混合式翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)踐探索

摘 要 文章探討了新工科背景下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在數(shù)字信號處理課程教學(xué)中的應(yīng)用效果和推廣的可行性。以四個(gè)平行班級為研究對象，兩個(gè)班級采用混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，一個(gè)班級采用線下教學(xué)模式，一個(gè)班級采用線上教學(xué)模式。對采用混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的班級，重組數(shù)字信號處理課程內(nèi)容，運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)。采用目標(biāo)達(dá)成度評價(jià)混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)、線下教學(xué)模式和線上教學(xué)模式。其中，混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式表現(xiàn)出良好的教學(xué)效果，為工程技術(shù)專業(yè)課程改革提供了新思路。

關(guān)鍵詞 翻轉(zhuǎn)課堂；混合式教學(xué)模式；數(shù)字信號處理；目標(biāo)達(dá)成度

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.3.034

Practical Exploration of Blended Flipped Classroom

——Taking the course of \"Digital Signal Processing\" as an example

ZHANG Tong， CHEN Hongxu， LIAO Qihao

（Yibin University， Yibin， Sichuan 644000）

Abstract The article explores the application effect and feasibility of promoting the blended flipped classroom teaching mode in the teaching of digital signal processing courses under the background of new engineering disciplines. Taking four parallel classes as the research object， two classes adopt blended flipped classroom teaching， one class adopts offline teaching mode， and one class adopts online teaching mode. For classes that adopt hybrid flipped classroom teaching， restructure the content of digital signal processing courses， use flipped classroom teaching to cultivate students' innovative abilities， and strengthen their self-directed learning. Evaluate blended flipped classroom teaching， offline teaching mode， and online teaching mode based on goal achievement. Among them， the blended flipped classroom teaching mode has shown good teaching effects， providing new ideas for the reform of engineering technology courses.

Keywords flipped classroom; blended teaching mode; digital signal processing; goal achievement

隨著“中國制造2025”的提出和智能制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展，市場急需大量的創(chuàng)新型工程人才。在此背景下，教育部對各高校提出了培養(yǎng)新型工科人才的要求。新工科建設(shè)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)復(fù)合型工科人才，大力培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)能力，成為具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)的人才[1]。

“數(shù)字信號處理”是機(jī)械電子工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)解決工程技術(shù)問題的能力，掌握時(shí)域、頻域離散信號與系統(tǒng)的分析和濾波器的設(shè)計(jì)。作為理論與工程實(shí)踐密切結(jié)合的課程，其數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式多，理論性很強(qiáng)，若采用灌輸式教學(xué)模式，教師缺乏和學(xué)生的互動，難以激發(fā)學(xué)生興趣，且課程考核方式單一，考核方向不明確。為了改善數(shù)字信號處理教學(xué)過程中存在的問題，本研究提出了混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，力求解決數(shù)字信號處理課程中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低等問題，對數(shù)字信號處理課程進(jìn)行教學(xué)改革，探討新教學(xué)模式的推廣，并為其他課程教學(xué)改革提供參考依據(jù)[2]。

1" “數(shù)字信號處理”課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

“數(shù)字信號處理”是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要從設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)過程角度對數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行歸納和總結(jié)。課程包含復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，涉及高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、信號與系統(tǒng)等課程的相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)課程又強(qiáng)調(diào)與實(shí)踐緊密結(jié)合。因此在“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)中，不僅要求學(xué)生掌握理論知識，而且要求學(xué)生具有很強(qiáng)的實(shí)踐能力。然而受到教材內(nèi)容、教學(xué)方式和考評方式的限制，以教師講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，存在以下三個(gè)問題。

1.1" 教材數(shù)學(xué)公式多，學(xué)生參與度不高

多數(shù)學(xué)生對數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)過程缺乏興趣，很難參與到課堂教學(xué)。其主動學(xué)習(xí)的意愿降低，成為被動型學(xué)習(xí)的學(xué)生。

