基于微信公眾平臺(tái)的"信號(hào)與系統(tǒng)"翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究

龍慧 鐘新躍

摘 要：“信號(hào)與系統(tǒng)”課程是電子、信息及通信類專業(yè)必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。針對(duì)傳統(tǒng)的“信號(hào)與系統(tǒng)”的教學(xué)模式存在的問題，提出了借助互聯(lián)網(wǎng)慕課平臺(tái)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，引入翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)金字塔模型的多種教與學(xué)的方法用于“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)。新模式的創(chuàng)建對(duì)于高等院校的教學(xué)改革具有重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：微信公眾平臺(tái);翻轉(zhuǎn)課堂;信號(hào)與系統(tǒng);慕課

Abstract：The "Signal and System" course is an essentially foundationally professional course for the electronics， information and communication majors. Aiming at the problems existing in the traditional "Signal and System" teaching mode， we use the WeChat public platform to create online teaching resources， guide the self-learning after class in the pre-course， introduce the flip teaching mode， and learn the various teachings of the pyramid model. The method of learning is used in the teaching of the "Signal and System" course. The creation of the new model has important reference value and reference significance for the teaching reform of colleges and universities.

Key words：weChat public platform;flipped-class;signal and system;moocs

0 引言

“信號(hào)與系統(tǒng)”是電子、信息及通信類專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，更是各大高校該領(lǐng)域首選的考研課程，其重要性不言而喻。該課程以“高等數(shù)學(xué)”、“復(fù)變函數(shù)”和“電路”為基礎(chǔ)，內(nèi)容涉及眾多的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，內(nèi)容晦澀難懂。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效率，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力成為當(dāng)前該課程急需解決的問題之一。

近年來，慕課[1]、微課和翻轉(zhuǎn)課堂[2]正借助強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)掀起了一場(chǎng)在線教育革命。近日根據(jù)我國(guó)QuestMobile發(fā)布的《移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)2018半年報(bào)告》[3]顯示，在2018上半年，中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶已經(jīng)達(dá)到了驚人的11億人，微信的用戶數(shù)量達(dá)到了9.3億人，因此，借助微信平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)慕課開展在線教育將使教育發(fā)生革命性改變。

2 課程特點(diǎn)及存在問題

2.1 課程特點(diǎn)

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程內(nèi)容包括線性時(shí)不變系統(tǒng)傳輸與處理的基本概念和基本方法，從時(shí)間域到變換域、從連續(xù)到離散的基本原理和基本方法等等。學(xué)習(xí)理解傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換的數(shù)學(xué)概念、物理概念與工程概念，掌握利用信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論與方法來分析和解決實(shí)際問題的方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程已經(jīng)被麻省理工大學(xué)電氣工程與計(jì)算機(jī)學(xué)院列為六大核心主干課程之一。

2.2 存在問題

1） 授課內(nèi)容晦澀難懂

“信號(hào)與系統(tǒng)”是一門以信號(hào)處理的傅立葉變換為核心的理論性很強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的教學(xué)常常以理論的推導(dǎo)為主。授課過程圍繞大量定理進(jìn)行描述，充斥著公式推導(dǎo)和證明。這樣就使得信號(hào)與系統(tǒng)的有關(guān)概念顯得非常抽象，學(xué)生很難把教材中所講的數(shù)學(xué)函數(shù)與實(shí)際的波形聯(lián)系起來，給學(xué)習(xí)帶來了很大的困難，尤其是部分?jǐn)?shù)學(xué)稍弱的同學(xué)就會(huì)因?yàn)楦簧隙艞壵n程，這在很大程度上影響了本課程的教學(xué)效果。

2） 授課模式單一、學(xué)生參與度低

現(xiàn)有的課堂，授課模式單一，多數(shù)情況下是老師借助多媒體PPT進(jìn)行講授，學(xué)生需要緊跟老師的思維，如果當(dāng)中有個(gè)別環(huán)節(jié)遺漏就可能跟不上來，一旦知識(shí)鏈出現(xiàn)斷裂，后續(xù)的課程學(xué)習(xí)起來就很困難，甚至?xí)霈F(xiàn)應(yīng)付式聽課現(xiàn)象。學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，參與度低，造成知識(shí)吸收率低。

