基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”理念下的信號處理課程群的教學(xué)改革

談玲瓏，陳業(yè)慧，汪 青，孫雁南

（安徽新華學(xué)院 電子通信工程學(xué)院，安徽 合肥 230088）

基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”理念下的信號處理課程群的教學(xué)改革

談玲瓏，陳業(yè)慧，汪 青，孫雁南

（安徽新華學(xué)院 電子通信工程學(xué)院，安徽 合肥 230088）

電信類專業(yè)中信號處理課程群由信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、DSP技術(shù)、數(shù)字圖像處理等課程組成，傳統(tǒng)的“以教為主”教學(xué)模式很大程度上限制了專業(yè)人才的創(chuàng)新思維發(fā)展和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。通過互聯(lián)網(wǎng)引入現(xiàn)代教育技術(shù)，構(gòu)建“主導(dǎo)-主體”式教學(xué)模式和基于互聯(lián)網(wǎng)的多元互動學(xué)習(xí)環(huán)境，實現(xiàn)學(xué)生個性化自主學(xué)習(xí)模式，提高信號處理課程群的教學(xué)質(zhì)量，促進課程群整體功效發(fā)揮。

互聯(lián)網(wǎng)+;教學(xué)模式;信號處理課程群

“互聯(lián)網(wǎng)+”作為國家重要戰(zhàn)略之一，是經(jīng)濟、社會創(chuàng)新前進的關(guān)鍵驅(qū)動力量。將傳統(tǒng)的教育模式搭建在信息通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺上，創(chuàng)建教育新常態(tài)，為教育發(fā)展帶來新機遇［1-3］。

信號處理作為高等本科院校電信類、通信類專業(yè)的主干學(xué)科之一，其課程群包括信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、DSP技術(shù)及數(shù)字圖像處理等，是培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的核心教學(xué)之一。但該課程群所涉及到的知識面寬且理論性強，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性不高，傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式教學(xué)效率低下，且不能有效的將信息技術(shù)、資源、方法、課程內(nèi)容等有機結(jié)合，課程群之間的知識得不到有效的融會貫通，教學(xué)理念和教學(xué)設(shè)計思路落后，很難達到預(yù)期效果。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中受到實驗教學(xué)設(shè)備的功能和數(shù)量有限，致使教學(xué)效果受到很大影響。此外，在實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)中，在知識的先進性、實驗的仿真性、教學(xué)與訓(xùn)練的針對性等方面與實際就業(yè)環(huán)境有一定區(qū)別，且實踐教學(xué)訓(xùn)練方法較為傳統(tǒng)，限制學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

隨著通信技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”推進教育資源共享，將學(xué)習(xí)由被動接受轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)，將教學(xué)模式由單向灌輸轉(zhuǎn)為雙向互動［4-5］。因此，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”下的一套合理的優(yōu)化的人才培養(yǎng)模式是發(fā)揮課程群整體功效的關(guān)鍵，是培養(yǎng)電信類創(chuàng)新型人才的基石。本文提出在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”理念下，信號處理課程群的理論教學(xué)、實踐教學(xué)、校外實習(xí)的教學(xué)改革（如圖1），充分發(fā)揮現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢，整合優(yōu)化資源，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中的局限問題。

一、理論教學(xué)模式探索

信號處理課程群中包含有專業(yè)基礎(chǔ)課程（《信號與系統(tǒng)》）、專業(yè)核心課程（《數(shù)字信號處理》、《DSP原理與應(yīng)用》）和專業(yè)方向課程（《數(shù)字圖像處理》）等，通過互聯(lián)網(wǎng)引入現(xiàn)代教育技術(shù)，推進“主導(dǎo)-主體”式教學(xué)設(shè)計，優(yōu)化課程群教學(xué)過程，提高教學(xué)效

果［6-7］。

根據(jù)信號處理課程群中課程的理論性強、公式多，學(xué)生學(xué)習(xí)感到枯燥無味等特點，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式構(gòu)架，優(yōu)化整合教學(xué)資源，將學(xué)生學(xué)習(xí)的中心由原來的學(xué)會知識轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方法和能力上來，由“授之以魚” 到“授之以漁”，有利于學(xué)生創(chuàng)新精神和動手能力的提高。在教學(xué)過程中教師作為主導(dǎo)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、參與協(xié)作、解決問題和總結(jié)分析，形成以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)結(jié)構(gòu)。嘗試探索多種形式的教學(xué)模式：

（一）“任務(wù)驅(qū)動式”教學(xué)和“案例式”教學(xué)為主導(dǎo)的教學(xué)模式

基于“云技術(shù)”和“云平臺”為師生搭建“任務(wù)驅(qū)動式”教學(xué)平臺，通過海量的視頻公開課、MOOC等優(yōu)質(zhì)教學(xué)共享資源學(xué)習(xí)，以教師為主導(dǎo)，通過一個簡單的案例任務(wù)完成，實現(xiàn)“從做中學(xué)”，以任務(wù)驅(qū)動多個知識點的學(xué)習(xí)，教學(xué)模式如圖2示。以課程群中《數(shù)字圖像處理》課程為例，講授這門課程內(nèi)容大多按照教材編寫的順序講授，順序講授的優(yōu)點在于學(xué)生學(xué)習(xí)循序漸進，由淺到深，缺點是順序講授導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)起來感到枯燥乏味、學(xué)習(xí)及探索知識的興趣不高。為讓學(xué)生快速入門，回避繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，采取“案例式”教學(xué)，以一個案例為中心，發(fā)散式講解多個知識點（如圖3），形成知識的立體性和跳躍性，借助互聯(lián)網(wǎng)資源由學(xué)生自主設(shè)計解決方案以培養(yǎng)學(xué)生的探索、創(chuàng)新能力。

