“一貫通、二轉變、四融合”式教學改革探究與實踐

1數(shù)字信號處理課程教學中存在的問題

數(shù)字信號處理是電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，在課程體系中起著承前啟后的重要作用。隨著新時代高等教育發(fā)展、一流專業(yè)建設和工程教育專業(yè)認證的推進，高級應用型人才的培養(yǎng)目標對課程教學提出新要求。對照“兩性一度”金課建設標準和高校立德樹人培養(yǎng)目標[1]，數(shù)字信號處理課程教學還存在較為突出的問題。

1.1教學內容與工程應用脫節(jié)，不支持培養(yǎng)目標達成

課程知識體系較為龐雜，教學內容往往以基于數(shù)學原理的信號處理理論性和方法性內容為主，多停留在以紙筆為工具的公式推導和計算層面，缺少面向工程應用的知識延伸，沒有反映學科專業(yè)的新進展與新需求。

1.2教學方法成果導向不明確，不支持高階能力培養(yǎng)

教學方法以傳授知識為主，信息技術簡單介入教學，多屬于淺層認知的簡單知識分享；教學活動形式單一，能力與素質目標模糊，學生以“聽、看”式被動學習為主，學好課程的途徑是悶頭苦學和刷題；對學生自主學習、探究學習的引導不足，限制了學生的高階認知思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)[2]。

1.3課程思政內容不夠豐富，方法比較單一

沒有充分認識數(shù)字信號處理課程與哲學、社會學等的內在聯(lián)系，沒有深入挖掘與社會主義建設、民族復興等方面的內在聯(lián)系[3]。課程思政方法不夠靈活，教學中多采用傳統(tǒng)的講授式或案例式教學方法，不能幫助學生有效地理解課程思政和知識點之間的內在邏輯關系，也就難以達到課程思政的預期效果。

1.4過程性評價不完善，促進學生學習的作用不明顯

學業(yè)評判的標準是基于會做題，重知識、輕能力，重結果、輕過程；形成性評價沒有完整覆蓋學習過程，不能科學、準確地評判學生能力與素質的增值，未充分發(fā)揮促進學生學習的作用，也未能及時形成有數(shù)據(jù)支持的診斷以持續(xù)改進。

2教學改革思路

針對教學中存在的問題，通過不斷改革探索和實踐，提出“一貫通、二轉變、四融合”式教學創(chuàng)新模式，如圖1所示。以促進學生成長為出發(fā)點、以學習產出為導向，結合未來學生從事本專業(yè)相關工作和發(fā)展所需知識、能力和素質的要求，重構教學內容、改進教學方法、整合信息技術、優(yōu)化教學評價，四個要素深度融合與協(xié)同發(fā)展，即“四融合”；貫通線上與線下學習界限，取長補短，以線下學習為主的PBL、探究式教學作為引領，以線上線下陳述性知識學習為基礎，引導學生由被動學習轉為主動學習；面向高階思維與能力培養(yǎng)，引導學生實現(xiàn)布魯姆教育目標分類理論中以記憶、理解、應用為主的初級認知轉為分析、評價、創(chuàng)造為主的高級認知[4]，從而強化知識內化，塑造線上線下、時空多維，集知識、能力和素質一體培養(yǎng)的創(chuàng)新式教學。

圖1 “一貫通、二轉變、四融合”式教學模式

圖2教學內容重構

3教學改革實踐

3.1重構教學內容

如圖2所示，根據(jù)英文改編版教材《數(shù)字信號處理一—基于計算機的方法》，將課程教學內容劃分為10個核心知識單元，對應支撐滿足教學目標要求所需的四個知識領域，重構內容體系。以數(shù)字信號處理系統(tǒng)構成為線索，連接離散時間信號與系統(tǒng)，以多維度問題分析遞推變換域分析，以工程需求分析重塑濾波器設計與算法實現(xiàn)。注重理論與實踐相結合，構建以語音、圖像應用等為場景，以諧波分析等典型工程問題或5G通信等新技術為背景的PBL（Project-basedLearning，基于項目的學習）、探究式教學，理順知識架構邏輯，引導學生明確學習目標。

以單元知識為核心開發(fā)和完善各類教學資源，在優(yōu)慕課教學平臺上線。以線下學習任務為綱，引導學生按照教學進度和要求展開學習。學生在線上學習微課視頻等各教學重難點相關的陳述性知識和濾波器設計、算法實現(xiàn)中重要的程序性知識，線下進行知識歸納、綜合、遷移等，從而提高整體教學效能。

