面向創(chuàng)新實踐的混合式教學法應用

劉曉莉 肖軍華 王碧云

摘 要：混合式教學順應了目前傳統(tǒng)的學習環(huán)境和信息化學習環(huán)境并存的時代。本文針對電氣工程專業(yè)本科學生對通信基礎知識了解有限的情況，結合“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程特點和學科本體分層結構，對混合式教學方法在電氣工程專業(yè)選修課程“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”中的實踐方法進行了詳細分析。實踐效果說明混合式教學方法的有機應用有力提升了學生的專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

關鍵詞：學科本體；交互內(nèi)容；混合式教學；翻轉(zhuǎn)課堂

作者簡介：劉曉莉，博士，武漢大學電氣工程學院副教授。研究方向：信號與信息系統(tǒng)、電力通信等；肖軍華，武漢大學電氣工程學院工程師。研究方向：高等教育管理；王碧云，博士，武漢大學教育科學研究院副教授。研究方向：高等教育學。（湖北 武漢 430072）

基金項目：本文系武漢大學電氣工程學院教學改革建設項目“‘現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理課程教學模式改革”的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）05-0030-03

隨著我國智能電網(wǎng)建設的推進和能源互聯(lián)網(wǎng)研究的發(fā)展，信息與通信技術在電力工業(yè)的“源-網(wǎng)-荷”各部分將發(fā)揮更加重要的作用?！艾F(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程是武漢大學電氣工程專業(yè)本科生的選修課，1.5學分，27學時。該課程不僅理論性較強，而且對學生熟練運用理論知識進行分析、設計和開發(fā)的實踐能力要求也較高。在傳統(tǒng)教學模式下，一方面由于學時限制，該課程的任課教師難以通過短暫的課堂時間與學生進行充分溝通交流來掌握學生的學習進展情況，不能很好地對學生的學習進行跟蹤管理，并及時地提供指導與幫助，導致很多學生學習這門課程后感到內(nèi)容偏難，不會應用。另一方面，當今互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)時代通信和信息技術飛速發(fā)展，新理論和新應用層出不窮，亟須學生建構相關知識的自主學習能力，并加強學生之間的協(xié)作和互動，以拓展思維方式，提升知識運用能力。因此，任課教師需要探索更有效的教學方式來促進學生對本課程內(nèi)容的學習掌握，進一步有機融合信息通信技術與電氣專業(yè)知識，努力培養(yǎng)學生的整體素養(yǎng)、綜合能力和專業(yè)崗位勝任力。

一、基于學科本體分析的教學內(nèi)容整合

“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程的學習不應僅將教學目標定位于如“通信系統(tǒng)一般模型”“香農(nóng)信道容量公式”等知識內(nèi)容的記憶，教師授課的任務也不僅是將教材內(nèi)容簡單映射到學生的大腦當中，授課的結果不能僅僅滿足于學生能對所學知識的復述或重復，而應該以學生為中心，由教師啟發(fā)學生共同主動、積極地完成教學過程，使學生能夠建立新學知識、已學知識、所掌握的知識簇之間的關聯(lián)，做到融會貫通，進一步掌握解決問題的體系及應用方法，并轉(zhuǎn)換為解決問題的能力。

從學科本體分析的角度出發(fā)進行教學內(nèi)容整合，不僅可以充分考慮課程中所有知識點之間的關聯(lián)，而且學生能夠在學習每個知識點的基礎上形成所需技能。針對“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”所屬的信息學科和授課學生所屬的電氣工程專業(yè)，授課教師需要深入、系統(tǒng)、全面地分析和挖掘該課程所要教授的知識，對應這些知識要培養(yǎng)的學生能力，要形成這些能力需要學生掌握的基礎應用方法和決策性方法等。為此，可將“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程學科本體分為概念層、方法層和控制層三個層次，如圖1（P31）所示。其中，概念層集中于描述性的概念知識，主要是構成學科的基本概念、基本規(guī)律的屬性及聯(lián)系的描述性內(nèi)容，包括通信系統(tǒng)模型、性能指標等；方法層包括與解決具體概念知識相對應的規(guī)律與操作規(guī)程，或者解決某些類別問題的方法和步驟，其中既包括方法性的知識，也包括對應的能力，如信號與頻譜分析等；控制層是對多種概念層本體、方法層本體在不同情境和條件下進行組合和應用的知識與能力，包括模擬調(diào)制系統(tǒng)、正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)等內(nèi)容。

依據(jù)圖1的“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程的學科本體分層結構，對不同層次、不同類型的知識點應采用不同的教學方法。

