“信號(hào)與系統(tǒng)”在線課程的探索與教學(xué)實(shí)踐

朱娟娟， 郭寶龍

(西安電子科技大學(xué) 空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 陜西 西安 710071)

“信號(hào)與系統(tǒng)”在線課程的探索與教學(xué)實(shí)踐

朱娟娟， 郭寶龍

(西安電子科技大學(xué) 空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 陜西 西安 710071)

本文從“信號(hào)與系統(tǒng)”專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，探討在線課程的建設(shè)內(nèi)容和教學(xué)方法。由于在線資源使用的輔助，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)作用，又充分提高學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。實(shí)踐表明，合理使用在線開放課程，這種混合式教學(xué)模式能提高教學(xué)質(zhì)量，和學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

在線課程；慕課；混合教學(xué)

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的MOOC教學(xué)帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)，高校都在探討網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式的改革和探索。在線課程的精心建設(shè)、合理使用、創(chuàng)新模式的推出，使得傳統(tǒng)課堂和網(wǎng)絡(luò)資源互相碰撞，不斷產(chǎn)生新的火花[1]。

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其理論結(jié)構(gòu)復(fù)雜，知識(shí)體系完整[2]。傳統(tǒng)課堂教學(xué)的核心是講解理論，公式演算，學(xué)生學(xué)習(xí)較為被動(dòng)，且由于課時(shí)有限等原因，課堂上難以進(jìn)行討論或者翻轉(zhuǎn)[3]。隨著中國(guó)高校開始逐步重視公開課程的建設(shè)，一大批優(yōu)秀的在線學(xué)習(xí)網(wǎng)站相繼涌現(xiàn)，進(jìn)一步豐富了教學(xué)資源。我校的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程作為國(guó)家精品課程，從課程資源共享課建設(shè)開始，經(jīng)歷了推出“西電學(xué)堂”，到現(xiàn)在在“中國(guó)大學(xué)MOOC”網(wǎng)絡(luò)上課程發(fā)布，進(jìn)行了一系列的探索和實(shí)踐。教學(xué)效果表明，以傳統(tǒng)教學(xué)為背景，以在線資源使用為輔助，這一新型的混合教學(xué)模式能夠發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，教師的職責(zé)也由單方向講解轉(zhuǎn)為交互性指導(dǎo)，從而有助于提高教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)[4，5]。

1 在線課程的建設(shè)

1.1課程網(wǎng)站框架的設(shè)計(jì)

網(wǎng)站平臺(tái)發(fā)布整個(gè)課程體系，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)站框架

圖1中，“課程信息”欄目主要包括“課程概述”、“證書要求”、“教師簡(jiǎn)介”和“預(yù)備知識(shí)”；“授課大綱”欄目包括“教學(xué)大綱”和詳細(xì)的“教學(xué)日歷”；“參考資料”欄目介紹課程參考用書和相關(guān)在線資源；“常見(jiàn)問(wèn)題”欄目主要對(duì)課程性質(zhì)、前期基礎(chǔ)和后期拓展的問(wèn)題進(jìn)行解釋。課程MOOC平臺(tái)提供了基本的教學(xué)資源，包括知識(shí)點(diǎn)視頻和課件，可供學(xué)生下載和查看；每周的課后作業(yè)采用學(xué)生互評(píng)、教師審核的方式進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定；討論區(qū)體現(xiàn)了教學(xué)互動(dòng)性；通過(guò)發(fā)布公告來(lái)預(yù)告每周學(xué)習(xí)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生按照進(jìn)度來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)；考核方式為在線考試。

1.2建設(shè)思路

在線課程建設(shè)需要對(duì)所需的資源進(jìn)行整理、規(guī)劃和設(shè)計(jì)，使得最終的開放資源實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、可視化、理論工程化和學(xué)習(xí)即時(shí)化[6]。

