基于泛雅平臺的“信號與系統(tǒng)”課程在線教學(xué)模式探索

摘要：為了全面做好線上教學(xué)工作，保證教學(xué)質(zhì)量，“信號與系統(tǒng)”課程緊扣“兩性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)，對教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容進行了改革。由于線上教學(xué)的特殊性，課程利用泛雅平臺建立在線課程，同時利用騰訊課堂開展課堂直播，采取課前預(yù)習(xí)—課中精講—課后監(jiān)督、及時反饋的教學(xué)模式。課程精講內(nèi)容注重高階性和創(chuàng)新性，合理利用思維導(dǎo)圖梳理每章邏輯關(guān)系，并將教師科研成果融入課堂教學(xué)之中;考核具有一定高度和難度，讓學(xué)生就某知識點在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)中的應(yīng)用閱讀文獻資料，并在課堂匯報，教師點評，作為考核方式之一。課程教學(xué)團隊通過集體備課和對在線教學(xué)模式的一步步探索，總結(jié)出了一套針對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的教學(xué)方法，學(xué)生對教學(xué)效果的滿意度很高，說明該教學(xué)方法具有推廣價值。

關(guān)鍵詞：線上教學(xué);金課標(biāo)準(zhǔn);泛雅平臺;騰訊課堂;思維導(dǎo)圖;生物醫(yī)學(xué)工程

“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)課程，具有理論性強、知識抽象等特點，傳統(tǒng)教學(xué)手段缺乏互動性、與專業(yè)的結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差、教學(xué)效果不理想，在線教學(xué)對于自主學(xué)習(xí)和自控能力較差的學(xué)生來說，無疑是雪上加霜，更無法保證學(xué)習(xí)效果。為了保證線上教學(xué)質(zhì)量，“信號與系統(tǒng)”課程從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)團隊建設(shè)、仿真實驗教學(xué)等方面對課程進行改革。

1教學(xué)模式具有創(chuàng)新性

在線教學(xué)總體過程分為：課前預(yù)習(xí)、課中精講和課后監(jiān)督，環(huán)環(huán)相扣，充分調(diào)動學(xué)生的主觀積極性。提前一周在泛雅平臺發(fā)布每周任務(wù)單引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)要求中給出下次課學(xué)習(xí)目錄、在線學(xué)習(xí)視頻網(wǎng)址、課堂學(xué)習(xí)要點及課后習(xí)題預(yù)告;課堂采用騰訊課堂直播方式精講重難點，課程內(nèi)容注重“創(chuàng)新性”與“高階性”;課后布置作業(yè)練習(xí)并提醒學(xué)生按時在泛雅平臺提交以監(jiān)督學(xué)習(xí)效果，課后作業(yè)具有“挑戰(zhàn)度”，檢驗學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用情況。每堂課后收集學(xué)生反饋意見，任課教師根據(jù)意見適時調(diào)整教學(xué)方式和教學(xué)進度，每日反饋可以讓教師準(zhǔn)確掌握每個知識點的教與學(xué)的情況。學(xué)生居家學(xué)習(xí)，無法進入實驗室開展實踐活動，課程還增加MATLAB線上仿真實驗來幫助學(xué)生理解和鞏固理論知識，同時也引導(dǎo)學(xué)生熟悉MATLAB的各項仿真功能，充分實現(xiàn)課程群內(nèi)容的整合。這一系列的改革舉措，取得了良好的教學(xué)效果，也為混合式教學(xué)模式的開展積累了經(jīng)驗。

2教學(xué)過程緊扣“兩性一度”

2.1教學(xué)內(nèi)容注重高階性與創(chuàng)新性

“信號與系統(tǒng)”課程在電子信息、通信工程等各類專業(yè)中均有開設(shè)，在線優(yōu)質(zhì)課程資源很多，但作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容不可完全模仿各大高校的精品課程，需要針對獨立學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生特點和研究領(lǐng)域展開，本人及課程團隊教師經(jīng)過多年的探索，總結(jié)出了一套針對本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容。