在梳理數(shù)字信號處理課程教學內容的過程中，從課程思政的實際需求出發(fā)，加強思政元素的有機融入，深入挖掘對應章節(jié)、知識點的思政元素，以知識的發(fā)展與歷史背景、學科前沿與新需求等為切入點強化課程思政建設，如5G通信系統(tǒng)、風電系統(tǒng)諧波分析等應用案例，培養(yǎng)學生的家國情懷、民族精神、時代精神，引導他們樹立正確的價值觀；挖掘教學內容中蘊含的哲學元素與科學的方法論，如信號的時域、頻域分析，引導學生學會多角度分析問題；通過介紹名人成長經(jīng)歷，如傅里葉對科學堅持不懈的求真等，培養(yǎng)學生求真務實、踏實進取、鉆研勤奮、毅力等個人品質[5]；將思政元素有機融入專業(yè)課程知識體系教學中，引導學生夯實理論基礎，形成嚴謹求實的作風、科學的思維方式，主動培養(yǎng)工程意識和團隊精神，逐步養(yǎng)成積極的主動學習習慣，有力支撐工程知識、問題分析、研究和終身學習等畢業(yè)要求。

3.2改革教學方法

在教學過程中，根據(jù)知識維度不同等級的教學內容、教學目標等靈活運用各類教學方法，開展線上線下教學活動，促進“二轉變”，達成最優(yōu)教學效果。實施包含單元作業(yè)、小項目作業(yè)、研究型作業(yè)的三級任務式教學，與各教學方法協(xié)同，面向全體學生的同時能提供個性化學習指導。其中，單元作業(yè)包括理論和計算機應用任務，所有學生獨立完成、單獨提交；小項目作業(yè)以實驗項目報告形式布置，可小組學習，但須單獨提交；研究型作業(yè)以工程應用為背景，綜合性強，貫穿多個學習單元，小組完成、小組提交，鼓勵學有余力的學生單獨完成。三級任務從理論與計算、計算機應用向工程需求分析、項目開發(fā)和團隊協(xié)作逐級遞進，引導學生在運用專業(yè)知識解決工程問題的同時，形成嚴謹求實的作風、科學的思維方式和工程團隊意識，構建高階培養(yǎng)，支持達成研究與終身學習的畢業(yè)要求。

針對概念、定理等陳述性知識，采用“線上 + 線下學習一課堂精講一案例解析一邊學邊練”的方式開展教學，以小組形式互相補充（互評）；通過練習與實操、分享等形式，增強學習效果，促進知識內化。針對圓周卷積運算方法等程序性知識，采用“線上 + 線下學習一案例分析一線上/線下討論一分享與總結”的方式展開教學，如表1所示，以小組討論、匯報展示、翻轉課堂等形式，通過知識綜合、對比和遷移提升認識維度的層次。課下任務為單元作業(yè) + 小項目作業(yè)。

對具有一定難度、深度和探究學習空間的教學內容開展PBL教學，以工程應用為導向引導學生學習。如數(shù)字濾波器設計的教學內容具有知識點多、耗時長、步驟多且難記憶、設計思想與工程實際結合緊密等特點，故教學設計采用“PBL ，+ 研究型作業(yè)”教學方式，如表2所示。以布置研究型作業(yè)作為課程導入，要求學生以設計者角度學習、理解設計需求、指標和思路等各知識點；以研究型作業(yè)的任務要求為主線、以作業(yè)成果的產出為導向貫穿整個教學過程，促使學生在學習過程中不斷總結與思考，自主學習、協(xié)作探究，將濾波器設計多而雜的知識點銜接起來，從而促進對整個單元內容的融會、理論知識和實踐能力的統(tǒng)一、創(chuàng)新意識和工程意識的培養(yǎng)；混合式教學模式貫通線上線下，將課堂延伸至隨時隨地，有助于培養(yǎng)學生積極主動的學習意識、誠信的學習態(tài)度、科學的思維方法，從而提升自主思考、主動學習的能力，實現(xiàn)自我發(fā)展與成長[6]

3.3 優(yōu)化教學評價

3.3.1 改革學業(yè)評價

多元化評價學生學業(yè)，加強發(fā)展性評價，將研究型作業(yè)、小組學習、線上學習等體現(xiàn)學生能力成長與高階思維發(fā)展的過程性評價、增值性評價納入評價體系。在小組活動中，組織學生進行基于任務達成的自評、互評，小組的表現(xiàn)評價由教師評價、小組間評價和組內貢獻度評價組成。讓學生在評價中承擔責任，不僅能夠培養(yǎng)學生自我評價的能力，還能促進他們加強對學習目的和目標的思考，同時督促全部小組成員投入小組學習，調動學習積極性。以小組為單位的學習和完成作業(yè)過程也可以鍛煉學生組織、協(xié)作和表達溝通的能力，從而促進自身更好地學習和成長。此外，可以根據(jù)學生線上討論質量設置一定比例的精華帖，給予平時成績加分，引導學生多維度、深度參與教學，促進個人進步的同時增強學習效果的分享。

