融合信息技術的教學考一體化實驗教學模式探索

顧朝志 李世寶 蔡麗萍 郭曉菲

摘?要：對標“兩性一度”，針對目前信號處理相關課程實驗中存在的問題，提出深度融合信息技術的教學考一體化的實驗教學模式，抓好教學過程中的實驗環節。實驗前、實驗中、實驗后都有相應措施，充分保障實驗環節在教學過程、人才培養中應有的作用，實現學生個性化發展及培養。

關鍵詞：兩性一度;教學考一體化;信息技術

一、緒論

在第十一屆“中國大學教學論壇”上，教育部高等教育司司長表示，課程是人才培養的核心要素，是教育的微觀問題，解決的卻是戰略大問題。吳司長所提出的“金課”標準是“兩性一度”即高階性、創新性、挑戰度[1]。目前國內一流課程都是按照這個最高標準來建設，但大部分都是從課程整體出發。由于實驗教學是高等教育的重要環節，是理論應用于實踐的重要嘗試和探索，也是不斷完善理論、升華理論的重要渠道，在學生能力培養、OBE理念[2-3]的達成方面都起著重要的作用。要打造金課，實驗是其中重要的一環。本文針對本校通信工程專業信號處理方面的實驗，對標“兩性一度”，找出問題與差距，并尋求解決方案，抓好實驗教學效果，提高人才培養質量。

二、實驗目前存在的問題

目前信號處理相關課程實驗環節中存在的問題主要體現在以下幾點：

（一）實驗的高階性不夠

在對知識、能力、素質有機融合、培養解決復雜問題的綜合能力和高級思維的高階性要求下，目前實驗環節教、學、考相互脫節，導致學生知識、能力、素質沒有有機融合，學生的綜合能力和高級思維不夠。

（二）實驗的創新性不足

在對內容有前沿性和時代性、教學形式先進性和互動性、學習結果具有探究性個性化要求下，目前實驗內容相對固定，反映時代性和前沿性的素材比例不大，實驗教學局限在實驗學時內。教學形式單一，以傳統教學模式為主，課前預習缺乏針對性與互動性。以往的做法一般都是實驗前老師布置預習任務，學生根據自己的學習情況寫預習報告。學生的學習預習積極性不高，有的應付了事，預習效果不好。從教師角度看，無法及時掌握學生的預習理解掌握情況。很少有學生在預習期間跟老師溝通答疑，大多數都把問題留到實驗課堂。所有學生實驗內容相同，由于學生的掌握情況參差不齊，掌握比較好的學生會提前完成實驗任務，其他時間沒事可干，浪費時間，不能充分挖掘學生潛力，實現個性化發展。

（三）實驗難度上挑戰度欠缺

由于受課時、教學內容等限制，導致在實驗內容的選擇上大部分是常規實驗，難度不夠，挑戰度不足。

（四）沒有形成全程跟蹤、過程化評價的考核方式

傳統看預習報告、實驗報告給學生打分，沒有形成過程性評價，往往不能公平公正的反映學生對實驗的真實掌握情況，不能反映學生整個實驗過程的進展及投入情況，學生之間存在預習報告、實驗報告抄襲、實驗過程應付了事現象。

三、改革思路

鑒于目前實驗教學環節存在的問題，融合“兩性一度”要求，構建教學考一體化的實驗教學模式，將考融入到教與學的過程中。教學考層層反饋與實踐，考試的最終目的不是考試，而是為了更好地促進教與學。在實施過程中，很多工作純靠人力不能很好地完成，需要借助信息化手段，搭建可用的信息化平臺。

（1）開發深度融合信息技術的實驗平臺。一是搭建基于Matlab的仿真實驗平臺。旨在為教師和學生提供一個交互式的實驗平臺，融合“兩性一度”要求需要加入的具有時代性前沿性、具有一定難度的實驗內容。包括基礎知識演示、驗證型實驗、設計型實驗、自主設計型實驗四大模塊。

基礎知識演示模塊：可以包含①序列的產生和序列的傅里葉變換及基本性質;②尺度變換性質;③循環移位性質，如動畫演示DFT的循環移位過程;④循環卷積性質等。驗證型實驗模塊：可包含①系統穩定性分析;②時域抽樣，觀察抽樣信號及其頻譜與原連續信號及其頻譜之間的關系。③頻域抽樣，觀察頻域抽樣信號及其對應的時域波形與原序列的關系。設計型實驗模塊：可以包含IIR濾波器和FIR濾波器設計、用FFT進行頻譜估計、DFT在OFDM系統中的應用、MIMO-OFDM系統仿真實現等實驗。自主設計型實驗模塊：學生可以根據興趣與需求，借助平臺自主編制實驗，進行相關系統設計，提高其解決問題的能力。教師可借助平臺，對學生實驗進行個性化指導與引導。

（2）項目組成員近幾年自主研發了石油大學在線測試考試平臺MOOT&E平臺，可以實現理論教學的在線預習、在線作業、在線答疑、在線單元測試、在線考試、數據處理及資料存檔等工作。擬在現有功能基礎上，完善其統計分析功能、完善資料留存功能、開發實驗在線預習功能和實驗報告輔助功能，并開發與第一步建立的實驗仿真平臺的接口，實時統計交互。實現實驗前預習階段、實驗過程中及實驗后的師生的交流互動、統計分析與資料留存。

