基于雨課堂的“數(shù)字信號(hào)處理”雙語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐

武曄　顧觀文　康建　孫守才　萬(wàn)永革

[摘 要] 為了提高“數(shù)字信號(hào)處理”課程的教學(xué)質(zhì)量，在借鑒國(guó)內(nèi)一流高校雙語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將雨課堂信息化教學(xué)平臺(tái)引入教學(xué)過(guò)程，開(kāi)展了四輪雙語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐。針對(duì)第一輪雙語(yǔ)教學(xué)的實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題，在第二輪至第四輪的雙語(yǔ)教學(xué)中引入雨課堂智慧教學(xué)工具。教學(xué)實(shí)踐表明，通過(guò)雨課堂教學(xué)平臺(tái)可以有效提高課堂的師生互動(dòng)，對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)效果的提升具有促進(jìn)作用，為高校開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)提供參考。

[關(guān)鍵詞] 雙語(yǔ)教學(xué);雨課堂;數(shù)字信號(hào)處理;PBL教學(xué)理念

[基金項(xiàng)目] 2020年度防災(zāi)科技學(xué)院教育研究與教學(xué)改革項(xiàng)目“工程教育認(rèn)證背景下高校學(xué)科基礎(chǔ)課的教學(xué)模式改革與探索——以數(shù)字信號(hào)處理課程為例”（JY2020A01）、“應(yīng)用地球物理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)”（JY2020A06）;2021年度防災(zāi)科技學(xué)院教育研究與教學(xué)改革項(xiàng)目“基于科教融合的數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)改革與實(shí)踐”（JY2021A03）;2020年度防災(zāi)科技學(xué)院《數(shù)字信號(hào)處理》金課建設(shè)項(xiàng)目（JK202001）

[作者簡(jiǎn)介] 武 曄（1975—），女，內(nèi)蒙古集寧人，碩士，防災(zāi)科技學(xué)院地球科學(xué)學(xué)院副教授，主要從事地球物理信號(hào)處理研究。

[中圖分類號(hào)] TN92-4;G434? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）43-0098-05? ?[收稿日期] 2021-01-30

一、引言

教育部2001年印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》明確指出，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化和科技革命的挑戰(zhàn)，本科教育要?jiǎng)?chuàng)造條件使用英語(yǔ)等外語(yǔ)進(jìn)行公共課和專業(yè)課教學(xué)，特別指出信息技術(shù)等專業(yè)要先行一步，對(duì)于暫不具備直接用外語(yǔ)講授條件的學(xué)校、專業(yè)，可以先實(shí)行外語(yǔ)教材、中文授課，分步到位[1]。自此以后，電子科技大學(xué)等國(guó)內(nèi)高校積極響應(yīng)并開(kāi)展了雙語(yǔ)教學(xué)的探索與實(shí)踐，給出了有益的經(jīng)驗(yàn)[2-13 ]。

防災(zāi)科技學(xué)院地球科學(xué)學(xué)院“數(shù)字信號(hào)處理”是地球物理學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，起著承上啟下的重要作用，是后續(xù)重力、磁法、電法、地震等專業(yè)核心課及地球物理數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的先修課程。課程組主講教師具有十多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，熟悉學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)，并參加過(guò)校內(nèi)英語(yǔ)培訓(xùn)學(xué)習(xí)。在我校教改政策及經(jīng)費(fèi)的大力支持下，從2017年開(kāi)始，課程組對(duì)該課程進(jìn)行了雙語(yǔ)建設(shè)和四輪自然教學(xué)班的雙語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐。下面闡述具體實(shí)施過(guò)程、存在的問(wèn)題和解決措施及下一步的思考。

