基于線上線下混合式《數(shù)字信號處理》課程混合教學研究

摘要：《數(shù)字信號處理》是理工科類本科生的一門重要的必修課程，該門課程有較多復雜難懂的理論知識和數(shù)學公式，對學生來說學習難度比較大，而學習時間又比較短，學生對知識的理解和掌握程度不太理想。因此，對于重要的和難掌握的知識點，使用合適的數(shù)字化教學工具以輔助課程教學是很有必要的，針對本?！稊?shù)字信號處理》課程在教學過程中存在的實際問題對該課程進行改造，將在線自主學習和線下面授結(jié)合起來。通過數(shù)字化教學工具，可將抽象的理論與直接感觀認知聯(lián)系起來，從而能更好更深入地掌握所學的知識，并有效地激發(fā)學生的學習興趣。

關鍵詞：數(shù)字信號處理;教學方法;混合教學;線上線下

一、引言

《數(shù)字信號處理》課程有較多復雜難懂的理論知識和數(shù)學公式，需要具備一定的基礎知識，所以門檻比較高，對學生來說學習難度較大，而學習時間一般較短，學生對知識的理解和掌握程度不太理想。為幫助學生能夠更好地理解掌握課本中的名詞概念、定理證明過程和實際問題的分析方法，并進一步培養(yǎng)他們獨立自主學習的習慣，將線上線下混合教學模式應用在《數(shù)字信號處理》課程上具有非凡意義。

二、數(shù)字信號處理課程現(xiàn)狀

1.學生將該課程與其他課程知識點銜接弱，如信號與系統(tǒng)。近兩年理論教學效果可見，同學們的知識點銜接性非常弱，一旦前序課程掌握不牢固，該課程學習效果就會極差。例如，在講到信號的傅里葉變換章節(jié)時，隨著時間的推移和掌握程度不牢固，課堂上同學們未曾想起該內(nèi)容在信號與系統(tǒng)課程中講解過。

2.理論教學培養(yǎng)，教學內(nèi)容豐富，難度合理，但實際情況反映出大部分學生學習情況較差，學生們通常的心理狀態(tài)是期末考試及格即可，獲得學分，完全與培養(yǎng)計劃和目標背道而馳，缺乏主動學習和自主學習的習慣。

3.基本概念和定義理解不清楚。學生們還是在采用高中的學習方法，背公式和背理論知識，而不是通過理解的方式去掌握理論知識，缺乏獨立探索精神。

三、基于線上線下的混合教學方法

（一）課程內(nèi)容建設

采用線上與線下混合的教學方法，方法框圖如圖1所示?！稊?shù)字信號處理》課程內(nèi)容建設從以下三個部分入手，分別為課程思政元素、線上教學資源和線下課程，線上教學資源建設包括有思維導圖、知識筆記和重難點解析等，線下課程建設首先要優(yōu)化教學大綱，注重本課程與上下游課程的銜接，教師采用PPT教學方式，結(jié)合實際工程案例，并適當借助一些軟件，例如matlab，以輔助完成數(shù)字信號處理這門課程的教學，詳細內(nèi)容如下：

1.課程思政元素建設

介紹數(shù)字信號處理和數(shù)字信號處理芯片的發(fā)展歷史及各時期發(fā)展的特點，介紹信號處理領域代表性科學家的主要貢獻和典型事跡，為學生樹立良好榜樣，激勵學生在學習和研究中勤于探索，敢于解決技術中的關鍵難題，以此來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。以我國自主研制的大型通信系統(tǒng)為例，著重介紹其中的數(shù)字信號處理模塊和數(shù)字信號處理芯片從無到有，由弱小到強大的發(fā)展過程，來點燃學生們的敬畏之心。介紹我國信號處理領域的著名研究團隊和科學家，講解他們突破國外技術封鎖，實現(xiàn)自主研發(fā)的艱辛歷程，來培養(yǎng)學生們吃苦耐勞和獨立自主的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神，激勵學生樹立崇高理想，將所學知識投入到國家的發(fā)展和建設中去，通過堅持不懈的奮斗，以此實現(xiàn)個人的人生目標。

2.線上教學資源建設

課程教學團隊將根據(jù)教學內(nèi)容建設相應的線上教學資源，重點包括數(shù)字信號處理理論和技術的重點和難點知識，關鍵算法的推導，可以把這些寶貴的教學資源放到一些大型的課程學習網(wǎng)站上以方便學生進行在線學習。為了能讓學生能夠快速地適應線上學習的特點，確保線上和線下學習的無縫銜接，可以借助一些大型的學習網(wǎng)站，例如中國大學MOOC網(wǎng)，該網(wǎng)站上建設了多個模塊，比如說課堂回放、PPT資料、在線練習和重難點知識解析等等。