（二）利用數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，構(gòu)建“情境-探索式”教學(xué)模式

針對信號處理課程群中理論教學(xué)基本都是講授型教學(xué)方式，利用數(shù)字化共享資源，依托“大數(shù)據(jù)”和“云技術(shù)”創(chuàng)造合適的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生觀察并提問，發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)特征和規(guī)律，借助網(wǎng)絡(luò)測評工具進行學(xué)習(xí)效果評價，教學(xué)模式如圖4所示。以《信號與系統(tǒng)》課程中信號的頻譜分析這一知識點為例，構(gòu)建場景借助互聯(lián)網(wǎng)中用來測試近視的愛因斯坦圖片，放大圖片時看到是愛因斯坦，縮小圖片時看到的瑪麗蓮夢露，引導(dǎo)學(xué)生思考問題，找出原因，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)信號頻譜分析的積極性，并通過網(wǎng)絡(luò)測試相關(guān)知識點的掌握程度，反饋學(xué)習(xí)效果，教學(xué)過程如圖5所示。

圖1 “互聯(lián)網(wǎng)+教育”下的教學(xué)環(huán)節(jié)示意圖

圖2 任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式

圖3 案例式教學(xué)示例

圖4 “情境-探索式”教學(xué)模式

二、基于問題式學(xué)習(xí)的實踐教學(xué)模式

校內(nèi)實踐環(huán)節(jié)是課程理論教學(xué)與校外實訓(xùn)的過渡和橋梁，通過實踐環(huán)節(jié)的鍛煉可在驗證、加強理論知識的同時提高學(xué)生的實際動手能力和合作意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，為后續(xù)的校外實習(xí)做準(zhǔn)備。因此可充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”下的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，運用現(xiàn)代先進的教學(xué)手段，實踐環(huán)節(jié)可結(jié)合仿真及虛擬技術(shù)，基于問題式學(xué)習(xí)，微課，反轉(zhuǎn)課堂，探索式學(xué)習(xí)等教學(xué)方法彌補傳統(tǒng)實踐教學(xué)中存在的因教學(xué)設(shè)備功能、數(shù)量等方面的限制帶來的實踐效果差的缺陷。

基于問題式的實踐教學(xué)方法是將問題作為學(xué)習(xí)的起點，根據(jù)任務(wù)來設(shè)計解決問題的思路、方法并通過實踐的方式對問題進行驗證。整個學(xué)習(xí)過程中以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探索知識的欲望，糾正了以往盲目性、機械性的實踐方式，在鍛煉學(xué)生分析問題解決問題的同時，鼓勵學(xué)習(xí)進行自主創(chuàng)新。將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種問題求解的工具融合到基于問題式的實踐學(xué)習(xí)中，可開拓學(xué)生的思路，更好的完成任務(wù)。

在本方法中，起初，教師起到引導(dǎo)作用，指引學(xué)生查找資料并推動學(xué)生進行學(xué)習(xí)。而學(xué)生則承擔(dān)更多的任務(wù)，他們要利用已知知識和先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取問題來源，分析解決問題的方法，然后去探索信息、發(fā)現(xiàn)資源。在學(xué)生逐漸熟悉解決問題的方法后，教師逐漸隱退，由學(xué)生主導(dǎo)，發(fā)揮自主學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力（如圖6示）。以《信號與系統(tǒng)》實踐教學(xué)中信號的分解與合成為例，在已學(xué)習(xí)的周期信號傅里葉級數(shù)分解方法的基礎(chǔ)上，提出問題——解釋吉伯斯現(xiàn)象的產(chǎn)生。以自由組合的方式2～3人組成一組，通過互聯(lián)網(wǎng)獲取相關(guān)知識，以MATLAB SIMULINK為仿真平臺，設(shè)計一個由基波、三次諧波、五次諧波、七次諧波信號合成的示例（如圖 7）。當(dāng)選取的合成項數(shù)越多，在所合成的波形中出現(xiàn)的峰起越靠近原信號的不連續(xù)點，當(dāng)選取的項數(shù)很大時，該峰起值趨于一個常數(shù)。

圖5 信號的頻譜分析教學(xué)示例

圖6 基于問題式實踐教學(xué)模式

圖7 實踐教學(xué)案例

三、基于績效技術(shù)，優(yōu)化校外實習(xí)環(huán)節(jié)