二、雙語(yǔ)課程建設(shè)與實(shí)踐

（一）第一輪雙語(yǔ)課程建設(shè)與實(shí)踐

2017年第一輪雙語(yǔ)教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，基本采用了保持型雙語(yǔ)教學(xué)模式。教材以中文教材為主，英文原版教材為輔。所選中文教材是北京大學(xué)出版社出版的程乾生所著《數(shù)字信號(hào)處理》（第二版）和科學(xué)出版社出版的萬(wàn)永革所著《數(shù)字信號(hào)處理的MATLAB實(shí)現(xiàn)》（第二版），所選英文原版教材是由科學(xué)出版社2012年出版的國(guó)外高校電子信息類優(yōu)秀教材（英文影印版）美國(guó)東北大學(xué)V.K.Ingle和J.G.Proakis所著《Digital Signal Processing Using MATLAB》（第三版）。教案是中英文結(jié)合，習(xí)題主要采用英文。授課語(yǔ)言主要是中文，科學(xué)術(shù)語(yǔ)使用英文。期末考試采用閉卷形式，其中英文試題占80%。選用愛(ài)課程網(wǎng)站北京航空航天大學(xué)王俊主講的《數(shù)字信號(hào)處理》課程和麻省理工學(xué)院

A.V.Oppenheim主講的《模擬與數(shù)字信號(hào)處理》開(kāi)放課程作為網(wǎng)絡(luò)視頻資源，要求學(xué)生自主學(xué)習(xí)。第一輪的雙語(yǔ)教學(xué)目標(biāo)是結(jié)合英文教材，掌握學(xué)科概念、方法原理、算法實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。

第一輪雙語(yǔ)教學(xué)結(jié)束后，及時(shí)進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）中英文結(jié)合的教案及PPT課件，不利于學(xué)生把英語(yǔ)作為工具獲取知識(shí);（2）課后學(xué)生基本上使用中文教材，閱讀英文原版教材的較少;（3）所選用的英文原版教材強(qiáng)調(diào)方法的實(shí)現(xiàn)而弱化方法理論的推導(dǎo)，更適合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)使用。

（二）第二至四輪雙語(yǔ)課程建設(shè)與實(shí)踐

針對(duì)第一輪雙語(yǔ)教學(xué)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，后面三輪教學(xué)在以下幾個(gè)方面做了較大幅度的調(diào)整和改進(jìn)。

1.選用英文原版教材。在考慮了教材的先進(jìn)性和廣泛性之后，選用的英文影印版教材是

《Digital Signal Processing—Principles，Algorithms，and Applications》（Fourth Edition）（John G.Proakis和Dimitris G.Manolakis著）。該教材內(nèi)容細(xì)致，分析透徹，而且有中文翻譯版，方便學(xué)生對(duì)英文教材不理解的地方進(jìn)行查閱，不會(huì)因?yàn)殚喿x太吃力太花費(fèi)時(shí)間而放棄閱讀英文教材。

2.制定教學(xué)大綱，制作全英文教學(xué)材料。在認(rèn)真閱讀和消化英文教材后，編寫(xiě)了英文教學(xué)大綱、全英文PPT課件、全英文上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、典型英文習(xí)題解答及相應(yīng)的MATLAB實(shí)現(xiàn)，并上傳我校課程資源平臺(tái)，方便學(xué)生課前下載預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。

3.選擇中英混合教學(xué)語(yǔ)言?？紤]到我校學(xué)生的英語(yǔ)水平參差不齊和教師的英語(yǔ)口語(yǔ)水平有限，為了保證課堂90%以上的學(xué)生能夠通過(guò)英語(yǔ)理解基本概念和重難點(diǎn)，在制作全英文PPT課件的過(guò)程中，盡量把一個(gè)完整知識(shí)點(diǎn)的有關(guān)內(nèi)容都在PPT上呈現(xiàn)出來(lái)，只在教學(xué)環(huán)節(jié)之間采用簡(jiǎn)單的口語(yǔ)。另外，如果學(xué)生對(duì)某處難點(diǎn)不太理解，則隨機(jī)采用中文再解釋或推導(dǎo)一遍。實(shí)踐表明，這種方法盡管教師課堂大部分用英語(yǔ)講授，由于涉及專業(yè)術(shù)語(yǔ)的句子學(xué)生都可以看到，所以基本不影響學(xué)生的理解。但是該方法也存在缺點(diǎn)，那就是備課時(shí)間是通常備課時(shí)間的2～3倍。

4.改革教學(xué)手段，采用雨課堂智慧教學(xué)工具。雨課堂是清華大學(xué)于2016年4月推出的智慧教學(xué)工具。雨課堂可以有效地為教學(xué)提供信息數(shù)據(jù)支持，促進(jìn)師生互動(dòng)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中。我校于2018年9月實(shí)現(xiàn)了校園高速網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，為實(shí)施線上教學(xué)提供了基礎(chǔ)保障。為了提高課堂學(xué)習(xí)效率，課程組將雨課堂應(yīng)用于“數(shù)字信號(hào)處理”課程的教學(xué)全過(guò)程。