3） 作業(yè)模式不豐富

課后作業(yè)的作用是輔助學(xué)生掌握課堂知識(shí)的一種有效手段，還可以在一定的程度上查漏補(bǔ)缺，也是師生之間有效溝通的一座橋梁?，F(xiàn)在大多數(shù)情況下傳統(tǒng)的書面作業(yè)仍然是作業(yè)的最主要形式。這種機(jī)械的作業(yè)模式，讓部分學(xué)生形成了“復(fù)制”作業(yè)的習(xí)慣。不利于不同層次學(xué)生發(fā)展的需求，阻礙了學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)意識(shí)的形成與發(fā)展。

2.3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的教學(xué)模式

謝守清[4]提出通過整合教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)體系，構(gòu)建開放性教學(xué)體系，提倡理論與實(shí)踐并重。李麗芬提出以課程綜合設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)為主線，更注重學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的實(shí)踐培養(yǎng)。滕建輔[5]2009年引入伯克利大學(xué)教材[6]以選修課方式小班授課，以課程設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，推進(jìn)小組合作。索麗敏[7]提出從工程角度出發(fā)，引入CDIO理念，增加工程模擬類實(shí)踐環(huán)節(jié)，并在考試增加實(shí)踐環(huán)節(jié)。

3 學(xué)習(xí)金字塔和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式

3.1 翻轉(zhuǎn)課堂

近年來，“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)正在興起，它創(chuàng)造了一種混合使用技術(shù)和親自動(dòng)手活動(dòng)的教學(xué)環(huán)境。在翻轉(zhuǎn)課堂中，典型的課題講解時(shí)間由實(shí)驗(yàn)和課內(nèi)討論等活動(dòng)所代替，而課堂講解內(nèi)容則以視頻等其他媒介形式由學(xué)生在課外活動(dòng)時(shí)間內(nèi)完成，其作為一種國(guó)際化創(chuàng)新型教學(xué)模式，有著傳統(tǒng)教學(xué)所無法比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

3.2 學(xué)習(xí)金字塔理論

美國(guó)緬因州國(guó)家訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)金字塔理論是主要研究被動(dòng)學(xué)習(xí)與主動(dòng)學(xué)習(xí)之間的學(xué)習(xí)效果差異。該理論表明 “聽課”模式兩周后僅能記住5% ，聲音圖片、示范、小組合作、討論、做中學(xué)則依次提高，而教會(huì)別人更是高達(dá)90%。結(jié)合上述多種教&學(xué)的方法，來建設(shè)教學(xué)資源為教學(xué)提供平臺(tái)支撐，如圖1所示。

借助互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，建立學(xué)習(xí)資源庫(kù)，以精熟學(xué)習(xí)法為主線，以翻轉(zhuǎn)課堂為模式，將金字塔理論主動(dòng)教與學(xué)的模式用于信號(hào)與系統(tǒng)課程學(xué)生學(xué)習(xí)體系和教師導(dǎo)學(xué)體系，幫助學(xué)生們進(jìn)入自主學(xué)習(xí)狀態(tài)。

3.3 微信公眾平臺(tái)

微信公眾平臺(tái)又稱為微信公眾號(hào)，是騰訊公司微信產(chǎn)品的拓展平臺(tái)。通過這個(gè)平臺(tái)，個(gè)人和企業(yè)都可以通過推文，實(shí)現(xiàn)和特定群體的文字、圖片、語音的全方位溝通和互動(dòng)[8]。高校學(xué)生群體是微信公眾平臺(tái)活躍的關(guān)注者，也是微信推文的傳播者，更是推文制作的參與者。目前，很多高校、院系、社團(tuán)等設(shè)立了公眾號(hào)用于推廣信息及提供更多服務(wù)，而在教師也開通了與課程相關(guān)的公眾號(hào)服務(wù)于課堂教學(xué)和知識(shí)前沿的推送。將正在學(xué)習(xí)課程的知識(shí)的同學(xué)納入微信公眾平臺(tái)編輯團(tuán)隊(duì)，參與知識(shí)的整理歸納總結(jié)，以新的模式來強(qiáng)化知識(shí)復(fù)習(xí)，整體提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

4 基于微信公眾號(hào)的信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)實(shí)施

本課程以2015～2016級(jí)四個(gè)班級(jí)共160名學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，構(gòu)建了基于微信公眾號(hào)的信號(hào)與系統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究，取得了良好的教學(xué)效果。同時(shí)，通過訪談等形式調(diào)查了翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)點(diǎn)和過程中應(yīng)注意的問題。

