合起來，在這種模式下，學(xué)生有了更多的學(xué)習(xí)選擇。除傳統(tǒng)線下課堂學(xué)習(xí)以外，學(xué)生還可以在網(wǎng)上選擇喜歡的學(xué)習(xí)視頻，隨時隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，不用受時間和地點(diǎn)的限制，更可以反復(fù)回看視頻，咀嚼知識。學(xué)生還可以在預(yù)習(xí)時利用網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行自習(xí)，更加便利地利用碎片化的時間，然后反饋?zhàn)粤?xí)時遇到的問題。在線下上課時，教師就可以結(jié)合學(xué)生自習(xí)時的反饋，更有針對性地組織教學(xué)內(nèi)容。回看的功能對學(xué)生來說也是非常有價值的，因?yàn)樗梢宰寣W(xué)生更容易地消化和掌握那些他們沒有聽懂或沒有充分掌握的知識，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

2 “信號與系統(tǒng)”混合教學(xué)模式改革的應(yīng)用策略

混合式教學(xué)同時擁有線上學(xué)習(xí)和線下課堂的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)施過程中會更加靈活，但也增加了更多變化的可能，這種多變性對教師來說是一個很大的挑戰(zhàn)。教師應(yīng)利用線上互動來檢查學(xué)生的在線學(xué)習(xí)，幫助其掌握、消化知識，推動他們進(jìn)入更高的學(xué)習(xí)層次，實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合，形成“預(yù)習(xí)＋合作＋復(fù)習(xí)”的科學(xué)學(xué)習(xí)步驟。

2.1 虛擬課堂：提前預(yù)習(xí)

課前預(yù)習(xí)是有效課堂教學(xué)的第一個環(huán)節(jié)，是學(xué)生接受新知識的開端。與傳統(tǒng)的線下教學(xué)相比，在線預(yù)習(xí)能讓學(xué)生自主選擇課程內(nèi)容，打破時間與空間上的局限，滿足學(xué)生不同的學(xué)習(xí)訴求，有助于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。課前，教師先建立班級群，并發(fā)布指導(dǎo)性學(xué)習(xí)任務(wù)，前置學(xué)習(xí)目標(biāo)，例如給學(xué)生布置“信號的分類”等問題，讓學(xué)生帶著學(xué)習(xí)任務(wù)觀看網(wǎng)絡(luò)課程，查閱相關(guān)的資料。課前預(yù)習(xí)給學(xué)生提供了自主選擇的機(jī)會，也給學(xué)生前置了學(xué)習(xí)目標(biāo)，鍛煉了學(xué)生解決問題的能力。

2.2 真實(shí)課堂：合作探索

在傳統(tǒng)的“信號與系統(tǒng)”課中，課本就是教師向?qū)W生教授知識的唯一參考，課本雖包含了大量的重要知識，但在高速發(fā)展的現(xiàn)在，知識也在更新變化中，只集中于課本進(jìn)行教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。教師應(yīng)基于混合式教學(xué)理念有效地發(fā)掘互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)資源，并將其整合到在線課程教學(xué)中，向?qū)W生介紹適當(dāng)?shù)恼n外內(nèi)容，豐富“信號與系統(tǒng)”課程的學(xué)習(xí)資源。

線下課堂教學(xué)能幫助學(xué)生熟悉、掌握新知識，在師生互動中給學(xué)生帶來新的思路。當(dāng)學(xué)生對本課程有了更深入地理解之后，可以小組為單位布置了一些“模擬濾波器設(shè)計”等創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生思考和表達(dá)自己的想法，通過追問引導(dǎo)學(xué)生對知識進(jìn)行深層次的思考，完成對知識的探索，養(yǎng)成良好的思考習(xí)慣。

線下課堂教學(xué)充分利用了傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢，即有情感的互動交流，進(jìn)行小組討論和小組展示之類的活動，以及動手操作，把知識運(yùn)用到實(shí)際任務(wù)，讓學(xué)習(xí)變得更具體更有針對性，學(xué)以致用。在面對面的學(xué)習(xí)中，師生互動加深學(xué)生對知識的認(rèn)識。教師通過對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的觀察，結(jié)合學(xué)生的表現(xiàn)動態(tài)調(diào)整教學(xué)的進(jìn)度[5]。線下課堂，教師和學(xué)生之間存在著情感傳遞，克服了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的冷漠感，教師的言行舉止對學(xué)生起著潛移默化的作用，這是線下教學(xué)的天然優(yōu)勢。

2.3 虛擬課堂：溫故知新

課后鞏固訓(xùn)練是學(xué)習(xí)最重要的一部分，它幫助學(xué)生歸納、總結(jié)知識，對知識形成進(jìn)一步理解，加強(qiáng)記憶。利用線上課程可提高課后復(fù)習(xí)的成效。首先，線上學(xué)習(xí)資源可重復(fù)使用，幫助學(xué)生掌握先前模糊的知識點(diǎn)，從而鞏固知識；然后，教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺給學(xué)生發(fā)布隨堂作業(yè)和實(shí)踐任務(wù)，可實(shí)時檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。