第一，概念性知識是對客觀世界的認識，主要是以文字、符號等方式將事物的屬性、內(nèi)在規(guī)律、事物之間的關系等描述出來的知識，其教學的關鍵是還原知識的本來面目，讓學生通過多種感官獲得知識、體驗知識。除了課堂講解，主要采用以實際生活學習中的常見現(xiàn)象為例的方式，幫助學生理解內(nèi)容，掌握概念。例如，在講授調(diào)制概念時，如果僅說“調(diào)制就是將基帶信號加載到高頻載波上進行傳輸?shù)倪^程”，即使附加圖解，學生也較難理解。但是，如果將調(diào)制過程比作貨物通過車輛運輸過程，貨物好比基帶信號，貨車好比高頻載波，高速公路好比信道，學生不僅馬上理解了概念，而且可以舉一反三，牢固掌握。

第二，方法性知識及操作能力需要提供解決問題的方法，轉(zhuǎn)化需要應用方法的環(huán)境，其教學的關鍵是營造有效的環(huán)境，使學生有機會系統(tǒng)應用方法、解決問題、理解和體驗方法，形成解決問題的能力。例如，授課教師可以安排學生在學習了香農(nóng)信道容量公式后，利用該公式中各物理量之間的關系分析和比較調(diào)頻系統(tǒng)和幅度調(diào)制系統(tǒng)的性能，并說明通信系統(tǒng)有效性和可靠性之間的關系。

第三，控制性知識及駕馭能力包括分解問題、選擇方法、集成結果、調(diào)度過程、獲得新知、抽取信息等方法與能力，關鍵是設計好問題體系，通過問題驅(qū)動學生，訓練學生系統(tǒng)而深入地駕馭、應用知識的能力。例如，在講授數(shù)字載波調(diào)制系統(tǒng)內(nèi)容時，針對專業(yè)特點要求學生完成設計題：針對低壓電力載波通信信道干擾多、信道帶寬有限的情況，設計一種調(diào)制方式，使得在保證一定誤碼率的前提下，獲得較高的信道利用率。

二、混合式教學方法實踐

混合式學習一般是指多種學習方式的混合，特別是指在線學習和面對面的課堂學習的有效組合?？紤]到電氣工程專業(yè)本科生的通信基礎知識有限，為高效利用課上時間，課程組結合“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程特點和圖1所示的該學科本體分層結構，首先對在線學習和面對面的課堂學習的交互內(nèi)容進行設計，以充分體現(xiàn)以學生為中心的教學過程中學生的自主性與創(chuàng)造性，同時發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、掌控的作用，使課程在教學交互中達到最優(yōu)效果。其次，利用在線學習的豐富課程資源、友好交互和課外拓展協(xié)作、交流、討論，通過翻轉(zhuǎn)課堂形式提供給學生有效的個性化支持與快樂的學習體驗。最后，課堂內(nèi)更集中于讓學生探討課前在線學習中遇到的問題，教師提供指導及對重要知識點的講解。

1. 交互內(nèi)容設計。在“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程混合式教學設計中，按照圖1所示的課程本體分層結構，將交互內(nèi)容設計分為經(jīng)驗性、針對性和創(chuàng)新性三個設計層次。概念層內(nèi)容一般根據(jù)經(jīng)驗選擇交互內(nèi)容：授課教師根據(jù)自己一節(jié)課的教學設計和安排，認為哪些環(huán)節(jié)和步驟可以應用就使用。例如，針對香農(nóng)信道容量公式這一重要概念設計了擴頻通信系統(tǒng)、調(diào)頻系統(tǒng)等多個交互內(nèi)容，使學生在理解基本概念的基礎上學習應用香農(nóng)信道容量公式設計通信系統(tǒng)的方法；方法層內(nèi)容一般采用針對性設計，授課教師根據(jù)一節(jié)課的教學設計和安排，分析每一個教與學步驟，準確找出整合點，按照整合點選擇合適的技術支撐方式開展應用；控制層內(nèi)容一般采用創(chuàng)新性設計，在研究一節(jié)課最佳的學習方式與方法、構思理想學習過程的基礎上，找出內(nèi)容整合點，并選擇合適的技術支撐方式和軟件開展應用。例如，將模擬信號數(shù)字化、基帶傳輸系統(tǒng)和正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)三章內(nèi)容整合，要求學生利用所學理論知識和Matlab軟件設計并仿真實現(xiàn)一個語音信號發(fā)收系統(tǒng)。