4.1 微信公眾平臺(tái)的資源建設(shè)

慧聲繪設(shè)E課堂微信公眾平臺(tái)由E課堂、E測(cè)試、微課堂、拓展模塊四大板塊組成。學(xué)生以課堂“自己教”為目標(biāo)，調(diào)動(dòng)內(nèi)驅(qū)力完成課前的“學(xué)與練”，微信平臺(tái)提供E課堂模塊提供了課前學(xué)習(xí)的任務(wù)書、學(xué)習(xí)視頻。E測(cè)試提供了課前學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的測(cè)試，微課堂提供了難點(diǎn)問題視頻解析，如表1所示。

4.2 基于微信公眾平臺(tái)的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置

教學(xué)過程包括課前的學(xué)與練、課中學(xué)習(xí)和課后鞏固3個(gè)階段，如圖2所示。

1） 課前，學(xué)生課前進(jìn)入微信公眾號(hào) E課堂板塊明確任務(wù)、學(xué)習(xí)視頻。選擇材料進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生課前還要進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)檢測(cè)以檢查主動(dòng)學(xué)習(xí)的效果。

2） 課中，教與學(xué)課中的教與學(xué)過程包括3個(gè)方面：① 學(xué)生教的過程，以教促學(xué)，② 做中學(xué)，即小組合作完成項(xiàng)目任務(wù)，現(xiàn)在向大家展示部分同學(xué)的成果。 ③ 教師教。教師的實(shí)體課堂依托導(dǎo)航清晰、操作簡(jiǎn)便的多媒體課件，該課件色彩搭配協(xié)調(diào)，視覺效果好、案例豐富。

3） 課后，練如何解決課堂練習(xí)時(shí)間不夠的問題，除了課堂做中學(xué)，還需要進(jìn)行大量的課后練。

微信平臺(tái)的E測(cè)試模塊不僅為學(xué)生提供大量信號(hào)與系統(tǒng)考研題庫(kù)，其測(cè)試模塊，還能為課堂提供高效的隨堂測(cè)試，微課堂更為課堂測(cè)試提供視頻解析。

4.3 教學(xué)組織形式

依托微信公眾平臺(tái)，依據(jù)學(xué)習(xí)金字塔理論設(shè)計(jì)多種教與學(xué)的模式，如表2所示。

1） 學(xué)生教（教會(huì)別人）：課程的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)部分采用小組合作，課堂的前十分鐘用于學(xué)生上臺(tái)教。學(xué)生梳理基本的知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的講解，嘗試用1-2個(gè)小習(xí)題為同學(xué)們加深知識(shí)點(diǎn)的理解。

2） 教師教：教師理清學(xué)生教過程中不清晰的地方，進(jìn)一步深入講解難點(diǎn)知識(shí)，布置相應(yīng)的案例操作部分。

3） 小組討論：采用多媒體動(dòng)畫、學(xué)生討論的形式，讓學(xué)生討論知識(shí)難點(diǎn)，如傅里葉變換的頻譜圖繪制等內(nèi)容。

4） 工程實(shí)踐：布置matlab案例實(shí)踐，以小組合作完成任務(wù)，并要求小組必須錄制視頻上傳慕課平臺(tái)，形成全員互動(dòng)。

5） 信息化手段促學(xué)：充分利用微信平臺(tái)的小測(cè)試，超星慕課的單元測(cè)試用于隨堂測(cè)試、課前、課后測(cè)試。討論功能、問卷調(diào)查、作品show、課堂選人等，實(shí)現(xiàn)多重角色互動(dòng)的信息化教學(xué)。

4.5 教學(xué)效果及需要注意的問題

1） 教學(xué)效果

傳統(tǒng)的課堂教師講授新內(nèi)容，課后以習(xí)題的方式鞏固，而課程本身理論性強(qiáng)使得學(xué)生的參與度較低。有學(xué)生曾經(jīng)夸張的形容：“彎腰撿個(gè)筆，再起來就可能跟不上”。但是在地方普通二本院校中，這樣前后關(guān)聯(lián)大的知識(shí)有一個(gè)地方落下就會(huì)導(dǎo)致后面跟不上。采用翻轉(zhuǎn)課堂以后，課前學(xué)生可以跟著老師給出的主線來預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，再通過習(xí)題來測(cè)試對(duì)知識(shí)的掌握情況。對(duì)于難點(diǎn)問題，課中能有側(cè)重點(diǎn)的聽課并使用研討、討論等多種方式學(xué)習(xí)。