在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，主要是從下次課的教學(xué)內(nèi)容中提煉出問(wèn)題，并以任務(wù)的形式推送到學(xué)生手機(jī)端，學(xué)生可以通過(guò)教材及網(wǎng)絡(luò)資源自主查閱并思考答題。

在課堂環(huán)節(jié)，首先結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提出情境問(wèn)題，圍繞問(wèn)題展開(kāi)分析闡述及結(jié)論的推導(dǎo);接下來(lái)對(duì)典型例題進(jìn)行分析講解，緊跟著是“練”，借助雨課堂，可以方便快捷地將事先插入在課件中的習(xí)題發(fā)送到學(xué)生手機(jī)端，同時(shí)教室的大屏幕可以實(shí)時(shí)觀察到學(xué)生提交答案的情況，教師可以依據(jù)學(xué)生的做題速度，分別選擇延長(zhǎng)做題時(shí)間或者收題;接下來(lái)，教師可以找做題既快又對(duì)的學(xué)生進(jìn)行講解，課后教師可以從做題速度和正確率分析每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)，下次課可以特別注意做錯(cuò)題的同學(xué)在課堂上是否認(rèn)真聽(tīng)課，進(jìn)而可以有針對(duì)性地尋找做錯(cuò)題的原因。

實(shí)踐表明，90%以上的學(xué)生在課堂可以理解所學(xué)概念及方法原理。然而，如果課后不花時(shí)間閱讀教材內(nèi)容和完成作業(yè)，那么課堂所學(xué)內(nèi)容在一周后就會(huì)遺忘干凈，難以實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化和應(yīng)用;因此，課后作業(yè)和課后閱讀對(duì)鞏固知識(shí)內(nèi)容和加深理解是必不可少的。然而傳統(tǒng)的批改作業(yè)不能及時(shí)反饋給各個(gè)學(xué)生，對(duì)于提高學(xué)習(xí)效果非常不利。

在課后環(huán)節(jié)，為了及時(shí)把作業(yè)中的錯(cuò)誤反饋給學(xué)生，首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，每組約5～6名學(xué)生。要求每個(gè)學(xué)生寫(xiě)完作業(yè)后拍照上傳到班級(jí)學(xué)習(xí)討論群，同時(shí)發(fā)送給組長(zhǎng)，教師可以利用碎片時(shí)間對(duì)積極提交的作業(yè)和組長(zhǎng)的作業(yè)及時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音肯定和糾錯(cuò)。由于這種糾錯(cuò)全班同學(xué)都可以收到，所以在無(wú)意中所有學(xué)生都得到了學(xué)習(xí)。組長(zhǎng)在下次上課前對(duì)組員的作業(yè)情況進(jìn)行匯報(bào)，教師針對(duì)作業(yè)中出現(xiàn)的問(wèn)題集中進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)。