四、構建教學考一體化的實驗教學模式

針對目前實驗教學環節中存在的問題，基于所建立的融合信息技術的實驗平臺，整合資源，改進實驗教學方法，構建教學考一體化[4-5]的實驗教學模式。

（一）教師教

教學形式上，借助信息化平臺，采用線上線下混合模式，教學貫穿實驗前、實驗中和實驗后全過程。教師在相應理論教學完成之后，通過系統發布實驗內容及要求，包括預習任務、實驗任務及實驗后的總結分析任務。教師可實時查看學生的預習時長、預習進展、回答學生在預習過程中提出的問題。實驗過程中可查看學生實驗進展、實驗結果優劣、實驗結果分析及回答解決實驗過程中學生遇到的問題。對實驗遭遇難題有困難的同學及時給予幫助、對實驗中開小差毫無進展渾水摸魚的學生給予督促、對實驗進展順利、提前完成實驗任務的同學，給予進一步引導，解決更深更高層次的問題。對于那些在預習階段就已經完成實驗任務的同學，提前設定任務，引導其完成更高層次的綜合型設計型實驗。實驗結束后，依然可以通過系統回答學生的問題，查看學生實驗報告，結合學生實驗過程看其給出的實驗結果及分析。教學內容上，減少驗證型實驗比重，增加設計型實驗，增加具有時代性前沿性、個性化、并具有一定難度的實驗內容。

（二）學生學

學生在學完相應理論知識、接到實驗任務之后，可利用業余時間隨時隨地進行實驗預習。首先可以通過平臺的基礎知識演示模塊，進行實驗相關基礎知識的復習。可以在線提問預習過程中遇到的問題，包括實驗本身的問題及相關的理論知識的問題。可以嘗試進行簡單實驗任務的仿真實現，學有余力的同學甚至可以在預習階段完成實驗任務，之后便會接到老師為其量身定做的更綜合型的任務。經過預習階段的充分準備，實驗過程中，學生會很快進入角色，目標明確有針對性的解決問題，也會得到老師的及時幫助，大大提高實驗課堂的利用效率，激發學生主動探索的興趣。實驗完成后，直接通過系統提交實驗報告，方便快捷，也便于老師查看結果，可以就實驗結果與老師討論。

（三）考核

借助平臺的統計分析功能，將考核融入到預習階段、實驗階段、實驗后總結階段，教師很容易掌握學生的上機時長、實驗練習數目、預習情況、實驗過程進展情況、實驗結果及分析情況、自主解決問題情況、自主設計實驗情況、實驗報告撰寫情況以及對實驗的進一步思考等，可以避免傳統實驗做法中學生實驗過程不認真、最終抄襲實驗報告的現象。實驗總評成績構成=實驗前*30%+實驗中*50%+實驗后*20%。

經過上述教學考一系列過程，借助信息化手段，實現包含教、學、測評、反饋、改進的閉環持續性改進機制，完善實驗環節，增強教學效果，達到最大化學生能力培養、個性化學生發展的目標。

五、結語

論文對標“兩性一度”，將教學考一體化思想引入實驗教學，實現師生在實驗前、實驗中、實驗后的全過程互動與溝通，教學考相互滲透，層層反饋改進。通過與信息技術融合，學生可以不受時間空間限制，進行實驗預習、基礎知識復習、驗證性實驗、設計性實驗，可以實現跟老師的實時交流溝通。教師可以實時掌握學生實驗預習情況、實驗過程進展情況，為學生量身定做實驗內容，實現學生個性化發展及培養。同時實現對實驗教學環節的過程化考核評價機制，公平公正的對學生的實驗情況做出評價。以此激發學生主動探索的興趣，由被動學習變主動學習，提高學生能力。

參考文獻：

[1]吳巖.建設中國“金課”[J].中國大學教學，2018（12）：4-9.

[2]陳曉倩，戴光麟.論高校大學生綜合素質評價體系的構建——從OBE工程教育模式的視角[J].浙江工業大學學報，2015，14（4）：464-467.

[3]李志義，朱泓，劉志軍，夏遠景.用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：25-34，70.

[4]曲雙紅，孟令顯.借助雨課堂，創新構建“教、學、考、評”閉環教學模式[J].教育現代化，2019（85）：268-271，278.

[5]魯明.基于MOOC理念的教學考一體化實證研究[J].河南廣播電視大學學報，2016，29（1）：9-12.

基金項目：1.中國石油大學（華東）實踐教學改革項目“深度融合信息技術的教學考一體化實驗教學模式探索”（SJ-202023）;2.山東省研究生導師指導能力提升項目“基于互聯網+的IT類專業學位研究生專業學位研究生工程實踐能力培養模式研究”（SDYY18025）;3.中國石油大學（華東）教學研究與改革項目“面向工程教育專業認證的IT類專業實驗實踐教學模式研究”（JY-A201816）;4.中國石油大學（華東）研究生課程案例庫建設項目“互聯網+背景下無線通信原理課程案例庫建設”（YAL2019013）

作者簡介：顧朝志（1976—?），女，漢族，山東即墨人，碩士，中國石油大學（華東）講師，研究方向為信號與信息處理。