在我校開展翻轉(zhuǎn)教學(xué)以來，對(duì)學(xué)生進(jìn)行兩次考試發(fā)現(xiàn)，期中考試成績(jī)中實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的學(xué)生成績(jī)平均值分別為68.9和63.6， 標(biāo)準(zhǔn)差分別為為14.4和12.3，優(yōu)秀率分別為8%和0%。期末考試成績(jī)中實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的學(xué)習(xí)成績(jī)平均值分別為79.5和72.5，標(biāo)準(zhǔn)差分別為13.2 和13.2，優(yōu)秀率分別為13.5%和2%。這說明實(shí)驗(yàn)班的成績(jī)整體水平較高，其標(biāo)準(zhǔn)差稍大，是因?yàn)閮?yōu)秀的比例較高。相對(duì)而言，對(duì)照班同學(xué)成績(jī)?cè)谡麄€(gè)階段都表現(xiàn)較弱。

2） 優(yōu)勢(shì)及需要注意的問題

經(jīng)調(diào)查，同學(xué)們認(rèn)為課堂上當(dāng)小老師教會(huì)別人對(duì)自己的推動(dòng)促進(jìn)作用更大。在線測(cè)試環(huán)節(jié)的利用率最高，錯(cuò)題視頻解析對(duì)學(xué)生最有價(jià)值。這也說明翻轉(zhuǎn)課堂能讓學(xué)生帶著問題預(yù)習(xí)后在參與課堂學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)效率。課堂上的上臺(tái)教授別人，帶給學(xué)生臺(tái)上一分鐘臺(tái)下十年功的體驗(yàn)，能更專注更深刻的思考學(xué)習(xí)內(nèi)容以便教會(huì)別人。由于需要持續(xù)的幫助教師和同伴，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性得到了很大的提高，學(xué)習(xí)興趣不斷高漲，其語言表達(dá)、問題解決、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也得到了很大的提高。

通過訪談匯總得出以下一些需要注意的問題：在教學(xué)組織的過程中，需要提早發(fā)布教學(xué)資源;運(yùn)行的初期需要多次提醒學(xué)生參與;測(cè)試講解需要及時(shí)反饋;對(duì)于學(xué)生的留言和評(píng)論及時(shí)反饋;教學(xué)視頻的制作不宜過長(zhǎng);在線測(cè)試的成績(jī)、期中在線測(cè)試的成績(jī)因作為期末成績(jī)的一部分能更有效的調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性。

5 總結(jié)

與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，基于微信公眾平臺(tái)的“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)新模式，能充分體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)熱情，教師致力于多方面引導(dǎo)，設(shè)計(jì)合理的環(huán)節(jié)和項(xiàng)目案例，協(xié)助課堂小組分工合作以及管理，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提高自學(xué)能力。這種新的教學(xué)模式必將有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 湯敏.慕課革命—互聯(lián)網(wǎng)如何變革教育[M].北京：中信出版社，2015.

[2] 鐘曉流，宋述強(qiáng)，焦麗珍. 信息化環(huán)境中基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[J]. 開放教育研究，2013，19（1）：58-64.

[3] QuestMobile研究院.中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)2018半年大報(bào)告[EB/OL]. （2018-07-18） http：//www.questmobile.com.cn/research/report-new/33.

[4] 謝守清，許丹奇，袁國(guó)祥. 信號(hào)類課程開放性教學(xué)體系的研究與實(shí)踐[J]. 長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（6）：37-41.

[5] 滕建輔，關(guān)欣，白煜.信號(hào)與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與解釋課程的教學(xué)體會(huì)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010， 32（5）：21-24.

[6] Edward A Lee， Pravin Varaiya. Structure and Interpretation of Signals and Syst ems[ M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.

[7] 索麗敏，富爽，邸國(guó)輝. 基于CDIO模式的研究生信號(hào)處理課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 教育教學(xué)論壇，2015（16）：140-141.

[8] 王雁南，孟鳳林，盧媛，等.基于微信公眾平臺(tái)的大型儀器開放共享探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019（1）：274-277.

（收稿日期：2019.04.06）