3.3.2 完善課程評價

除作業(yè)分析外，增加學習數(shù)據(jù)分析、問卷調查和學生訪談。根據(jù)線上教學平臺導出的登錄次數(shù)、時長等原始數(shù)據(jù)，挖掘、計算高階學習數(shù)據(jù)，如參與線上討論活躍度、平均學習視頻時長、平均在線時長等，分析學生的學習行為，并開展針對性學習引導。問卷調查包括課程學前、中期、后期的結課調查，覆蓋完整的教學過程，及時了解教學問題、學生期望和學生對教學的評價，促使教學持續(xù)改進。在此過程中，充分利用信息技術，將問卷星、雨課堂等用于問卷調查、線上學生互評、課堂測試推送等。全方位的教學評價嵌入教學過程，充分發(fā)揮其診斷、鼓勵和促進學習的作用。

表1“翻轉式 + 小項目作業(yè)”圓周卷積教學設計

表2“PBL .⁺ 研究型作業(yè)”數(shù)字濾波器設計教學設計

多元化的教學評價模式可以充分發(fā)揮評價的診斷、鼓勵和促進作用，體現(xiàn)教學評價真正的價值，使教師更全面地了解學生的學習狀況，更有效地引導學生積極參與課程教學全過程。同時，線上學習數(shù)據(jù)可以為開展診斷性分析與預測性分析，進行差異化與個性化的學習指導提供依據(jù)，能夠體現(xiàn)學生在個人和小組學習活動中知識與能力多元化的定量評價。

3.4整合信息技術

在教學過程中，信息技術貫穿課前、課中與課后各環(huán)節(jié)。課前，通過雨課堂推送課程預習課件，幫助學生提前了解學習內容，為課堂學習做好準備；課中，借助PPT進行知識點、重難點系統(tǒng)講解，并利用雨課堂開展課堂測驗，實時檢驗學生的學習效果，促進課堂互動交流；課后，依托優(yōu)慕課平臺提交課后作業(yè)與研究型作業(yè)，便于教師全面掌握學生的學習情況。在教學評價環(huán)節(jié)，采用傳統(tǒng)的課程教學評價方法結合問卷星、雨課堂、優(yōu)慕課等平臺數(shù)據(jù)構建多元化評價體系。信息技術與課程的融合不僅有助于提升學生的學習效率，優(yōu)化教師評價方式，更能在教學過程中著重培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)和自主學習能力。

4教學改革成效

對比之前的紙筆計算，改革后學生的學習更加立體和多維，學習成果形式多樣，質量顯著提高，學習動機和成就感明顯提升。研究型、項目式作業(yè)包括項目需求分析、任務分工、成員貢獻度、開發(fā)過程、完成效果、個人反思、會議記錄等，需要小組成員協(xié)作共同完成，學生的合作能力得到提高；需求分析與質量評價，提升了學生的工程意識；明確分工協(xié)作，以貢獻度形式進行自評和互評，調動了學生的學習潛能，學生的溝通能力和協(xié)作精神明顯提升；完成項目需查閱一定專業(yè)文獻，鍛煉了學生的文獻檢索與閱讀能力；通過反思進一步指引學習，樹立了終身學習的意識；對成果報告進行分析，從任務分解、協(xié)作、成員貢獻度、質量評估、反思等角度評價作業(yè)的完成情況，也能體現(xiàn)創(chuàng)新能力、工程思維、價值和情感等方面的培養(yǎng)效果。

5 結論

“三級任務 + 結構化線上線下貫通式”教學深度融合教學內容、教學方法、信息技術和教學評價四個要素，注重教學體系構建和整體課程設計，強化學生中心、突出產出導向，使學生在用的引導下學、在學的基礎上用；加強思政元素的有機融入，注重價值引領與知識傳授、能力培養(yǎng)相結合?！耙回炌?、二轉變、四融合”和三級任務式教學模式實施于地方高校專業(yè)核心課程，以主動學習和高級認知過程為特征，集知識、能力和素質一體培養(yǎng)，在實踐中取得一定成效，推動專業(yè)核心課程在培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求達成過程中發(fā)揮典型支撐作用。

6參考文獻

[1］教育部關于印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知[A/0L].（2020-06-03）[2024-03-22].http：//www.moe.g0v.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[2]楊長生，梁紅，曾向陽.基于“高階思維”理念的“數(shù)字信號處理”課程設計［J].高等工程教育研究，2020（2）：159-163.

[3]吳艷云，吳霆.“數(shù)字信號處理”課程思政的教學改革與實踐［J].廣東輕工職業(yè)技術學院學報，2023，22（3）：64-67.

[4」斯滕伯格，威廉姆斯．斯滕伯格教育心理學（原書第2版）[M].姚梅林，張厚粲，等譯．北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[5]丑永新，劉繼承，楊海萍，等．“數(shù)字信號處理”課程思政教學案例設計[J].電氣電子教學學報，2023，45（6）：93-97.

[6]汪淑賢，周宏敏．基于“學生中心，能力本位”的混合教學模式探討：以數(shù)字信號處理課程為例［J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2023，6（17）：35-38.