教學(xué)實(shí)踐表明，雨課堂的互動(dòng)、反饋及大數(shù)據(jù)分析對(duì)提高教學(xué)效果具有明顯的積極作用。

三、第二至四輪雙語(yǔ)課程實(shí)踐效果

從第二輪雙語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐得出，學(xué)生是決定雙語(yǔ)教學(xué)成敗的主要因素。在第二輪雙語(yǔ)教學(xué)的授課過(guò)程中，教師明顯感覺(jué)學(xué)生的情緒前后有較大變化。以期中考試為界限，在期中考試前，特別是剛開(kāi)學(xué)階段，學(xué)生對(duì)手中的英語(yǔ)原版教材充滿了憂慮和恐懼;在隨后的兩個(gè)月里，學(xué)生明顯表現(xiàn)出很大不同，課后認(rèn)真閱讀和做作業(yè)的學(xué)生課上可以快速完成習(xí)題，課后沒(méi)有認(rèn)真做作業(yè)和閱讀的學(xué)生感到非常吃力，甚至部分學(xué)生認(rèn)為英語(yǔ)水平差是導(dǎo)致無(wú)法理解知識(shí)內(nèi)容的唯一原因。面對(duì)眼前的困難，教師及時(shí)冷靜分析原因，部分學(xué)生英語(yǔ)水平差確實(shí)會(huì)導(dǎo)致跟不上大多數(shù)學(xué)生的上課節(jié)奏，然而從以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，即使是用中文教學(xué)，由于該課程具有深?yuàn)W難懂的特點(diǎn)，也會(huì)有10%左右的學(xué)生跟不上大多數(shù)學(xué)生的上課節(jié)奏，所以學(xué)生的英語(yǔ)水平差不是制約學(xué)習(xí)效果的根本原因。那么究竟是什么因素導(dǎo)致部分學(xué)生對(duì)使用原版教材進(jìn)行學(xué)習(xí)有抵觸情緒呢？通過(guò)仔細(xì)分析雨課堂的隨堂測(cè)反饋及其他數(shù)據(jù)、課后作業(yè)情況及課堂的聽(tīng)課態(tài)度，認(rèn)為學(xué)生的重視程度和努力程度是影響學(xué)習(xí)效果的主要因素。因此，教師一方面積極進(jìn)行引導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)使用英語(yǔ)學(xué)習(xí)學(xué)科知識(shí)對(duì)他們未來(lái)發(fā)展的好處;另一方面積極尋求方法消除學(xué)生的消極心理。期中測(cè)驗(yàn)過(guò)后，嘗試采用“演講”方式，學(xué)生依次上講臺(tái)采用中英結(jié)合講解習(xí)題，該方法成功地消除了部分學(xué)生的消極心理，樹(shù)立了使用英語(yǔ)也可以學(xué)好的信心，為下一階段的學(xué)習(xí)打下了良好的心理基礎(chǔ)。

除了任課教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，校院兩級(jí)教學(xué)質(zhì)量督導(dǎo)對(duì)該課程進(jìn)行了跟蹤聽(tīng)課，給予了充分肯定，同時(shí)提出了寶貴建議。此外，學(xué)生對(duì)任課教師的評(píng)教分?jǐn)?shù)每年都高于90分，說(shuō)明大部分學(xué)生對(duì)教師授課較為滿意。

課程結(jié)束后，依據(jù)考試大綱進(jìn)行閉卷考核，六類試題全部為英文，要求學(xué)生盡量用英文答題?？偝煽?jī)=期終考試×50%+平時(shí)成績(jī)×30%+期中測(cè)驗(yàn)×20%。平時(shí)成績(jī)包括考勤、作業(yè)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)。圖1為兩個(gè)自然教學(xué)班的期末成績(jī)分布，從中可以看出，成績(jī)分布較為合理。從學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握角度來(lái)講，雙語(yǔ)教學(xué)基本達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)，說(shuō)明教學(xué)改革起到了一定的積極作用。

對(duì)2016級(jí)的四個(gè)教學(xué)班的153名學(xué)生（不包括留級(jí)的2名學(xué)生，他們沒(méi)有上課）進(jìn)行了匿名問(wèn)卷調(diào)查。表1為問(wèn)卷題目及統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表2為分班統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，圖2為所有學(xué)生在期中考試前后選A和選B的對(duì)比圖，圖3為不同班級(jí)學(xué)生在期中考試后選A的對(duì)比圖。

盡管問(wèn)卷題目的選項(xiàng)較少，仍然可以反映出一些特點(diǎn)。首先，從圖2可以看出，期中考試后，希望使用英文原版教材，認(rèn)為使用英文原版教材有收獲，希望課堂語(yǔ)言以英文加上必要的中文，對(duì)課堂全英文課件加板書(shū)的方式比較滿意的比例有所提升。從圖2還可以看出，期中考試后，學(xué)生課后花在閱讀英文教材方面的時(shí)間有所增加，更容易讀懂英文試題，對(duì)所學(xué)內(nèi)容掌握更好，認(rèn)為雙語(yǔ)教學(xué)成功的比例更大，反映出學(xué)生基本慢慢適應(yīng)了英文教材和雙語(yǔ)教學(xué)。這也說(shuō)明，學(xué)生在花費(fèi)大量時(shí)間學(xué)習(xí)和閱讀英文教材后，感受到英文教材的細(xì)致、富有啟發(fā)性和前沿?cái)U(kuò)展性的特點(diǎn)。所以，雙語(yǔ)教學(xué)中當(dāng)學(xué)生有抵觸情緒時(shí)，教師不能著急，要認(rèn)識(shí)到這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，相信在對(duì)學(xué)生持續(xù)不斷的鼓勵(lì)下，一定可以有所收獲。其次，從圖3可看出，不同班級(jí)學(xué)生對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)表現(xiàn)出不同的態(tài)度。1650111班和1650151班的學(xué)生對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)表現(xiàn)出較大程度的認(rèn)可，1650152班的學(xué)生表現(xiàn)出較小程度的認(rèn)可?？梢?jiàn)，取得好的教學(xué)效果，除了與學(xué)生個(gè)人、教師有密切關(guān)系，還與班級(jí)氛圍等因素有關(guān)。