校外實習(xí)是拉近學(xué)生從學(xué)校到企業(yè)距離有效途徑，各應(yīng)用型高校嘗試探索一條“教學(xué)—實踐—就業(yè)零距離”，“實習(xí)—實訓(xùn)—就業(yè)一體化”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，實現(xiàn)“教學(xué)與實踐零距離，畢業(yè)與上崗零過渡”的新型應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。但是在實際中，學(xué)生從學(xué)校進入企業(yè)，環(huán)境發(fā)生很大的變化，或多或少都會有這樣或那樣的不適應(yīng)，要真正達到校外實習(xí)的目的，需要引進現(xiàn)代教育技術(shù)手段，應(yīng)用績效技術(shù)（績效分析、原因分析、決策干預(yù)、實施變革、結(jié)果評價）來提高人和企業(yè)的工作業(yè)績（如圖8）。站在企業(yè)角度，將實習(xí)學(xué)生看作是真正的企業(yè)員工，在企業(yè)真實的崗位上獨立工作，其崗位績效將直接與企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營效益掛鉤。站在學(xué)生角度，學(xué)生到企業(yè)實習(xí)，能夠站在真實的工作環(huán)境中，全面了解企業(yè)的運營，參與到其生產(chǎn)、管理、服務(wù)等環(huán)境，全面提高自身能力。站在學(xué)校角度，學(xué)生進行校外實習(xí)有助于幫助學(xué)生快速勝任企業(yè)崗位要求，推進學(xué)校與企業(yè)零距離培養(yǎng)模式，構(gòu)建企業(yè)、學(xué)校、學(xué)生的“三贏”局面。

圖8 績效技術(shù)模型

四、結(jié)語

結(jié)合信號處理課程群在理論、實踐、實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的弊端，借助互聯(lián)網(wǎng)，充分利用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)，推進“主導(dǎo)—主體”式理論教學(xué)模式、探索基于問題式實踐教學(xué)模式及基于績效技術(shù)的校外實習(xí)環(huán)節(jié)，更新教學(xué)手段，優(yōu)化信號處理課程群課程內(nèi)容，整合優(yōu)質(zhì)教育資源、突破時空限制，打破教育資源局限性，注重學(xué)生個性化、多樣性學(xué)習(xí)需求，形成教學(xué)目標(biāo)明確、層次與結(jié)構(gòu)合理，教學(xué)重點與特色突出的新的課程體系。

［1］張巖. “互聯(lián)網(wǎng)+教育”理念及模式探析［J］.中國高教研究，2016（2）：70-73.

［2］陳麗，林世員，鄭勤華. “互聯(lián)網(wǎng)+”時代中國遠程教育的機遇和挑戰(zhàn)［J］. 現(xiàn)代遠程教育研究，2016（1）：3-10.

［3］平和光，杜亞麗. “互聯(lián)網(wǎng)+教育”：機遇、挑戰(zhàn)與對策［J］. 現(xiàn)代教育管理，2016（1）：13-18.

［4］南旭光，張培. “互聯(lián)網(wǎng)+”教育：現(xiàn)實爭論與實踐邏輯［J］. 電化教育研究，2016（9）：55-60，75.

［5］張偉遠，段承貴，封晨. 香港大學(xué)“互聯(lián)網(wǎng)+”繼續(xù)教育系統(tǒng)模式的實踐思考［J］. 現(xiàn)代遠程教育研究，2016（1）：11-18，26.

［6］吳南中. “互聯(lián)網(wǎng)+教育”內(nèi)涵解析與推進機制研究［J］. 成人教育，2016（1）：6-11.

［7］詹青龍，楊夢佳. “互聯(lián)網(wǎng)+”視域下的創(chuàng)客教育2.0與智慧學(xué)習(xí)活動研究［J］. 遠程教育雜志，2015（6）：24-31.

On the Teaching Reform of Signal Processing Course under the Background of “Internet Plus Education”

TAN Ling-long， CHEN Ye-hui， WANG Qing，SUN Yan-nan
（Electronic communication engineering college， Anhui Xinhua University，Hefei 230088，Anhui， China）

Signal processing course group is composed of signal and system， digital signal processing， DSP technology， digital image processing for telecom engineering. Traditional teaching pattern centering on teaching largely limits the development of innovation thinking and innovation ability training. Based on the “Internet plus education”，with the introduction of modern education technology， to build “l(fā)eading - main body” teaching model and multiinteractive learning environment both achieves students individual and initiative learning， to improve the teaching quality， and promote overall performance of curriculum group.

Internet plus education； teaching mode； signal processing course

G434

A

1007-5348（2017）05-0090-04

（責(zé)任編輯：李 婉）

2017-03-07

安徽省教育廳教育教學(xué)重點研究項目“‘互聯(lián)網(wǎng)+教育’理念下的信號處理課程群教學(xué)改革研究”（2016jyxm0474）；安徽新華學(xué)院教育教學(xué)重點項目“基于matlab GUI的《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)、實驗一體化平臺的建設(shè)”（2015jy009）

談玲瓏（1985-），女，安徽合肥人，安徽新華學(xué)院電子通信工程學(xué)院講師，碩士；研究方向：信號處理的教學(xué)與實踐。