我們“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)參與建設(shè)了“西電學(xué)堂”、“中國(guó)大學(xué)MOOC”等線上支撐資源，提供的線上資源覆蓋了“信號(hào)與系統(tǒng)”的200多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。對(duì)課程中主要的難點(diǎn)和要點(diǎn)，配置了大量動(dòng)畫資源，并與知識(shí)拓展、微課視頻、案例分析和Matlab仿真相融合。學(xué)生對(duì)線上資源均可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備的便捷訪問(wèn)，可以隨時(shí)隨地觀看視頻、瀏覽課件。此外，在線資源可以滿足不同層次學(xué)生的需求，并能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)修改與添加，進(jìn)而靈活地?cái)U(kuò)充教材的深度和廣度且能實(shí)現(xiàn)師生之間和學(xué)生之間的實(shí)時(shí)互動(dòng)交流。

1.3具體建設(shè)內(nèi)容

開放課程建設(shè)將知識(shí)點(diǎn)的講解錄制成微視頻并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上共享，以提高課程教學(xué)的先進(jìn)性、科學(xué)性和教學(xué)示范性。

(1)建設(shè)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程網(wǎng)站，完善功能、建立知識(shí)點(diǎn)目錄，所有的知識(shí)點(diǎn)貫穿整個(gè)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)查找。

(2)完善電子教案素材，突出動(dòng)態(tài)演示特點(diǎn)。對(duì)基本概念，例如：信號(hào)波形的時(shí)間運(yùn)算、卷積積分圖解過(guò)程、周期信號(hào)頻譜分析、采樣定理等，以動(dòng)畫或者小視頻進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示取得生動(dòng)活躍的講解效果。再如在知識(shí)點(diǎn)“周期信號(hào)頻譜特性分析”的教案中(http://weike.enetedu.com/play.asp?vodid=174227&e=3)，利用逐步分解的動(dòng)畫，演示頻譜繪制過(guò)程；對(duì)頻譜的特點(diǎn)：離散性、時(shí)頻寬度相反特性和收斂性，直接利用仿真實(shí)驗(yàn)加工成小視頻，將參數(shù)變化引起的頻譜變化突出顯示，形象生動(dòng)。

(3)以知識(shí)點(diǎn)和工程案例深入研究和關(guān)聯(lián)研究為主線，構(gòu)建新型的信號(hào)與系統(tǒng)知識(shí)體系，有效壓縮一些傳統(tǒng)的、過(guò)時(shí)的內(nèi)容，增加一些適應(yīng)現(xiàn)代信息科學(xué)發(fā)展必要的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)和突出工程原理的案例教學(xué)等，以適應(yīng)“培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才”的需求。具體來(lái)說(shuō)，刪除或者簡(jiǎn)化的知識(shí)點(diǎn)主要包括：沖激函數(shù)的廣義函數(shù)定義、復(fù)雜微分方程的系數(shù)匹配法求初始值、時(shí)域的經(jīng)典解法、三種變換的性質(zhì)；增加的知識(shí)點(diǎn)主要包括：多徑傳輸失真、斐波那契(Fibonacci)數(shù)列、白噪聲模型、音頻信號(hào)采樣和量化、音響反饋系統(tǒng)模型、自動(dòng)控制系統(tǒng)舉例、數(shù)字濾波器簡(jiǎn)要分析等。

(4)在內(nèi)容編排上提高課程知識(shí)系統(tǒng)性：通過(guò)聯(lián)系各章知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生用系統(tǒng)的觀點(diǎn)綜合看待問(wèn)題的能力。建立“由時(shí)域分析到變換域分析”、“由基本信號(hào)到一般信號(hào)”等循序漸進(jìn)的知識(shí)演進(jìn)體系，采用“連續(xù)與離散”、“輸入輸出分析與狀態(tài)空間分析”等加強(qiáng)類比的教學(xué)原則，有效提高課程的系統(tǒng)性。

(5)增加Matlab等仿真工具的演示環(huán)節(jié)，在知識(shí)點(diǎn)講解過(guò)程中，盡量利用軟件求解信號(hào)與系統(tǒng)中的問(wèn)題，簡(jiǎn)單編程并直觀顯示結(jié)果，增加學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，達(dá)到更好的教學(xué)效果。教案中一共設(shè)計(jì)了20個(gè)Matlab仿真實(shí)例，主要有：信號(hào)的繪圖、響應(yīng)求解、卷積求解、頻譜繪制、采樣和量化、巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)、零極點(diǎn)繪制、狀態(tài)方程求解等。課堂上僅作效果演示，將程序源碼交給學(xué)生課后學(xué)習(xí)和操作；還給實(shí)驗(yàn)班布置音頻信號(hào)分析大作業(yè)，需要完成5-8個(gè)Matlab程序，實(shí)現(xiàn)不同功能，從而提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

