混合式教學(xué)在留學(xué)生“數(shù)字信號處理”課程中的應(yīng)用

張 莉

（重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院，重慶 400030）

隨著我國綜合國力與教育水平的不斷提高，高等教育的國際化已成為我國高等教育發(fā)展的必然趨勢[1]。越來越多的海外學(xué)子到我國高等院校留學(xué)深造，開展面向來華留學(xué)生的專業(yè)課程的全英文教學(xué)改革，建立適應(yīng)留學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)模式，對提升我國高等教育的國際化水平和國際競爭力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

筆者承擔(dān)了我校電氣工程學(xué)院面向留學(xué)生開設(shè)的全英文課程“數(shù)字信號處理”的教學(xué)，根據(jù)課程特點(diǎn)和面向教學(xué)對象的特點(diǎn)提出了混合式教學(xué)模式，并將其應(yīng)用于課程教學(xué)中。本文將對這一教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)。

1 留學(xué)生專業(yè)課教學(xué)面臨的問題

作為電子電氣信息類專業(yè)課程，“數(shù)字信號處理”課程的難度較大，課程內(nèi)容與工程實(shí)踐緊密相關(guān)，既包含理論性知識又具有技術(shù)性內(nèi)容[2]。課程的學(xué)習(xí)需要高等數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng)等先修課程的知識基礎(chǔ)。我院的留學(xué)生主要來自東南亞、非洲等國家。留學(xué)生的教育水平參差不齊，先修課程的掌握程度也有較大差異，這就使留學(xué)生專業(yè)課教學(xué)面臨著較大的困難和挑戰(zhàn)[3-4]。在留學(xué)生專業(yè)課的全英教學(xué)中仍然完全采用傳統(tǒng)教學(xué)法授課，以教師為主體，以課堂講授為中心的方式進(jìn)行教學(xué)，并沒有考慮到留學(xué)生的接受能力，使他們常常處于被動接受狀態(tài)，再加之課程難度較大，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中難以產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，因而往往出現(xiàn)留學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不高、學(xué)習(xí)效果不太理想等問題。盡管相較于中國學(xué)生而言，留學(xué)生在課堂上喜歡提問，但有些問題涉及先修課程知識，導(dǎo)致在課堂上要花時間補(bǔ)充和解釋相應(yīng)的知識，從而拖慢了教學(xué)進(jìn)度。

2 混合式教學(xué)模式在課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

2.1 混合式教學(xué)模式構(gòu)建

筆者在教學(xué)過程中將傳統(tǒng)教學(xué)、以問題為導(dǎo)向的教學(xué)（Problem based learning，PBL）與網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)這三種教學(xué)方法進(jìn)行結(jié)合，建立了混合式教學(xué)模式，以提升“數(shù)字信號處理”這門面向留學(xué)生的專業(yè)課程的教學(xué)效果。

每個留學(xué)生的教育背景不同，先修課程的知識儲備不同，學(xué)習(xí)要求和偏好往往也不相同。在考慮教學(xué)對象特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建混合式教學(xué)模式，旨在讓教師有效使用三種教學(xué)方法，以在正確的時間將正確的課程內(nèi)容以正確的方式提供給學(xué)習(xí)需求不同的學(xué)生。多種方式的結(jié)合旨在相互補(bǔ)充，促進(jìn)留學(xué)生課程學(xué)習(xí)成效。

構(gòu)建基于PBL的混合式教學(xué)模式的目標(biāo)是在課程教學(xué)過程中轉(zhuǎn)換學(xué)生和教師的角色，讓留學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，充分調(diào)動他們學(xué)習(xí)的主動性和積極性。PBL是基于問題的教學(xué)方法，學(xué)生通過問題解決進(jìn)行學(xué)習(xí)。采用PBL進(jìn)行教學(xué)，教師不再擔(dān)任知識的主要傳授者，而是作為學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者，通過問題的提出幫助引導(dǎo)學(xué)習(xí)過程；學(xué)生需要進(jìn)行自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)，然后應(yīng)用他們學(xué)習(xí)到的新知識來解決問題，并對所學(xué)到的知識和所采用的策略的有效性進(jìn)行反思。