1.2" 灌輸式教學(xué)，缺乏互動性

傳統(tǒng)教學(xué)以教師為主，在教學(xué)時(shí)數(shù)減少的情況下，教師注重教學(xué)進(jìn)度，對學(xué)生掌握知識和技能的情況缺乏了解，忽略了學(xué)生的課堂體驗(yàn)，造成課堂互動環(huán)節(jié)不足[3]。

1.3" 課程考核方式單一，考核方向不明確

學(xué)生成績通常由平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績和期末試卷成績構(gòu)成。而期末試卷成績又占據(jù)了過大的比例。學(xué)生為應(yīng)付考試常常出現(xiàn)考前突擊背題的情況。學(xué)習(xí)過程考核不明確，無法培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

綜上所述，數(shù)字信號處理現(xiàn)有的教學(xué)模式難以滿足新工科對復(fù)合型人才培養(yǎng)模式的要求。因此，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力已成為當(dāng)務(wù)之急。

2" 翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學(xué)模式的優(yōu)勢

數(shù)字信號處理課程教學(xué)有線下教學(xué)、線上教學(xué)和混合式教學(xué)三種教學(xué)模式[4]。教學(xué)組提出了基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式及考核評價(jià)方法。

翻轉(zhuǎn)課堂改變了教師與學(xué)生的課堂角色。以教師為主的課堂講授，學(xué)生聽課為輔的教學(xué)模式翻轉(zhuǎn)過來，變成學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師只起引導(dǎo)作用，進(jìn)行問題解決、合作探究等深層次的學(xué)習(xí)活動。充分發(fā)揮教師和學(xué)生的自主性，體現(xiàn)了學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性和創(chuàng)造性，從而獲得更好的教學(xué)效果[5-6]。

混合式翻轉(zhuǎn)課堂是線上和線下學(xué)習(xí)的混合，采用翻轉(zhuǎn)課堂可以重新分配課上和課下的時(shí)間和教學(xué)形式。把原來課上簡單的、互動性差的內(nèi)容放到課下讓學(xué)生自己完成，而把一些互動性好、需要協(xié)作完成的內(nèi)容放到課堂上進(jìn)行，以便讓課堂更活躍、更生動、發(fā)揮更大的作用[7]。

混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的優(yōu)勢如下：

①學(xué)生自主學(xué)習(xí)與合作討論相融合，強(qiáng)化其自學(xué)能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣。

②師生協(xié)作探究。教師引導(dǎo)學(xué)生高效思考，提出新的思路，師生主動交流，共同進(jìn)行教學(xué)探究。

③改變考核方式，將成績測評轉(zhuǎn)化為自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。注重學(xué)習(xí)過程的考核，使考核評價(jià)更趨于合理和公平。

3" “數(shù)字信號處理”課程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

3.1" 重組教學(xué)內(nèi)容，突出綜合運(yùn)用能力培養(yǎng)

為了培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，課程組重新梳理了教學(xué)內(nèi)容。課程內(nèi)容包含基礎(chǔ)知識、頻譜分析和數(shù)字濾波器?；A(chǔ)知識主要是基本概念和基礎(chǔ)理論，由信號時(shí)域分析、信號頻域分析、系統(tǒng)時(shí)域分析和系統(tǒng)頻域分析四部分組成。頻譜分析由頻域采樣理論、離散傅里葉變換和快速傅里葉變換構(gòu)成。數(shù)字濾波器由IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)和數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)組成。

3.2" 混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，多元化考核，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

翻轉(zhuǎn)課堂是混合式教學(xué)的一種有效形態(tài)，所謂“翻轉(zhuǎn)”是指教學(xué)主動權(quán)從教師到學(xué)生的轉(zhuǎn)移，突出強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的“學(xué)”要優(yōu)先于教師的“教”。混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)施方案步驟如下。

3.2.1" 視頻預(yù)習(xí)在“先”