(6)根據(jù)知識(shí)點(diǎn)譜系，按照章節(jié)順序，錄制微視頻，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)視頻的時(shí)間5-10分鐘。視頻制作應(yīng)多樣化，可以是教師自己采用專業(yè)軟件錄制的講解視頻，也可以是記錄教師在課堂內(nèi)圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的教學(xué)活動(dòng)的全過(guò)程。

2 教學(xué)模式的實(shí)施

我?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)實(shí)踐改革采用的是“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源+課堂教學(xué)+項(xiàng)目教學(xué)”的架構(gòu)，如圖2所示，其教學(xué)效果良好。具體教學(xué)模式為：課前借助網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)習(xí)，課堂講授，課后借助網(wǎng)絡(luò)資源復(fù)習(xí)、做作業(yè)。

圖2 混合式教學(xué)探索實(shí)踐

首先，學(xué)期開始的第一堂課上便公布整個(gè)課程的教學(xué)計(jì)劃，包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)活動(dòng)安排和教學(xué)評(píng)價(jià)方式等。在慕課平臺(tái)(http://www.icourse163.org/course/XIDIAN-483006#/info)上，公布詳細(xì)的教學(xué)日歷，每周發(fā)預(yù)習(xí)內(nèi)容的公告。對(duì)于基本資源，學(xué)生可選擇性地觀看；對(duì)于拓展工程案例資源，學(xué)生必須提前觀看視頻，了解相關(guān)背景知識(shí)，以提高課堂教學(xué)的效率。

教師在課堂講授過(guò)程中，以問(wèn)題為導(dǎo)引，強(qiáng)化知識(shí)主線，圍繞“基本信號(hào)、基本響應(yīng)、系統(tǒng)分析”三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題來(lái)講解。課堂教學(xué)增加提問(wèn)和互動(dòng)，教師根據(jù)學(xué)生的反饋和課前預(yù)習(xí)效果，適當(dāng)側(cè)重于重要知識(shí)點(diǎn)和拓展知識(shí)點(diǎn)的進(jìn)解。通過(guò)啟發(fā)討論、課堂演示、案例實(shí)踐、仿真操作等教學(xué)活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)探索學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)的能力。另外，教師選擇網(wǎng)絡(luò)討論區(qū)里學(xué)生的提問(wèn)，課堂答疑解惑，及時(shí)輔導(dǎo)學(xué)生，提升教學(xué)效果。

課后，教師在線發(fā)布每周作業(yè)、在網(wǎng)絡(luò)討論區(qū)答疑；學(xué)生課后利用網(wǎng)站資源進(jìn)行復(fù)習(xí)、提交作業(yè)、在線討論、提出疑問(wèn)。每周作業(yè)以計(jì)算題型為主，涵蓋了大綱的主要知識(shí)點(diǎn)；階段性的項(xiàng)目型開放作業(yè)，學(xué)生需要結(jié)合拓展資源的相關(guān)案例，自主尋求解決方案。在這一過(guò)程中，師生均可以在討論區(qū)進(jìn)行互動(dòng)，通過(guò)線上/線下的交流，突破時(shí)間和空間的限制；充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

另外，在實(shí)驗(yàn)班中，采用了“大班上課，小班輔導(dǎo)”的教學(xué)模式。大班授課以講授經(jīng)典理論和典型分析方法為主，時(shí)長(zhǎng)為52課時(shí)；小班輔講以講授具體問(wèn)題、分析技巧、典型案例以及學(xué)科前沿進(jìn)展簡(jiǎn)介等內(nèi)容為主，同時(shí)還包括對(duì)典型習(xí)題和考前難題的講解，共計(jì)安排12學(xué)時(shí)。課程團(tuán)隊(duì)對(duì)大綱進(jìn)行梳理優(yōu)化，制定了詳實(shí)的課程實(shí)施方案和計(jì)劃；主講和輔講的內(nèi)容同步，兩者交叉進(jìn)行；班級(jí)分為若干小組，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)收集疑問(wèn)、意見(jiàn)、討論結(jié)果等，匯總給輔導(dǎo)教師處理；輔導(dǎo)教師梳理共性問(wèn)題匯總給主講教師，在大班授課時(shí)進(jìn)行針對(duì)性地點(diǎn)評(píng)和進(jìn)一步解惑。通過(guò)四個(gè)班次的試點(diǎn)運(yùn)行，達(dá)到了良好的效果。