四、存在問(wèn)題及改進(jìn)設(shè)想

教學(xué)改革短時(shí)間內(nèi)要取得明顯成效并不容易，雙語(yǔ)教學(xué)中仍存在兩個(gè)突出問(wèn)題：（1）學(xué)生閱讀英文教材普遍存在困難;（2）英語(yǔ)原版教材的內(nèi)容多、信息量大，在有限的課時(shí)內(nèi)很難講完。

今后的雙語(yǔ)教學(xué)擬從以下幾個(gè)方面加以改進(jìn)：（1）引入以問(wèn)題為導(dǎo)向（Problemed-Based Learning，PBL）的教學(xué)理念，啟發(fā)學(xué)生思考地球物理信號(hào)處理中需要解決的前沿問(wèn)題，以專業(yè)前沿問(wèn)題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（2）利用雨課堂工具進(jìn)一步加強(qiáng)互動(dòng)教學(xué)和個(gè)性化教學(xué)。充分利用雨課堂的隨堂測(cè)加強(qiáng)課上互動(dòng)，利用課后不下線特點(diǎn)，及時(shí)將作業(yè)情況反饋給學(xué)生，并根據(jù)學(xué)生的不同層次特點(diǎn)進(jìn)行分組，給不同的組以不同的任務(wù)，努力培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的人才。（3）努力提高教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)和英語(yǔ)水平。雙語(yǔ)教學(xué)質(zhì)量的提高，需要學(xué)生的努力，同時(shí)需要教師具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)及熟練的英語(yǔ)聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫(xiě)能力。出國(guó)進(jìn)修是提高教師英語(yǔ)能力的有效途徑，如果由于各種原因沒(méi)有機(jī)會(huì)出國(guó)，那么通過(guò)國(guó)外優(yōu)秀教學(xué)資源（比如Metel、MyET）進(jìn)行自學(xué)也可以有效提高專業(yè)技能和英語(yǔ)口語(yǔ)能力。

總之，雙語(yǔ)教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的迫切需求，有利于學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和工作，有利于師生接觸英文資料、掌握專業(yè)領(lǐng)域前沿動(dòng)態(tài)，而對(duì)于雙語(yǔ)教學(xué)中存在的問(wèn)題需要進(jìn)一步思考和解決。

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Practice of Bilingual Teaching of Digital Signal Processing Course Based on Rain Classroom

WU Ye1，2， GU Guan-wen1，2， KANG Jian1，2， SUN Shou-cai1，2， WAN Yong-ge1，2

（1. Department of Earth Sciences， Institute of Disaster Prevention， Sanhe， Hebei 065201， China;

2. Beijing Disaster Prevention Technology Co. Ltd， Beijing 101100， China）

Abstract： In order to improve the teaching quality of the Digital Signal Processing course， based on the experience of bilingual teaching in domestic first-class universities， the Rain Classroom information teaching platform was introduced into the teaching process， and four rounds of bilingual teaching practice were carried out. In response to the problems in the implementation of the first round of bilingual teaching， the Rain Classroom wisdom teaching tool was adopted in the second to fourth rounds of bilingual teaching. Teaching practice shows that Rain Classroom teaching platform can effectively improve the teacher-student interaction and promote the improvement of bilingual teaching effect， which provides a reference for universities to carry out bilingual teaching.

Key words： bilingual teaching; Rain Classroom; Digital Signal Processing; PBL teaching concept