TPACK下的數字信號處理課程信息化改革

韓建峰　宋麗麗　李春明　高志奇　戚偉世

摘 ?要 介紹TPACK的框架結構及模型，針對目前數字信號處理課程存在的知識點繁多、教學方法單一、信息化程度不夠的問題，將課程內容進行單元劃分與學習，提出線上互動方案，采用多種教學方法，引入TPACK理念，把信息技術和教與學進行深度融合。

關鍵詞 TPACK;數字信號處理;信息化教學;微課;網絡教學平臺;翻轉課堂

中圖分類號：G642.3 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）06-0107-03

1 前言

數字信號處理是電子信息類專業的一門重要專業基礎課程，是信號與信息處理系列課程中承前啟后的核心課程，在知識體系中處于重要地位，具有較強的理論性[1]。將TPACK（Technological Pedagogical Content Knowledge）

理念引入課程，把信息技術和教與學進行深度融合，積極探索并實踐數字信號處理課程的信息化教學，對于培養學生的自我學習能力、實踐能力、創新能力并最終達成人才培養目標具有重要意義。

2 TPACK理念及框架結構

TPACK是美國學者科勒（Koehler）和米什拉（Mishra）于2005年在舒爾曼（Shulman）提出的學科教學知識（PCK）的基礎上提出的。實踐表明，對于TPACK的研究有利于提高教師掌握和運用信息技術的能力。TPACK由內容知識（Con-

tent）、教法知識（Pedagogy）和技術知識（Technology）組成，如圖1所示。內容知識即教學的學科知識;教法知識指關于教和學的過程、實踐和方法的深層知識;技術知識指用于教學的信息技術[2]。TPACK理念就是把注意力指向內容、教學法和信息技術的交互，如圖2所示。

面對飛速發展的教育信息化技術和紛至沓來的教育信息化理念、模式，高校教師如何選擇適合的教育信息化發展道路，特別是對于地方高校而言尤為重要。無論如何，“傳道、授業、解惑”是教師的天職，培養合格的學生是教育教學工作的最終落腳點，所以只要恰當地將教學內容、教學方法和教學手段有機結合在一起，能夠促進學生有效學習、全面發展，就是好的教學，這也是TPACK理念的核心思想。簡單地說，TPACK理念就為教學內容選擇適當的教學方法、采用適當的信息技術實施。

TPACK理念下的信息化教學并不是僅僅沿用現有教學方法、單純利用信息技術將現有教學內容呈現，而是整合信息技術改善教學的同時，將教學內容進行調整和重新分配，采用適當的教學方法促進教學，即信息技術與教與學的深度融合。

3 課程建設中存在的主要問題

數字信號處理是內蒙古工業大學首批認定立項建設的雙語教學課程，多年來經過精品課程和校級相關教研項目的建設，具備較好的基礎。但是目前隨著教育信息化的迅速發展和普及，用與時俱進的眼光來衡量，用TPACK理念作為標尺，數字信號處理課程教學現還存在一些問題。

課程知識體系需優化 ?數字信號處理與其先修課信號與系統作為電子、通信專業在信號系統與控制知識領域的核心課程，核心知識點存在部分重疊，如離散時間信號與系統的分析、Z變換等。在這兩門課程的分離教學中，極易出現重疊教學內容占用較多學時的問題。另外，數字信號處理課程的知識點較多，學生極易陷入多個概念的機械記憶中，對于整個課程的知識結構很難形成較為清晰的認識。

課程教學信息化程度不高，教學資源較單一 ?課堂教學中使用的視頻主要來源于教材配套的教輔資源，可用于演示并輔助講授，沒有完整的知識點講授過程，不適合學生自主學習、小組學習;教學課件主要圍繞講授式教學設計，不能完全滿足教學改革的需要;與先進學校相比，采用的信息技術手段單一、與學生的線上互動少;課堂教學主要為講授，學生參與課堂互動較少，態度不主動，不利于調動學生學習積極性，也不利于培養學生的學習能力。

4 TPACK理念下的數字信號處理課程教學信息化改革

教學內容的重構 ?通過不斷地探索和教學實踐，對信號與系統、數字信號處理兩課的教學內容和課程體系進行優化和改革，前者重點分析信號與線性時不變系統的基本概念和理論，而后者則側重離散時間信號的處理方法和系統結構[4]，在保持各自教學的完整性基礎上，更好地銜接兩門課程，提升整體教學質量。

針對數字信號處理課程知識點繁多，在教學內容組織上進行單元劃分學習，以數字信號處理系統的組成為主線，注重前后知識點的聯系，在課堂教學中時常將各組成部分與系統對照，明確相關理論和方法的目的及用途。課程選用教材為Sanjit K. Mitra編著的Digital Signal Processing： A Computer-Based Approach（Fourth Edition），按照學科內容知識與教學融合的設計思路，將主要教學內容分為10個單元[3]，如表1所示。

深化課堂教學的信息化建設

1）開拓線上教學平臺。設計和完善課程知識體系，將各知識單元的難點和重點制作成微課/微視頻，發布在學校所提供的網絡教學平臺上，共計20余個微視頻已經上線。學生可以根據自己的學習情況自主安排，隨時進行預習或復習。另外，使用網絡教學平臺多種功能，實現作業提交、答疑討論、各類學習資源發布、課程通知等，如圖3所示。建設包括移動端在內的一站式線上課程教學訪問模式，可以隨時隨地開展學習指導、學生互助學習等。

2）改進教學方法。開展以PBL（Problem-based Lear-ning or Project-based Learning）為核心的探究式教學[5]、以學生為中心的同伴教學（Peer Instruction），以及翻轉式課堂教學，以課程中重要原理為對象，設計具有一定工程應用背景的小項目或小課題;針對課程中的基本概念設計測試題，借助網絡學習平臺組織課堂教學，將傳統的單一講授模式變成基于問題的互動式小組學習，引導學生自主學習、協作探究。對于具有一定理論深度、較難理解和準確掌握的知識點，開展翻轉課堂教學改革，以學習小組為單位，開展線上學習和線下研討，通過練習、討論、分享等環節，加深學生對于相關知識點的認知，教師加以針對性引導，使學生建立系統的、結構化的知識體系。

實踐證明，基于課程深度信息化的建設，采用科學合理的教學方法，有利于調動學生學習積極性，增強學生學習潛能和信心，降低學生學習焦慮，能夠促進學生自主學習能力和學習興趣的提升。

5 結語

引入TPACK理念，深入改革數字信號處理課程教學，切實提升課程教學的信息化水平，將信息化技術與課程教學內容、教學方法深度融合，對于提高學生學習效率、培養學生批判式思維和創新能力，發揮該專業基礎課程對整體課程體系的輻射和支撐作用，都具有重要意義。

參考文獻

[1]教育部高等學校電子信息科學與工程類專業教學指導分委員會.高等學校電子信息科學與工程類本科指導性專業規范 試行[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]蔡敬新，鄧峰.“技術-教學-學科知識”（TPACK）研究：最新進展與趨向[J].現代遠程教育研究，2015（3）：9-18.

[3]張瑜慧.“信號與系統”與“數字信號處理”課程的整合優化研究[J].中國電力教育，2013（1）：100-101.

[4]Mitra S K. Digital Signal Processing： A Computer-Based Approach[M].4th Edition.北京：電子工業出版社，2012.

[5]趙正據，楊琛，羅菊英.PBL教學法在教學應用中的進展[J].湖北科技學院學報，2013（12）：200-202.