針對(duì)這種混合教學(xué)模式，需要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在線作業(yè)的完成情況、在線討論的活躍度，均作為評(píng)定成績(jī)的一部分，可作為平時(shí)成績(jī)；理論成績(jī)采用傳統(tǒng)的期中和期末考試來(lái)進(jìn)行評(píng)定；另外，項(xiàng)目型大作業(yè)的考核方式較為靈活多樣，可以采用專題討論、學(xué)習(xí)小結(jié)、實(shí)踐報(bào)告和仿真實(shí)現(xiàn)等。

3 應(yīng)用情況

我校首門MOOC課程——“信號(hào)與系統(tǒng)”，在“愛(ài)課程-中國(guó)大學(xué)MOOC”網(wǎng)站上發(fā)布，校內(nèi)平均每年有20個(gè)“信號(hào)與系統(tǒng)”班共約2000多名學(xué)生受益；網(wǎng)站兩門課程五輪次的發(fā)布，已累計(jì)吸引1萬(wàn)多人次參與學(xué)習(xí)。校內(nèi)組織建立學(xué)生興趣俱樂(lè)部，學(xué)生主動(dòng)探究學(xué)習(xí)的熱情高漲，例如在案例實(shí)踐中，學(xué)生主動(dòng)提出“語(yǔ)音信號(hào)中非平穩(wěn)信號(hào)分析”的討論。推動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)參與科研活動(dòng)，再如2016年卓越試點(diǎn)班中開放的研究型項(xiàng)目覆蓋面達(dá)到100%，涌現(xiàn)出省級(jí)/國(guó)家級(jí)創(chuàng)新項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)10余個(gè)。調(diào)查表明，學(xué)生普遍認(rèn)為在線資源混合式教學(xué)有助于提高學(xué)習(xí)興趣，提升解決問(wèn)題的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

“信號(hào)與系統(tǒng)”是一門知識(shí)體系巨大、學(xué)科間呈上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課，在電子信息類專業(yè)課程中占有重要的基礎(chǔ)地位。

(朱娟娟等文)

本文系統(tǒng)地闡述了我校面向在線開放課程建設(shè)的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革，從資源建設(shè)設(shè)計(jì)、教學(xué)模式實(shí)施、應(yīng)用情況三方面進(jìn)行論述。借助教育信息化的發(fā)展，提高課程的先進(jìn)性、科學(xué)性和教學(xué)示范性，促進(jìn)了教育觀念的更新和教學(xué)模式的重塑。實(shí)踐表明，合理使用在線開放資源，顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力，并有效提高了教學(xué)質(zhì)量。

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ExplorationandTeachingPracticeofOnlineCourseofSignalandSystem

ZHUJuan-juan,GUOBao-long

(SchoolofAerospaceScienceandTechnology,XidianUniversity,Xi′an710071,China)

This paper discusses a novel approach to online resources construction from the viewpoint of teaching objectives of Signals and Systems course. Supported by the website, the blended teaching method combines the advantages of class-based teaching and online resources-assisted teaching. It includes teacher′s leading role in guiding, enlightening and monitoring. It also aims to improve student′s performance of activity, positivity and creativity. Teaching practice shows that teaching reform based on the proper use of online course would further improve teaching quality and students′ practical capabilities.

online courses; MOOC; blended teaching

2016-10-09;

2017-05-02

西安電子科技大學(xué)本科教育質(zhì)量提升計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：B07)

朱娟娟(1980-)，女，博士，副教授，主要從事“電路分析基礎(chǔ)”、“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)和MOOC開放課程建設(shè)，E-mail：zhujoo@126.com

G420

A

1008-0686(2017)05-0036-04