教師通過雨課堂錄制好預(yù)習(xí)材料的視頻，并提前發(fā)給學(xué)生，這些資料包含了知識重點(diǎn)、學(xué)習(xí)目標(biāo)及具有針對性的思考練習(xí)題和視頻學(xué)習(xí)資料，可以幫助學(xué)生獲得必要的前期知識。鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，尋找問題答案。在該過程中，使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的目標(biāo)，構(gòu)建學(xué)習(xí)的知識框架。

3.2.2" 課堂探討激“活”

翻轉(zhuǎn)課堂改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式。在翻轉(zhuǎn)課堂上，教師與學(xué)生發(fā)生了角色變化。學(xué)生成為課堂的主角，主動發(fā)現(xiàn)問題，在課堂上探究解決問題的方法和途徑，教師則是學(xué)生學(xué)習(xí)過程的引導(dǎo)者。具體方式為：在課堂上，教師組織學(xué)生分成小組，由學(xué)生提出問題并給出解答方案，學(xué)生分小組進(jìn)行討論，組與組之間對問題進(jìn)行辯論，小組之間交叉點(diǎn)評。在問題解決后，每組選出一位學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，教師綜合評價(jià)學(xué)生小組任務(wù)完成情況，同時(shí)要適時(shí)拋出新的問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

3.2.3" 鞏固拓展要“深”

為增強(qiáng)學(xué)習(xí)深度，必須抓好課后的鞏固環(huán)節(jié)。教師可以在雨課堂網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)置討論話題，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互動交流。教師將學(xué)生的課堂討論和解決方案整理匯總，分享給每一位學(xué)生，并對表現(xiàn)好的小組進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，實(shí)現(xiàn)正向激勵(lì)。教師在教學(xué)平臺及時(shí)收集學(xué)生反饋意見，找到教學(xué)中應(yīng)改進(jìn)之處，提高后續(xù)教學(xué)質(zhì)量。

3.3" 構(gòu)建教學(xué)、科研、理論、實(shí)踐和協(xié)作的混合式教學(xué)體系，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

為了實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)，總體教學(xué)設(shè)計(jì)思路應(yīng)圍繞立德樹人的根本任務(wù)，建設(shè)教學(xué)資源，從混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的應(yīng)用入手，強(qiáng)化學(xué)生的理論分析能力，提高其實(shí)踐操作能力，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作水平，構(gòu)建混合式教學(xué)模式，優(yōu)化教學(xué)評價(jià)體系，不斷深化和完善教學(xué)、科研、理論、實(shí)踐和協(xié)作為一體的混合式教學(xué)體系。

4" 教學(xué)實(shí)施效果評估

課程目標(biāo)達(dá)成度是教學(xué)效果達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵指標(biāo)。評價(jià)過程中注重對學(xué)生語言表達(dá)、提出問題、分析問題、總結(jié)歸納能力的評價(jià)，注重學(xué)生多元化能力的培養(yǎng)。

根據(jù)數(shù)字信號處理課程的培養(yǎng)方案，課程目標(biāo)分別對應(yīng)支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)。調(diào)查四個(gè)班級，兩個(gè)班級采用翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式，一個(gè)班級采用線下教學(xué)模式，一個(gè)班級采用線上教學(xué)模式，全面考查數(shù)字信號處理課程目標(biāo)達(dá)成情況。課程考核主要由過程性考核和期末考核組成。過程性考核主要包括作業(yè)、期中檢測、實(shí)驗(yàn)；期末考試采取閉卷筆試。

三種教學(xué)模式課程目標(biāo)達(dá)成度評價(jià)結(jié)果如表1所示。

從表1中可知，混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的課程總目標(biāo)達(dá)成度為0.781，線下教學(xué)模式的課程總目標(biāo)達(dá)成度為0.753，線上教學(xué)模式的課程總目標(biāo)達(dá)成度為0.736。說明混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式課程總目標(biāo)達(dá)成情況優(yōu)于線上教學(xué)模式和線下教學(xué)模式。在工程知識、問題分析和運(yùn)用現(xiàn)代工程工具三個(gè)方面的具體課程目標(biāo)達(dá)成度也均優(yōu)于其他兩種教學(xué)模式。

