基于課前任務(wù)單引導(dǎo)的信號類課程教學(xué)模式初探

劉慶華+晉良念

摘要：從傳統(tǒng)信號類課程教學(xué)存在的問題出發(fā)，闡述了基于課前任務(wù)單引導(dǎo)的課堂討論與演示結(jié)合的翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式實施過程和過程形成評價方法，達(dá)到了充分發(fā)揮學(xué)生的認(rèn)知主體作用，實現(xiàn)良性師生互動的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：課前任務(wù)單；課堂討論；過程形成評價

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

信號類課程如《信號與系統(tǒng)分析》、《數(shù)字信號處理》、《語音信號處理》、《圖像處理技術(shù)》課程要求深厚的數(shù)學(xué)知識多，特別是《語音信號處理》中還涉及到研究生階段的數(shù)學(xué)知識如“馬爾科夫模型”、“加窗傅立葉變換”、“線性預(yù)測”等，造成課程公式多、算法推導(dǎo)多；另一方面，由于課時減少、大班教學(xué)等因素，形成了學(xué)生對這類課程的普遍反映是“難”且“繁”。教師為了完成教學(xué)任務(wù)，普遍采用“滿堂灌”的傳統(tǒng)的教學(xué)模式。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師為中心，其優(yōu)點是有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，進(jìn)行課堂教學(xué)的組織、管理與控制；缺點是忽略學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性，而學(xué)生的認(rèn)知主體作用很難體現(xiàn)出來，因此，課堂上師生間缺少交流與互動，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降[1-3]。

在清華大學(xué)教育研究院史靜寰教授的中國大學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)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(xué)生學(xué)習(xí)的五大指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的教學(xué)方式造成師生互動少，多種因素造成教師不可能關(guān)注到所有學(xué)生，這種現(xiàn)象在理工類專業(yè)均較為普遍。為此，為了充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，保證學(xué)生可以按照設(shè)定的過程完成教學(xué)任務(wù)，本文探討利用講課視頻、PPT、教材等資料，實現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)的信號類課程教學(xué)模式，讓學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)課程中。要實現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，首先需要課前任務(wù)單。授課教師要分析學(xué)生需要、教學(xué)內(nèi)容、實際教學(xué)環(huán)境的基礎(chǔ)上，提出恰當(dāng)?shù)恼n前任務(wù)單[4]，引導(dǎo)學(xué)生通過自學(xué)，聯(lián)系前后知識完成任務(wù)，達(dá)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(jìn)程和節(jié)奏。在此基礎(chǔ)上，教師在課堂上就部分問題組織討論，培養(yǎng)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)能力，實現(xiàn)能提問、能質(zhì)疑教師的觀點、能與同學(xué)合作進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)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(dǎo)式，避免了機(jī)械重復(fù)。再者，課程考核方式由以期末考試為主的終結(jié)性考核方式變成過程形成考核，全面評估學(xué)生綜合能力。

下面筆者以《數(shù)字信號處理》課程為例，說明基于課前任務(wù)單引導(dǎo)的信號類課程教學(xué)模式改革。

一、課前任務(wù)單

授課教師根據(jù)教學(xué)目的，結(jié)合教學(xué)大綱、授課計劃、學(xué)生實際情況，設(shè)計課前任務(wù)單。課前任務(wù)單的內(nèi)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(xué)生通過學(xué)習(xí)視頻、PPT、教材等資料完成任務(wù)。

由于筆者在該課程中采用的是外文教材[5]，學(xué)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(dǎo)學(xué)生能快速適應(yīng)外文教材學(xué)習(xí)，布置的任務(wù)包括：（1）常用專業(yè)英語單詞學(xué)習(xí)（翻譯為中文），以供后面課程內(nèi)容學(xué)習(xí)。（2）結(jié)合在《信號與系統(tǒng)分析》課程中所學(xué)內(nèi)容，閱讀英文教材有關(guān)濾波器內(nèi)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(zhì)講解之前，布置課前任務(wù)，結(jié)合Z變換的性質(zhì)，證明DTFT的性質(zhì)，包括卷積定理、調(diào)制定理等。通過這些練習(xí)，讓學(xué)生逐漸適應(yīng)外文教材學(xué)習(xí)，并且明白前后知識的聯(lián)系，意識到了新變換的學(xué)習(xí)并非難事。