3.線下課程建設方案

首先優(yōu)化教學大綱，注重本課程與上下游課程的銜接，在課堂前半部分教師要做好相關基礎知識講解，梳理通順各知識點之間的聯(lián)系，使學生能在頭腦中編織出本專業(yè)的知識網(wǎng)，解決學生基礎不牢、對知識的理解片面孤立等問題。其次是將研討型和案例型等常用的教學方法融到本課程的教學中，在課堂上盡可能增加老師和同學的交流頻次，從而提高學生在信號處理領域的專業(yè)素質(zhì)。通過設置相關的討論話題，引導學生在研討過程中，自主探索各類信號處理技術的原理和設計思想，發(fā)表自己獨立的意見，用以學生為中心的教學方式來代替以教師為中心的教學方式。

在教學過程中應用線上線下混合的教學方法，并使用合適的數(shù)字化教學工具以輔助課程教學，針對本?！稊?shù)字信號處理》課程在教學過程中存在的實際問題對該課程進行改造，把30%-50%的教學時間分配出來，讓學生進行線上自主學習，并與線下課堂面授結(jié)合以此開展混合式模式的教學。將理論課的48學時拆分成32學時的教師集中講課和8學時的學生自習，這部分內(nèi)容大多是需要學生記憶，很少涉及邏輯思考，并且與現(xiàn)實生活有著緊密的聯(lián)系，學生通過線上自學方式就能掌握;剩余的8學時就用做仿真實驗和拓展討論，主要是討論工程實際題目。

（二）課程教學方法改革

1.研討式教學

引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學方式，在多個場合進行研討式教學[1-3]。組織并引導學生對難點和重點知識點進行討論，以及對該課程的關鍵算法進行討論，比如說快速傅里葉變換和逆變換。

2.把科研成果引入教學，以提高培養(yǎng)質(zhì)量

第一，梳理主要科研方向，構(gòu)建課程教學主線。本課程教師研究方向都集中在信號處理領域，這樣能以科研團隊為依托，創(chuàng)建課程的教學主線，制定課程的培養(yǎng)目標;以教學團隊教師科研方向、內(nèi)容為主題，將在課堂教學中引入一定的科研成果教學。第二，重視課程群建設，強化各課程之間的關聯(lián)性。梳理清楚數(shù)字信號處理課程和信號與系統(tǒng)課程之間的銜接關系，合理分配理論學時;借助研究生教育平臺，加強基礎科研能力的培養(yǎng)。第三，加強課程內(nèi)容建設，將科研訓練融到課堂教學。選取一些核心內(nèi)容進行重點講解，并且制定詳細的教學計劃;緊密聯(lián)系學科前沿，在課堂教學中設置習題課環(huán)節(jié)。第四，推進創(chuàng)新實踐教育，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。可根據(jù)團隊老師的科研項目中子任務，通過大學生科研訓練等方式吸引一些優(yōu)秀學生參與科研項目。

（三）考試形式改革

課程考核體系實現(xiàn)多元化、能力化和過程化。不同于以往的考核體系，考核內(nèi)容多元化指的是考核內(nèi)容由線上學習、仿真報告和期末考試三部分組成，分別占比15%、5%和80%;考評主體多元化指的是考評主體不再是只包括教師，還包括在線平臺，由二者共同評價;考核內(nèi)容能力化是指增加仿真實驗報告，在理論課程講授完成后，引入一些實驗課程，以加強對仿真實驗能力的考查，提升課程學習的深度以及廣度，在期末考試中增加工程實踐題，進一步提升課程學習的挑戰(zhàn)性;引入線上學習以實現(xiàn)考核方法過程化，其中課堂表現(xiàn)占10%、課堂練習和課后作業(yè)占20%、章節(jié)考試和期末考試各占35%。

四、結(jié)束語

數(shù)字信號處作為通信工程等工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，該門課程有較多復雜難懂的理論知識和數(shù)學公式，使用傳統(tǒng)的教學方法，學生對知識的理解和掌握程度不太理想。為此，需要對難掌握和重要的知識點，使用合適的數(shù)字化教學工具以輔助課程教學，結(jié)合教學中存在的實際問題對課程進行改造，將在線自主學習與線下面授結(jié)合起來。通過數(shù)字化教學工具，可將抽象的理論與直接感受認知聯(lián)系起來，從而能更好更深入地掌握所學的知識，并有效地激發(fā)學生的學習興趣。

作者單位：蒲旭敏" " 劉占軍" " 李強" " 重慶郵電大學

參" 考" 文" 獻

[1]慶利，羅一清.大學翻轉(zhuǎn)課堂教學效果實證研究——以《財務學及技術基礎》課程翻轉(zhuǎn)教學為例[J].大學教育科學，2017（2）：47-56.

[2]趙俊芳，崔瑩，鄭鑫瑤. 我國高校翻轉(zhuǎn)課堂的實踐問題及對策研究[J]. 現(xiàn)代大學教育， 2018（6）：89-93.

[3]朱熙寧.翻轉(zhuǎn)課堂在高校教學實踐中的主要問題及對策研究[J]. 當代教育實踐與教學研究，2019（2）：35-36.