5" 教學(xué)建議和反思

混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)業(yè)表現(xiàn)，更加符合學(xué)生進(jìn)入工作崗位的學(xué)習(xí)模式。

5.1" 培養(yǎng)專業(yè)興趣，拓展學(xué)生思維

隨著科學(xué)的發(fā)展，學(xué)科間的交叉和滲透，任課教師應(yīng)及時(shí)了解學(xué)科的發(fā)展動態(tài)，歸納整理網(wǎng)絡(luò)資源，在授課過程中適時(shí)地將前沿信息傳達(dá)給學(xué)生，培養(yǎng)他們的專業(yè)興趣并拓寬其視野。

5.2" 打造高水平高素質(zhì)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)

混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式不僅可以提高教師的教學(xué)能力，同時(shí)拓展了教師的知識面，逐步打造出一支高水平的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

5.3" 促進(jìn)工程實(shí)踐

混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，為教學(xué)提供了新的模式，既可以提升教師的工程實(shí)踐教育水平，促進(jìn)專業(yè)課教師隊(duì)伍的建設(shè)，又可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新性。

6" 結(jié)語

本文首先分析了數(shù)字信號處理課程教學(xué)現(xiàn)狀，其次進(jìn)行混合式翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)，最后通過達(dá)成度對教學(xué)模式進(jìn)行評價(jià)?；旌鲜椒D(zhuǎn)課堂教學(xué)模式不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)了教學(xué)互動，還促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式和教師教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，達(dá)到“教學(xué)相長”的效果，同時(shí)為工程技術(shù)專業(yè)課程改革提供了新思路。

基金項(xiàng)目：2023年宜賓學(xué)院校級項(xiàng)目“采用三層項(xiàng)目驅(qū)動進(jìn)行多元化教學(xué)方法創(chuàng)新與實(shí)踐——以‘?dāng)?shù)字信號處理’課程為例”（XXGK202306）； 2022年宜賓市科技局項(xiàng)目“電動履帶式多功能田園管理一體機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用示范”（2022NY00902）；2022年宜賓學(xué)院校級項(xiàng)目“‘課程思政’示范課程——畫法幾何與機(jī)械制圖”（XKCSZKC202211）；2021年宜賓學(xué)院本科質(zhì)量工程項(xiàng)目“線上線下混合式一流課程——數(shù)字信號處理”（XYLKC202112）。

參考文獻(xiàn)

[1] 聶學(xué)方，朱路，周天清.新工科背景下“數(shù)字信號處理”教學(xué)模式探索[J].教育教學(xué)論壇，2021（7）：97-100.

[2] 王艷芬，張曉光，張林，等.以“數(shù)字信號處理”課程為例進(jìn)行漸進(jìn)混合式教學(xué)模式的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2020，37（12）：244-249.

[3] 徐以濤，江漢，童曉兵，等.聚焦“四力”培養(yǎng)的“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2021，43（6）：42-46.

[4] 鐘黎萍，丑永新，劉繼承.基于工程教育認(rèn)證的課程教學(xué)大綱的設(shè)計(jì)與實(shí)施——以“數(shù)字信號處理”課程為例[J].教育觀察，2018，7（15）：104-109.

[5] 孟凡奇，王文匯，王敬東.大數(shù)據(jù)背景下計(jì)算機(jī)類專業(yè)混合式教學(xué)模式的研究[J].工業(yè)和信息化教育，2022（7）：12-16.

[6] 李海洋，曹鳳才，程怡安，等.聚焦解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的《MATLAB在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用》教學(xué)探索[J].高教學(xué)刊，2021，7（12）：75-80.

[7] 曹玉東，王冬霞，周城旭，等.基于工程教育認(rèn)證和OBE理念的教學(xué)大綱設(shè)計(jì)——以數(shù)字信號處理課程為例[J].大學(xué)教育，2021（3）：88-90.