基于泛雅平臺(tái)的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程在線(xiàn)教學(xué)模式探索

周酥

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

“信號(hào)與系統(tǒng)”作為生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，具有理論性強(qiáng)、知識(shí)抽象等特點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)手段缺乏互動(dòng)性、與專(zhuān)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(xiàn)教學(xué)對(duì)于自主學(xué)習(xí)和自控能力較差的學(xué)生來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是雪上加霜，更無(wú)法保證學(xué)習(xí)效果。為了保證線(xiàn)上教學(xué)質(zhì)量，“信號(hào)與系統(tǒng)”課程從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面對(duì)課程進(jìn)行改革。

1教學(xué)模式具有創(chuàng)新性

在線(xiàn)教學(xué)總體過(guò)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(dòng)學(xué)生的主觀積極性。提前一周在泛雅平臺(tái)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(xiàn)學(xué)習(xí)視頻網(wǎng)址、課堂學(xué)習(xí)要點(diǎn)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(diǎn)，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(shí)在泛雅平臺(tái)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(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用情況。每堂課后收集學(xué)生反饋意見(jiàn)，任課教師根據(jù)意見(jiàn)適時(shí)調(diào)整教學(xué)方式和教學(xué)進(jìn)度，每日反饋可以讓教師準(zhǔn)確掌握每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教與學(xué)的情況。學(xué)生居家學(xué)習(xí)，無(wú)法進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)，課程還增加MATLAB線(xiàn)上仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助學(xué)生理解和鞏固理論知識(shí)，同時(shí)也引導(dǎo)學(xué)生熟悉MATLAB的各項(xiàng)仿真功能，充分實(shí)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(kāi)展積累了經(jīng)驗(yàn)。

2教學(xué)過(guò)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(hào)與系統(tǒng)”課程在電子信息、通信工程等各類(lèi)專(zhuān)業(yè)中均有開(kāi)設(shè)，在線(xiàn)優(yōu)質(zhì)課程資源很多，但作為生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)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(duì)獨(dú)立學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生特點(diǎn)和研究領(lǐng)域展開(kāi)，本人及課程團(tuán)隊(duì)教師經(jīng)過(guò)多年的探索，總結(jié)出了一套針對(duì)本專(zhuān)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(huà)出本章的內(nèi)容主線(xiàn)，如圖1所示，并說(shuō)明本章的地位和特點(diǎn)：求復(fù)雜信號(hào)的響應(yīng)的思路，可以先將復(fù)雜信號(hào)分解為基本信號(hào)之和，求解基本信號(hào)的響應(yīng)，再通過(guò)疊加得到復(fù)雜信號(hào)的響應(yīng)，本章講述的問(wèn)題為信號(hào)的分解，是求復(fù)雜信號(hào)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(guò)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(wèn)題：為什么要進(jìn)行變換域分析？時(shí)域分析有什么局限性？通過(guò)MATLAB繪制的心電圖和腦電圖向?qū)W生展示，心電信號(hào)具有明顯的時(shí)域特點(diǎn)，而腦電信號(hào)在時(shí)域上沒(méi)有明顯的特征，僅僅依靠時(shí)域分析得不到關(guān)于腦電信號(hào)的更多信息，故頻域分析在腦電等信號(hào)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(gè)公式：三角函數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)，先精講矢量的正交分解，再過(guò)渡到信號(hào)的正交分解，理解標(biāo)準(zhǔn)矢量基與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)集的異同，最后利用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)集對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行傅里葉級(jí)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(shí)域波形顯得雜亂不易分辨，換用正弦信號(hào)的三要素表示法描述各子分量，順理成章得到信號(hào)的頻譜圖。課堂上穿插求解傅里葉級(jí)數(shù)的例題解析和隨堂練習(xí)，邊學(xué)邊練、增強(qiáng)互動(dòng)，可以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

周期信號(hào)可以進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，非周期信號(hào)是否可以沿用此方法呢？非周期信號(hào)可以看成周期為無(wú)窮大的周期信號(hào)，但當(dāng)周期趨于無(wú)窮大時(shí)，傅里葉級(jí)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(jí)數(shù)分解失去意義的根源，再對(duì)公式對(duì)應(yīng)地方進(jìn)行修正，得到傅里葉變換的公式。

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

課本第三章講述的對(duì)象均為連續(xù)傅里葉變換，最后進(jìn)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(hào)，引入實(shí)例分析傅里葉變換，開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生編寫(xiě)程序完成腦電信號(hào)（離散信號(hào)）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(hào)處理中的應(yīng)用;教師再利用MATALB軟件演示腦電信號(hào)小波分解的過(guò)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(dòng)態(tài)及學(xué)科前沿知識(shí)，課后請(qǐng)學(xué)生查閱相關(guān)書(shū)籍和文獻(xiàn)，自學(xué)離散傅里葉變換和小波分解的原理，對(duì)期刊文獻(xiàn)進(jìn)行歸納分析，并在課堂上匯報(bào)展示學(xué)習(xí)成果，由課程團(tuán)隊(duì)教師給予評(píng)價(jià)，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(guò)程實(shí)現(xiàn)課程群知識(shí)整合