以第三章傅里葉變換為例，先在引言中利用思維導(dǎo)圖畫出本章的內(nèi)容主線，如圖1所示，并說明本章的地位和特點：求復(fù)雜信號的響應(yīng)的思路，可以先將復(fù)雜信號分解為基本信號之和，求解基本信號的響應(yīng)，再通過疊加得到復(fù)雜信號的響應(yīng)，本章講述的問題為信號的分解，是求復(fù)雜信號響應(yīng)的第一步，本章涉及很多新的概念和分析方法，學(xué)習(xí)過程中注意把握各概念之間的邏輯關(guān)系，不偏離豐題。

教學(xué)內(nèi)容由淺入深、注重各概念的物理意義解析，首先向?qū)W生提出問題：為什么要進行變換域分析？時域分析有什么局限性？通過MATLAB繪制的心電圖和腦電圖向?qū)W生展示，心電信號具有明顯的時域特點，而腦電信號在時域上沒有明顯的特征，僅僅依靠時域分析得不到關(guān)于腦電信號的更多信息，故頻域分析在腦電等信號的分析中具有十分重要的意義。

再引導(dǎo)學(xué)生思考，何為頻域分析？為了引出頻域分析的第一個公式：三角函數(shù)形式的傅里葉級數(shù)，先精講矢量的正交分解，再過渡到信號的正交分解，理解標(biāo)準(zhǔn)矢量基與標(biāo)準(zhǔn)信號集的異同，最后利用標(biāo)準(zhǔn)信號集對周期信號進行傅里葉級數(shù)分解，用MATLAB繪圖描述分解后的基波及各次諧波，發(fā)現(xiàn)時域波形顯得雜亂不易分辨，換用正弦信號的三要素表示法描述各子分量，順理成章得到信號的頻譜圖。課堂上穿插求解傅里葉級數(shù)的例題解析和隨堂練習(xí)，邊學(xué)邊練、增強互動，可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

周期信號可以進行傅里葉級數(shù)分解，非周期信號是否可以沿用此方法呢？非周期信號可以看成周期為無窮大的周期信號，但當(dāng)周期趨于無窮大時，傅里葉級數(shù)分解已失去意義，為了尋找更有意義的描述方法，先分析使傅里葉級數(shù)分解失去意義的根源，再對公式對應(yīng)地方進行修正，得到傅里葉變換的公式。

為了統(tǒng)一周期信號和非周期信號的分解方法，后又研究了周期信號的傅里葉變換，并由此引出了采樣定理。課本知識學(xué)習(xí)完成后，利用思維導(dǎo)圖對所學(xué)內(nèi)容進行梳理，如圖2所示，引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地歸納本章知識。

課本第三章講述的對象均為連續(xù)傅里葉變換，最后進行課程內(nèi)容拓展，將傅里葉變換由連續(xù)推廣至離散信號，引入實例分析傅里葉變換，開設(shè)實驗引導(dǎo)學(xué)生編寫程序完成腦電信號（離散信號）的傅里葉變換，讓學(xué)生了解傅里葉變換在生物醫(yī)學(xué)信號處理中的應(yīng)用;教師再利用MATALB軟件演示腦電信號小波分解的過程，將科研內(nèi)容融入教學(xué)之中，讓學(xué)生了解傅里葉變換的發(fā)展動態(tài)及學(xué)科前沿知識，課后請學(xué)生查閱相關(guān)書籍和文獻，自學(xué)離散傅里葉變換和小波分解的原理，對期刊文獻進行歸納分析，并在課堂上匯報展示學(xué)習(xí)成果，由課程團隊教師給予評價，作為考核結(jié)果之一，考核方式具有“挑戰(zhàn)度”。

2.2教學(xué)過程實現(xiàn)課程群知識整合

“信號與系統(tǒng)”在專業(yè)課學(xué)習(xí)中具有承上啟下的作用，需要“高等數(shù)學(xué)”“電路分析”的基礎(chǔ)，同時又為“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計”“生物醫(yī)學(xué)信號處理”“醫(yī)學(xué)圖像處理”的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，與“信號與系統(tǒng)”同期開設(shè)的課程還有“MATLAB及其應(yīng)用”。教學(xué)過程充分考慮到學(xué)生的基礎(chǔ)和知識面，所教授內(nèi)容既區(qū)別于基礎(chǔ)課程中已有內(nèi)容，又體現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點。如充分利用MATLAB軟件的仿真優(yōu)勢，對枯燥的信號原理進行仿真演示，增加課程學(xué)習(xí)的趣味性;同時又訓(xùn)練學(xué)生的編程能力，實現(xiàn)課程群內(nèi)容整合。