互聯(lián)網(wǎng)信息和通信技術(shù)正在改變社會生活的方方面面，也已經(jīng)成為高等教育變革創(chuàng)新的巨大推力。因此，網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)也作為構(gòu)建的混合式教學(xué)模式的重要組成部分，以在課程教學(xué)過程中更大限度地滿足留學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求，為他們提供不受時間、地點(diǎn)或情況限制的開放網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，方便他們能夠隨時隨地連接到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，通過網(wǎng)絡(luò)以獨(dú)立或協(xié)作的方式進(jìn)行課程相關(guān)知識學(xué)習(xí)。并且，為了避免出現(xiàn)學(xué)生參與程度不夠，學(xué)習(xí)效率低下的現(xiàn)象，在網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)中給予學(xué)生必要的約束。

本文進(jìn)行的混合式教學(xué)模式設(shè)計具體包括兩個方面：其一是教學(xué)方法的融合。構(gòu)建的混合式教學(xué)模式將傳統(tǒng)教學(xué)、PBL與網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)這三種教學(xué)方法有效融合，強(qiáng)化教師和學(xué)生共同作為教學(xué)活動主體的地位。其二是學(xué)習(xí)模式的融合。一方面是線下學(xué)習(xí)和線上學(xué)習(xí)的融合，其中線上學(xué)習(xí)通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺進(jìn)行，而線下學(xué)習(xí)則是在更傳統(tǒng)的課堂環(huán)境中進(jìn)行，即使是線下學(xué)習(xí)也是通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺協(xié)助開展，例如線上進(jìn)行課前的學(xué)習(xí)引導(dǎo)、課后在線答疑、課堂測試等，此外，也通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺提供課件材料和學(xué)習(xí)資源。另一方面是自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)的融合，自主學(xué)習(xí)是由學(xué)生自己安排或控制的進(jìn)度獨(dú)自進(jìn)行按需學(xué)習(xí)，而協(xié)作學(xué)習(xí)則是在學(xué)生之間開展線上、線下交流，從而實(shí)現(xiàn)知識共享。

2.2 課程教學(xué)設(shè)計

簡單來說，混合式教學(xué)是采用多種教學(xué)方法開展多個交互的教學(xué)環(huán)節(jié)的有效整合。然而，面向具體課程的混合式教學(xué)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)是復(fù)雜的，需要滿足“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)目標(biāo)這一具體需求，也需要考慮課程內(nèi)容、課程資源、授課對象特點(diǎn)等因素，才能完成適用于“數(shù)字信號處理”課程全英文教學(xué)的教學(xué)設(shè)計。“數(shù)字信號處理”這門面向留學(xué)生的課程的混合式教學(xué)設(shè)計主要包括教學(xué)活動、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)材料的設(shè)計，如表1所示：

表1 課程混合式教學(xué)設(shè)計

教學(xué)活動包括課堂教學(xué)、線上教學(xué)、綜合性設(shè)計三類。其中，課堂教學(xué)采用傳統(tǒng)教學(xué)與PBL教學(xué)相結(jié)合的方法，講授離散信號和系統(tǒng)的分析方法和系統(tǒng)模型、離散傅立葉變換、快速傅里葉變換、離散時間系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、數(shù)字濾波器設(shè)計等核心課程內(nèi)容；線上教學(xué)采用PBL教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)相結(jié)合的方法，引導(dǎo)學(xué)生完成部分教材內(nèi)容自學(xué)，課程知識拓展、工程應(yīng)用實(shí)例分析等學(xué)習(xí)任務(wù)；綜合性設(shè)計是課堂教學(xué)和線上教學(xué)的重要補(bǔ)充，學(xué)生需要利用在課堂教學(xué)和線上教學(xué)活動中獲取的完成綜合設(shè)計所必需的理論知識，并學(xué)習(xí)使用MATLAB軟件進(jìn)行信號分析、系統(tǒng)設(shè)計與仿真，從而完成綜合性設(shè)計任務(wù)。支撐上述教學(xué)活動開展所使用的教學(xué)材料包括選用的全英文教材及參考書目[5-6]、教師制作的全英文電子課件、線上學(xué)習(xí)材料、工程應(yīng)用案例資料、課程視頻資源、綜合性設(shè)計參考資料等。