“信號(hào)與系統(tǒng)”在專(zhuān)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(shí)又為“醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)”“生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理”“醫(yī)學(xué)圖像處理”的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，與“信號(hào)與系統(tǒng)”同期開(kāi)設(shè)的課程還有“MATLAB及其應(yīng)用”。教學(xué)過(guò)程充分考慮到學(xué)生的基礎(chǔ)和知識(shí)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(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)。如充分利用MATLAB軟件的仿真優(yōu)勢(shì)，對(duì)枯燥的信號(hào)原理進(jìn)行仿真演示，增加課程學(xué)習(xí)的趣味性;同時(shí)又訓(xùn)練學(xué)生的編程能力，實(shí)現(xiàn)課程群內(nèi)容整合。

第二章連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析，從多角度講述了信號(hào)經(jīng)過(guò)線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)之后的變化，即求解系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)。在“高等數(shù)學(xué)”中講述過(guò)微分方程的時(shí)域經(jīng)典解法，在“電路分析”中講述過(guò)“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(shí)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(duì)系統(tǒng)的物理意義沒(méi)有具體闡述，要么知識(shí)不夠系統(tǒng)，而在“信號(hào)與系統(tǒng)”第二章教學(xué)過(guò)程中，教師先通過(guò)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(xiàng)，進(jìn)一步對(duì)學(xué)生提出具體要求：不僅要學(xué)會(huì)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(shí)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(duì)大學(xué)所學(xué)各門(mén)課程之間的聯(lián)系有了更深刻的認(rèn)識(shí)，知識(shí)體系逐漸形成，對(duì)學(xué)生后期的學(xué)習(xí)起到很好的幫助。

3教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

本門(mén)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)由5位教師組成，5位教師畢業(yè)于不同的專(zhuān)業(yè)，分別來(lái)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(hào)與信息處理、機(jī)械工程等，教師將各自專(zhuān)業(yè)對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)的理解代入課程，同時(shí)又在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域統(tǒng)一，開(kāi)設(shè)具有生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)特色的信號(hào)與系統(tǒng)，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式針對(duì)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)定制。課程群內(nèi)容整合對(duì)任課教師提出了更高要求，任課教師不僅需要熟悉信號(hào)與系統(tǒng)的內(nèi)容，對(duì)所有課程群的知識(shí)體系也要心中有數(shù)，才能更好地教好這門(mén)課程，當(dāng)然，這也能夠激勵(lì)年輕教師自我學(xué)習(xí)、不斷進(jìn)步。

4教學(xué)效果分析

為了及時(shí)跟蹤線(xiàn)上教學(xué)的情況，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院開(kāi)展了“雙進(jìn)課堂”活動(dòng)，邀請(qǐng)專(zhuān)職教師和教輔人員進(jìn)線(xiàn)上課堂聽(tīng)課，并于每次課后搜集學(xué)生意見(jiàn)，做到每日一反饋，以更好地指導(dǎo)線(xiàn)上教學(xué)。

從“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的反饋情況來(lái)看，學(xué)生對(duì)線(xiàn)上教學(xué)經(jīng)歷了從不適應(yīng)到逐漸適應(yīng)的過(guò)程，對(duì)課堂互動(dòng)性的需求比較急迫，一些自我控制能力較差的學(xué)生對(duì)制定有效課后監(jiān)督機(jī)制的呼聲較高。通過(guò)思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生梳理知識(shí)、布置隨堂練習(xí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題、線(xiàn)上仿真實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，這些手段的運(yùn)用增強(qiáng)了課堂互動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;課后作業(yè)在泛雅平臺(tái)限時(shí)提交是課后監(jiān)管的一種有效手段，學(xué)生匯報(bào)納入考核環(huán)節(jié)也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。線(xiàn)上教學(xué)一系列的改革舉措受到學(xué)生的好評(píng)，課程團(tuán)隊(duì)的教學(xué)能力和教學(xué)態(tài)度也得到學(xué)生的認(rèn)可。

5結(jié)語(yǔ)

“信號(hào)與系統(tǒng)”作為生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)內(nèi)容上要充分體現(xiàn)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，課堂案例與專(zhuān)業(yè)研究問(wèn)題相結(jié)合，同時(shí)又要與先修課程的內(nèi)容進(jìn)行整合，幫助學(xué)生梳理知識(shí)，建立知識(shí)體系;在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)師生互動(dòng)，善用各種教學(xué)輔助工具，使課堂氛圍更活躍。經(jīng)過(guò)一學(xué)期的探索，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)積累了豐富的在線(xiàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)為后續(xù)線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)的開(kāi)展具有指導(dǎo)意義。