第二章連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析，從多角度講述了信號經(jīng)過線性時不變系統(tǒng)之后的變化，即求解系統(tǒng)的時域響應(yīng)。在“高等數(shù)學(xué)”中講述過微分方程的時域經(jīng)典解法，在“電路分析”中講述過“零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)”，這些先修課程中已涉及求解時域響應(yīng)的方法，但前期課程要么側(cè)重于數(shù)學(xué)方法、對系統(tǒng)的物理意義沒有具體闡述，要么知識不夠系統(tǒng)，而在“信號與系統(tǒng)”第二章教學(xué)過程中，教師先通過思維導(dǎo)圖解析本章的內(nèi)容框架，指出各種求解響應(yīng)的方法與先修課程中所學(xué)習(xí)的方法之間的差別以及注意事項，進一步對學(xué)生提出具體要求：不僅要學(xué)會求解響應(yīng)的方法，更要理解在物理系統(tǒng)中求解系統(tǒng)響應(yīng)的意義及其實際應(yīng)用，形成系統(tǒng)思維和高階分析能力。

課程群內(nèi)容整合，讓學(xué)生對大學(xué)所學(xué)各門課程之間的聯(lián)系有了更深刻的認識，知識體系逐漸形成，對學(xué)生后期的學(xué)習(xí)起到很好的幫助。

3教學(xué)團隊建設(shè)

本門課程教學(xué)團隊由5位教師組成，5位教師畢業(yè)于不同的專業(yè)，分別來自于生物醫(yī)學(xué)工程、凝聚態(tài)物理學(xué)、控制理論與控制工程、信號與信息處理、機械工程等，教師將各自專業(yè)對信號與系統(tǒng)的理解代入課程，同時又在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域統(tǒng)一，開設(shè)具有生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)特色的信號與系統(tǒng)，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式針對獨立學(xué)院學(xué)生基礎(chǔ)和專業(yè)特點定制。課程群內(nèi)容整合對任課教師提出了更高要求，任課教師不僅需要熟悉信號與系統(tǒng)的內(nèi)容，對所有課程群的知識體系也要心中有數(shù)，才能更好地教好這門課程，當(dāng)然，這也能夠激勵年輕教師自我學(xué)習(xí)、不斷進步。

4教學(xué)效果分析

為了及時跟蹤線上教學(xué)的情況，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院開展了“雙進課堂”活動，邀請專職教師和教輔人員進線上課堂聽課，并于每次課后搜集學(xué)生意見，做到每日一反饋，以更好地指導(dǎo)線上教學(xué)。

從“信號與系統(tǒng)”課程的反饋情況來看，學(xué)生對線上教學(xué)經(jīng)歷了從不適應(yīng)到逐漸適應(yīng)的過程，對課堂互動性的需求比較急迫，一些自我控制能力較差的學(xué)生對制定有效課后監(jiān)督機制的呼聲較高。通過思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生梳理知識、布置隨堂練習(xí)及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題、線上仿真實驗促進學(xué)生對理論知識的理解和應(yīng)用，這些手段的運用增強了課堂互動，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;課后作業(yè)在泛雅平臺限時提交是課后監(jiān)管的一種有效手段，學(xué)生匯報納入考核環(huán)節(jié)也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。線上教學(xué)一系列的改革舉措受到學(xué)生的好評，課程團隊的教學(xué)能力和教學(xué)態(tài)度也得到學(xué)生的認可。

5結(jié)語

“信號與系統(tǒng)”作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)內(nèi)容上要充分體現(xiàn)專業(yè)特點，課堂案例與專業(yè)研究問題相結(jié)合，同時又要與先修課程的內(nèi)容進行整合，幫助學(xué)生梳理知識，建立知識體系;在教學(xué)過程中應(yīng)加強師生互動，善用各種教學(xué)輔助工具，使課堂氛圍更活躍。經(jīng)過一學(xué)期的探索，課程教學(xué)團隊積累了豐富的在線教學(xué)經(jīng)驗，這些經(jīng)驗為后續(xù)線上線下混合式教學(xué)的開展具有指導(dǎo)意義。

作者簡介：周酥（1986— ），女，漢族，湖北天門人，碩士，講師，研究方向：生物醫(yī)學(xué)信號處理和醫(yī)學(xué)圖像處理。