課前任務(wù)單完成時間盡量控制在20-30分鐘以內(nèi)。時間過短，課程信息量少，不足以支撐。過長，學(xué)生因內(nèi)容太多，容易疲倦，最后甚至放棄。課前任務(wù)單要難度適中，讓大多數(shù)學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠完成內(nèi)容，逐漸培養(yǎng)學(xué)習(xí)上的自信和成就感，同時，還需設(shè)置拓展題，留下思考的空間。另外為了有效傳遞課程任務(wù)單，教師還需要建立QQ群、微信群等，進(jìn)行提前發(fā)布，留給學(xué)生足夠的時間完成課前任務(wù)單。

通過課前任務(wù)單的練習(xí)，學(xué)生對后續(xù)課堂內(nèi)容和任務(wù)有了一定的了解和準(zhǔn)備。授課教師通過課堂的檢查和互動情況，也可從中了解學(xué)生存在的問題，更有針對性地設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、方法和組織形式，滿足學(xué)生的知識需求。

二、課堂討論和演示

通過課前任務(wù)單的準(zhǔn)備，學(xué)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(dǎo)，就能有效開展討論，避免冷場或討論程度不深入等現(xiàn)象。如在講解完線性卷積與圓周卷積關(guān)系的知識點后，在課前任務(wù)單中要求學(xué)生結(jié)合實例總結(jié)求解離散時間信號卷積的方法。在隨后的課堂上，學(xué)生分成小組開展了激勵的討論，并由每個小組選派代表發(fā)言。他們分別給出了時域（定義公式法、數(shù)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(yōu)缺點以及適用局限性。并有小組指出考慮到實際實時實現(xiàn)，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(jìn)行了有效聯(lián)系和結(jié)合，實現(xiàn)新的知識靈活應(yīng)用，避免了知識的碎片化和孤立化。另外，《數(shù)字信號處理》的課程中有大量的基于MATLAB的程序設(shè)計，利用課堂時間，讓學(xué)生闡述編程思想和演示實驗結(jié)果，從而引導(dǎo)學(xué)生掌握好基本概念和基本理論。

在討論中，教師擔(dān)任主持、引導(dǎo)者和點評員角色，學(xué)生分工合作。通過具體案例，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)置疑問，引發(fā)思考，參與討論，最終得出結(jié)論，形成自主學(xué)習(xí)。

三、過程形成考核方式

傳統(tǒng)的課程考核方式主要以期末終結(jié)性考試為主，對學(xué)生平時的課堂參與度、主動學(xué)習(xí)程度、綜合素質(zhì)等考核無法評價。而往往一次的期末考試不能有效診斷學(xué)習(xí)效果、改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，不能反映學(xué)生學(xué)習(xí)能力。

為此將以期末終結(jié)性考試為主的考核方法改變?yōu)檫^程形成考核，包括課前任務(wù)單完成情況、參與討論情況、程序演示情況、學(xué)生互評成績、平時階段性小測驗成績、作業(yè)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(jié)論

筆者在《數(shù)字信號處理》課程中實施了2個學(xué)期的基于課前任務(wù)單引導(dǎo)的課堂翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式探索，學(xué)生的主動性、課堂參與度大大提高，收到良好的教學(xué)效果。通過測試，期末卷面通過率、平均分、各分?jǐn)?shù)段比例遠(yuǎn)高于非課程任務(wù)單班級的各項指標(biāo)。目前筆者所在課程組正在《信號與系統(tǒng)分析》、《語音信號處理》、《圖像處理技術(shù)》課程中推行。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]晏燕，王惠琴.高校信息類課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究[J].蘭州文理學(xué)院學(xué)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(xué)研究與實踐[J].中國電力教育，2012，（31）：48-49.

[4]柳桂媛.翻轉(zhuǎn)課堂課前任務(wù)單設(shè)計研究[J].內(nèi)蒙古財經(jīng)大學(xué)學(xué)報，2016，14（3）：109-112.

[5]Sanjit K.Mitra.數(shù)字信號處理：基于計算機(jī)的方法（第四版）[M].闊永紅，編譯.北京：電子工業(yè)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