2.3 課程教學(xué)實(shí)施

（1）課堂教學(xué)采用傳統(tǒng)教學(xué)與PBL教學(xué)相結(jié)合的方式，具體實(shí)施環(huán)節(jié)主要包括：教師提出問題—學(xué)生收集資料—學(xué)生課堂回答問題—教師課堂講授—教師引導(dǎo)學(xué)生討論和總結(jié)—教師布置課后任務(wù)—學(xué)生課后完成任務(wù)—課堂討論和講解。針對留學(xué)生性格活躍、愛問問題，但數(shù)學(xué)及專業(yè)基礎(chǔ)較薄弱的特點(diǎn)，教師在課堂教學(xué)前會提前向?qū)W生發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，以及需要他們在課堂上解答的問題，讓學(xué)生帶著老師給出的問題完成預(yù)習(xí)任務(wù)，查閱資料找到相關(guān)問題的答案，這樣可有效彌補(bǔ)留學(xué)生課程基礎(chǔ)知識參差不齊的不足。在課堂上，首先會讓學(xué)生陳述他們對這些問題的答案，然后教師再對問題涉及的課程知識點(diǎn)進(jìn)行梳理和講解，并且會通過課堂上的討論和總結(jié)環(huán)節(jié)幫助學(xué)生對課程內(nèi)容進(jìn)行鞏固。此外，教師會布置任務(wù)讓學(xué)生在課后去完成，以進(jìn)一步提升課程理論知識學(xué)習(xí)效果，課后任務(wù)包括作業(yè)習(xí)題和仿真任務(wù)兩種形式。

（2）線上教學(xué)依托雨課堂和課程QQ群實(shí)施教學(xué)活動。教師制作適應(yīng)智能手機(jī)的雨課堂課件，課件內(nèi)容包括課前引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)的問題、教師課堂講授的教學(xué)內(nèi)容、布置的作業(yè)題等。教師也通過雨課堂向?qū)W生推送相關(guān)的參考資料、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源等，為學(xué)生提供豐富的線上學(xué)習(xí)資源。教師會向?qū)W生發(fā)布線上閱讀任務(wù)，這些任務(wù)在推送至學(xué)生端后，會設(shè)置相應(yīng)的完成時間節(jié)點(diǎn)，從而給學(xué)生必要的約束。教師通過雨課堂反饋信息掌握學(xué)生線上閱讀任務(wù)完成情況。此外，當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到難點(diǎn)或疑問時，可以在QQ群中及時向教師咨詢，這樣教師可對學(xué)生反饋的疑問及時進(jìn)行有針對性的解答，通過課程QQ群進(jìn)行溝通交流，及時掌握學(xué)生課程學(xué)習(xí)包括課堂學(xué)習(xí)和線上學(xué)習(xí)的成效。在線上教學(xué)中，除了布置統(tǒng)一的線上閱讀任務(wù)外，教師會發(fā)布多個課外學(xué)習(xí)任務(wù)供學(xué)生選擇學(xué)習(xí)，學(xué)生完成選擇的自主學(xué)習(xí)任務(wù)后，需進(jìn)行歸納總結(jié)，并制作PPT用以在課堂上進(jìn)行展示和匯報，匯報結(jié)束后需回答教師針對線上學(xué)習(xí)任務(wù)提出的問題。

（3）綜合性設(shè)計由學(xué)生在課后自主完成。教師在課程學(xué)習(xí)的中后期發(fā)布多于學(xué)生人數(shù)的數(shù)字濾波器設(shè)計題目。學(xué)生從中自由選題，根據(jù)設(shè)計題目中提出的信號處理需求，確定無限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器或有限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)，選用適當(dāng)?shù)臑V波器設(shè)計方法并利用MATLAB完成滿足技術(shù)指標(biāo)要求的數(shù)字濾波器設(shè)計，通過分析濾波器的頻率響應(yīng)，濾波器的輸入、輸出信號時域波形及頻譜圖對所設(shè)計的數(shù)字濾波器性能進(jìn)行測評。學(xué)生在課后通過閱讀相關(guān)書籍和資料，自學(xué)利用MATLAB進(jìn)行數(shù)字濾波器設(shè)計的相關(guān)知識，他們在設(shè)計過程中有任何疑問可通過課程QQ交流群與老師、同學(xué)線上交流討論。濾波器設(shè)計完成后需要按照科技文獻(xiàn)的格式撰寫設(shè)計報告，在報告中介紹完成數(shù)字濾波器設(shè)計所使用的設(shè)計方法，呈現(xiàn)濾波器設(shè)計和性能測試的步驟和程序代碼，并對濾波器濾波結(jié)果進(jìn)行分析，并得出結(jié)論。