2.4 評價指標(biāo)：改進(jìn)豐富

傳統(tǒng)的教學(xué)評價只是一味地依據(jù)出勤率、課堂互動次數(shù)、階段考試成績等來評價學(xué)生，工作量大，評價也不全面。為了高效地給出客觀的課堂評價，教師可借助線上與線下并重的模式，增加過程評價，即根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和表現(xiàn)再進(jìn)行評價。比如，在線下課堂，教師在某個知識點(diǎn)講解結(jié)束后立即給學(xué)生安排隨堂測驗(yàn)，檢查學(xué)生對該知識點(diǎn)的掌握情況；教師可基于線上教學(xué)理念，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺對學(xué)生的觀看時間以及進(jìn)度、教學(xué)活動的參與情況等進(jìn)行評價，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)小組任務(wù)制作PPT 并講解、制作并分享思維導(dǎo)圖，檢驗(yàn)學(xué)生的應(yīng)用能力。

4 關(guān)于“信號與系統(tǒng)”課程混合教學(xué)模式改革的思考

高校開展混合式教學(xué)的目的是建立新的、具有多元化的師生關(guān)系，創(chuàng)造一種有溝通的高質(zhì)量課堂，并且通過教學(xué)模式的改變提升教學(xué)質(zhì)量[6]。但從實(shí)踐驗(yàn)證的結(jié)果看，不同教師的課程內(nèi)容設(shè)計質(zhì)量差別大，導(dǎo)致混合式教學(xué)的效果良莠不齊。為了確保混合式教學(xué)能在實(shí)踐中取得成效，須從教師教學(xué)和學(xué)校制度兩方面進(jìn)行合理化設(shè)計。

4.1 教師教學(xué)方面

混合式教學(xué)改革早期，許多教師都會面臨課程部分內(nèi)容翻轉(zhuǎn)還是全部翻轉(zhuǎn)的問題。教師在選擇課程內(nèi)容時需要有一定的靈活性和掌控性。即內(nèi)容必須有創(chuàng)新性和趣味性，由淺入深的知識過渡才能讓學(xué)生經(jīng)歷一個逐漸適應(yīng)的過程，如此才能讓學(xué)生更主動地理解與學(xué)習(xí)知識。

教師可以優(yōu)先挑選學(xué)生感興趣且容易理解的知識點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，大致可總結(jié)為以下幾類：①已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)，比如周期信號和非周期信號等；②學(xué)生感興趣的和實(shí)際聯(lián)系密切的內(nèi)容，比如無失真?zhèn)鬏敚虎蹖W(xué)生容易理解的邏輯性強(qiáng)的內(nèi)容，比如采樣定理。但“信號與系統(tǒng)”原本就是知識點(diǎn)多且抽象的課程，所以對一些難度較大的知識點(diǎn)，如傅里葉變換，還是要以線下課堂為主，以線上資源為輔，推送一些形象的短視頻幫助學(xué)生理解。

教師和學(xué)生之間需建立起溝通的橋梁，保持良好的互動關(guān)系。線上教學(xué)時，教師與學(xué)生進(jìn)行線上互動，包括彈幕交流、彈幕答題、章節(jié)測試等方法測評學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和質(zhì)量。學(xué)生與學(xué)生之間也可積極探討、交流、評價和完成小組作業(yè)，形成多義性的交流學(xué)習(xí)。

4.2 學(xué)校制度方面

首先，高校應(yīng)針對混合式課程要做好條件保障。混合式教學(xué)必須有信息化技術(shù)的支持，高校還應(yīng)優(yōu)化和完善軟件平臺建設(shè)、數(shù)字化資源引進(jìn)等，基于教育教學(xué)的需求和互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的新需求，研發(fā)出物有所值的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。硬件設(shè)備和軟件程序必須簡單易用，寬帶網(wǎng)絡(luò)必須穩(wěn)定，存儲、調(diào)取、媒體瀏覽等操作流暢自如，并且能夠支持講臺、黑板、教師終端和學(xué)生終端之間的交互式轉(zhuǎn)換。滿足這些條件的智慧教室，才能營造出豐富多彩的教學(xué)課堂。

其次，將實(shí)施適當(dāng)?shù)幕旌鲜浇虒W(xué)政策，制訂詳細(xì)的方式方法，并對混合式教學(xué)改革進(jìn)行科學(xué)測評。與此同時，還要依據(jù)課程教學(xué)方案、學(xué)習(xí)質(zhì)量評估等，制訂科學(xué)的評價標(biāo)準(zhǔn)，從而引領(lǐng)高質(zhì)量的教學(xué)實(shí)踐[7]。為此，混合式教學(xué)不應(yīng)盲目推進(jìn)和一刀切式的改革，應(yīng)該遵循科學(xué)的教學(xué)發(fā)展規(guī)律，統(tǒng)籌兼顧、科學(xué)引導(dǎo)，從不同專業(yè)的教學(xué)中取其精華，尋找合適的教學(xué)方法和模式。

最后，要對教師進(jìn)行培訓(xùn)。高校應(yīng)基于前瞻性的教學(xué)理念，有針對性地開展混合式教學(xué)方法等業(yè)務(wù)培訓(xùn)，讓混合式教學(xué)改革可以穩(wěn)定發(fā)展。

4 總結(jié)

綜上所述，在“信號與系統(tǒng)”的實(shí)際教學(xué)過程中，教師要做到線上與線下雙線并重，靈活運(yùn)用線上資源輔助線下教學(xué)，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，最大限度地發(fā)揮出混合式教學(xué)模式的作用，創(chuàng)造出一種有溝通的高質(zhì)量課堂。對于學(xué)生而言，也需要配合教師的教學(xué)改革，產(chǎn)生理想的教學(xué)效果，并且積極地參與到教學(xué)活動中，獲得更加豐富的成果。