2. 翻轉(zhuǎn)課堂應用。電氣工程專業(yè)以專業(yè)選修課形式開設“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程，學時少。盡管先修課程有“信號與系統(tǒng)”，但是相比電子與信息專業(yè)的學生，本專業(yè)學生在“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”“隨機信號分析”等方面的相關數(shù)學背景知識有限，在講授和學習“信號與頻譜”章節(jié)中功率譜與自相關函數(shù)的關系、平穩(wěn)隨機過程等內(nèi)容時，學生難以理解和掌握。為此，通過翻轉(zhuǎn)課堂，課前要求學生預習如自相關函數(shù)等指定的參考資料和在網(wǎng)上搜集的素材，并回答要求掌握的相關知識點問題，課上針對學生回答問題的情況給予分析和講解，并提出延伸問題讓學生進一步思考和加深理解，以提高學生應用相關知識分析和解決實際工程問題的能力。此外，現(xiàn)代通信系統(tǒng)某些概念在日常生活中應用廣泛，如自相關函數(shù)概念在4G手機、WiFi路由器中普遍應用。因此，針對類似應用廣泛的知識點設計課后思考和上機練習作業(yè)題幫助學生加深理解。通過課前、課上、課后的認識、理解、鞏固的混合式教學過程，學生不僅全面理解和掌握了相關概念，而且能靈活運用，有效提升了學生的專業(yè)素養(yǎng)和理論聯(lián)系實際的能力。

為進一步幫助學生理解、掌握和鞏固所學知識，針對“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程內(nèi)容較抽象、實踐性強的特點，一方面，課程組利用學生已知的Matlab軟件在課前編寫制作部分微課程，課上通過翻轉(zhuǎn)課堂講解相關內(nèi)容，并鼓勵學生對微課程提出意見和建議、參與微課程的制作。這樣的交互設計不僅對學生理解和掌握課程內(nèi)容大有幫助，而且通過參與多樣的學習方式，提升了學生對Matlab等軟件的熟練運用能力，讓學生在多樣的教學交互中進一步培養(yǎng)和拓展了自己的學習能力和實踐能力。另一方面，在“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程的教學實踐中，課程組建立了QQ互動平臺，學生可以在平臺上下載課件、共享學習心得、課前課后答疑反饋；課堂教學中利用“微助教”完成簽到、課堂問答等。借助這些信息化教學手段，豐富了教學內(nèi)容、活躍了教學過程，使得學生的參與度大大增強，學生普遍反映上課更加有趣和富有吸引力。

3. 教學效果評價。從基于學科本體分析的教學內(nèi)容整合出發(fā)，課程組進一步構建了基于QQ、微信等信息化教學平臺，包括課程內(nèi)容重點與難點講授、課程資源的收集整理、微課程的設計與開發(fā)、學習動機的激發(fā)、課堂討論交流答疑、小組協(xié)作研究課題、學習活動的選擇和設計等。相應地，教學效果評價不僅關注學生的課程學習成績，而且從多方面發(fā)現(xiàn)和發(fā)展學生能力，從多個方面開展評價，將討論與交流、拓展學習、課堂學習測評、基于項目作業(yè)的協(xié)作學習和指導等都記入課程總評成績。在教學實踐中，以總成績滿分100分計，課外作業(yè)、工程設計問題、討論與交流、拓展學習、課堂測評、小測驗以及期末考試分別占比為5分、10分、5分、5分、10分、25分、40分。

通過上述對“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”課程教學內(nèi)容進一步整合和混合式教學方式的有機應用，學生的學習興趣和課堂參與度顯著提高。學生選課人數(shù)、總評成績及教學效果評價得分等均穩(wěn)步提升。

三、結論

針對電氣工程專業(yè)選修課程“現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理”學時少、學生相關背景知識有限的情況，基于學科本體分析對教學內(nèi)容進行了整合優(yōu)化，借助混合式教學方法使線上-線下、課前/課中/課后的教學有機結合。實踐表明：混合式教學方式的應用激發(fā)了學生自主學習該課程及相關知識的興趣，提高了學生多方面的能力，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新實踐、團結協(xié)作的多元復合能力，達到了更好的教學效果。但是，在教學實踐中也發(fā)現(xiàn)了混合式教學中的一些不足，如為了使課堂效果吸引眼球而引入大量網(wǎng)絡語言，導致教授效果偏于形式而忽略了基本概念和內(nèi)容。因此，如何更好地利用混合式教學來改善傳統(tǒng)教學中的一些弊端，還需要不斷實踐和改進。

參考文獻：

[1] 王艷艷，袁榮高，任紅兵，陳娟.五年制高職“藥物制劑技術”課程混合式學習的實證研究[J].江蘇教育研究，2017（18）：26-31.

[2] 賈志宇，陳健.基于虛擬學習環(huán)境的混合式學習設計與實踐研究[J].中國醫(yī)學教育技術，2015，29（3）：257-259.

[3] 張武威，曾天山，黃宇星.微課程與翻轉(zhuǎn)課堂相結合的教學方法創(chuàng)新應用[J].課程·教材·教法，2014，34（7）：10-16.

[4] 鐘紹春，王偉.關于信息技術促進教學方法創(chuàng)新的思考[J]. 中國電化教育，2013（2）：106-110.

[5] 別敦榮.大學教學方法創(chuàng)新與提高高等教育質(zhì)量[J].清華大學教育研究，2009，30（4）：95-101+118.

責任編輯 秦俊嫄