2.4 混合教學(xué)模式下的課程考核

混合教學(xué)模式下的課程考核構(gòu)成包括三部分，如表2所示。課堂學(xué)習(xí)情況的考核是依據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)，出勤率，作業(yè)/任務(wù)完成情況，以及課堂隨堂測試情況給出考核分值。其中，隨堂測試是通過雨課堂來開展的，學(xué)生需在規(guī)定時間內(nèi)完成一定數(shù)量的選擇題，老師在手機(jī)上即可收集到學(xué)生的測試結(jié)果，基于此進(jìn)行評分。線上學(xué)習(xí)情況的考核是通過考查學(xué)生完成線上閱讀任務(wù)的情況（例如：在規(guī)定時間內(nèi)完成推送的學(xué)習(xí)資料閱讀任務(wù)的情況）、完成線上自選任務(wù)的情況、線上參與交流和討論的情況來進(jìn)行評價。教師依據(jù)學(xué)生匯報內(nèi)容的準(zhǔn)確性、合理性，匯報時表達(dá)的邏輯性、流暢性，回答問題的準(zhǔn)確性等對學(xué)生線上自選任務(wù)的完成情況進(jìn)行評分。綜合設(shè)計的考核是由教師依據(jù)學(xué)生對綜合設(shè)計任務(wù)的完成度來給出相應(yīng)的成績，具體考核指標(biāo)包括：濾波器類型和技術(shù)指標(biāo)選擇的合理性，濾波器設(shè)計方法選擇的合理性，利用MATLAB進(jìn)行濾波器設(shè)計的正確性，信號濾波的有效性，濾波結(jié)果展示、分析和討論的合理性，設(shè)計報告的完整性、規(guī)范性和條理性。

表2 混合式教學(xué)的課程考核組成

3 結(jié)語

為了提升面向留學(xué)生的“數(shù)字信號處理”課程的全英文教學(xué)質(zhì)量，建立了適應(yīng)留學(xué)生特點(diǎn)的混合式教學(xué)模式。從混合式教學(xué)實(shí)踐效果來看，相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式而言，混合式教學(xué)通過課堂教學(xué)方式的調(diào)整、線上學(xué)習(xí)和設(shè)計實(shí)踐環(huán)節(jié)的增加，即能充分發(fā)揮教師在整個教學(xué)過程中的引導(dǎo)功能，又能提升留學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動留學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，充分發(fā)揮他們的學(xué)習(xí)主體作用?；旌鲜浇虒W(xué)模式通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)為教師引導(dǎo)和參與各個教學(xué)活動的有效性提供了保障，使線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)的融合、自主獨(dú)立學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)的融合得以實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了留學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果的提升?；旌鲜浇虒W(xué)的開展對教師提出了更高的要求，需要教師轉(zhuǎn)換教學(xué)理念，應(yīng)用新的教學(xué)方法和技術(shù)，合理統(tǒng)籌規(guī)劃教學(xué)活動和教學(xué)內(nèi)容，精心收集、選擇、制作教學(xué)材料。因此，混合式教學(xué)的開展有利于教師自身教學(xué)能力的全面提升，也有助于教師個人教學(xué)特色的發(fā)揮。從面向留學(xué)生的“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)實(shí)踐效果來看，符合課程特點(diǎn)和教學(xué)對象特點(diǎn)的混合式教學(xué)模式是值得深入探索的。本文根據(jù)筆者在“數(shù)字信號處理”課程中的教學(xué)實(shí)踐，對基于傳統(tǒng)教學(xué)、PBL教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的混合式教學(xué)模式進(jìn)行了初步探索，后期將進(jìn)一步完善課程教學(xué)設(shè)計、有效銜接各項(xiàng)教學(xué)活動、豐富課程學(xué)習(xí)資源，使構(gòu)建的混合式教學(xué)模式進(jìn)一步完善，為其他課程的全英文教學(xué)改革提供參考。