數字信號處理線上線下混合教學模式設計及研究

張競成 黃愛愛 黃然 袁琳 饒歡樂

摘 要

2020年爆發的新冠疫情對全國高校的教學工作產生嚴重沖擊，隨著廣大教師疫情期間對線上教學的熟悉和適應，如何在后疫情時代將線上與線下教學方式融合進行課程教學改革，成為高校教學改革的一個重要發展方向。筆者結合自身在數字信號處理這門工科專業課程上多年的教學經驗，提出數字信號處理線上線下混合教學模式設計思考，具體包括：1）采用OBE理念的線上線下混合式教學;2）明確數字信號處理課程教學目標;3）數字信號處理線上線下混合教學模式設計;4）課程學習資源建設及使用原則;5）課程評估設計。希望通過對于該門課程線上線下混合教學模式的探討為更多大學課程的改革提供思路。

關鍵詞

線上線下;混合式教學;數字信號處理;教學模式改革

中圖分類號： G434 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.16.003

2020年在全球爆發的新冠疫情對高校的教學工作產生嚴重沖擊，在嚴峻的疫情防控形勢和停課不停學的雙重要求下，目前中國的多數高校在3月至4月間將傳統的線下課程教學搬至線上，這一過程在給廣大教師帶來不便的同時，卻使多數教師對原本不太熟悉的線上教學平臺和手段有了更多的理解，并且逐漸認識到線上教學的種種優勢。而這種改變和認識，恰恰是未來高校教學模式優化的契機。在后疫情時代，我們更應該思考如何將線上和線下的教學手段結合，豐富課程教學的形式，提升課程教學的效果，提高人才培養的質量。在這一背景下本文以數字信號處理這門工科專業課程為例，探討其線上線下混合式教學的模式設計，為這一方向的教學改革與實踐提供思路。

1 OBE理念的線上線下混合式教學

線上線下混合式教學是混合式教學（Blending learning）在互聯網時代的一種延伸。其中，線下教學作為傳統的教學方式，需要學生在教室環境里與教師進行面對面的教學。這種面對面的教學方式在信息的表達和傳遞效率，互動交流等方面目前仍然具有網絡形式無法替代的優勢。而線上教學是隨著互聯網技術出現的一種教學方式，在早期以電子教案及教學資料網絡分享為主，近年來隨著網絡帶寬的提升，開始出現直播、錄播以及在線布置作業、答題、測試以及小組討論等功能，大大提高了教學組織的效率。線上線下混合式教學能夠更好地滿足不同層次學生的個性化需求，而這種教學方式與成果導向教育OBE（Outcomes-based Education）理念高度契合[1]。OBE理念以學生的學習效果為中心，強調以學生的預期學習成果為目標進行教學設計，需要滿足學生個性化的學習需求。在這種理念指導下，線上線下混合式教學既不是單純地將教學內容遷移到網上，也不是線上和線下環節的簡單相加，而是強調二者的有機融合，通過在課前、課中、課后的不同階段將以符合學生學習規律及引發興趣的方式合理組織教學內容，充分發揮線上與線下教學模式的優勢，提升教學效果。

2 數字信號處理課程教學目標

數字信號處理作為通訊、電子、自動化、測控等工科專業的一門專業課程，其教學目標一方面是需要培養學生理解數字信號及系統的概念，掌握數字信號時域、頻域分析的基本理論和方法，能夠通過濾波器設計對數字信號進行處理和分析，解決所在專業中相關復雜工程問題。在課程的教學內容中，由于傅里葉變換等頻率分析的思想理論性和數學性較強，理解難度較大，使得傳統教學中教師常花大量時間精力通過公式推導、演算等形式教授課程的主要內容[2]。根據筆者多年在這門課程上的教學實踐，上述做法實際效果并不理想，多數同學仍不清楚如何應用課程中的知識解決實際中的問題。因此，如何結合線上與線下的教學手段，通過應用中的問題激發學生思考，變被動教授為主動學習，是采用混合式教學需要解決的主要問題。

3 數字信號處理線上線下混合教學模式設計

數字信號處理線上線下混合的教學模式設計以BOPPPS模式為基礎，將課程分為：導入（Bridge-in）、目標（Objective）、前測（Pre-test）、參與式學習（Participation）、后測（Post-test）、總結（Summary）等模塊進行設計與組織。課程組織分課前、課中、課后三個環節進行設計[3]。課前環節主要通過線上進行，由教師準備課程內容的背景資料，課程內容概論等文字和視頻在線上發布，供學生了解課程背景、知識結構及主要內容。并且在線上通過布置思考題的方式進行課程導入，引導學生主動查閱相關資料，在課堂中進行討論。課中環節通過線上與線下混合的方式進行，由教師在線下進行課程內容的講授，通過線上方式進行隨堂問答及測驗，并就課前布置的思考題組織討論及小組匯報。課后環節主要通過線上進行，由教師在線上布置作業并進行批閱，同時將對課程重難點內容的講解錄制短視頻在線上發布，以供學生鞏固課程重要知識。此外，在線上對學生進行分組，由各組同學自行對課程不同章節進行復習小結并在課堂上帶領全班同學進行復習，提高學習的主動性。此外，可以將項目制教學融入至課程教學設計中，針對如頻譜分析、濾波器設計等一些課程主要內容，設計如語音、光譜等信號處理與分析任務，將任務及相關數據以課程項目的形式布置給學生，并與課程實驗部分結合，引導學生靈活運用課程知識進行主動探索，在激發學生的學習熱情的同時提高學生解決實際問題的能力。

4 課程學習資源建設及使用原則

數字信號處理線上線下混合的教學的課程學習資源大體包括：電子教案，線上網上公開課，演示性及技術應用教學視頻，教師針對課程重點及難點知識專題錄制的短視頻，實驗數據及算法案例庫，習題庫以及學生完成的課程小結、項目實驗報告等資料。課程資料的使用以學生的接受程度，學習感受和學習效果為原則，在課程持續改進過程中對資料進行更新和篩選，不斷優化課程學習資源的質量。

5 課程評估設計

數字信號處理線上線下混合教學的課程評估包括：課程參與度（10%）、作業及測試（20%）、項目及實驗（10%）、課程匯報（10%）及期末考試（50%）五個方面。課程評價充分利用線上網絡平臺對課程資源瀏覽時長、次數，作業問答和測試等學習過程的數據記錄功能，通過數據統計分析形成對課程學習的客觀評價（表1）。

同時，課程還對學生學習態度、學習興趣、課程目標達成度及學生學習感受進行分析和調查，對各評價指標項和調查問卷進行設計，在翔實數據的支撐下對課程教學效果進行客觀評價[4]。在此基礎上，分析教學過程中存在的問題，并回溯調整各個教學模塊及課程教學資源，形成課程教學的持續改進。

參考文獻

[1]溫曉娟，梁彥清.基于OBE理念的混合式教學模式研究——以《管理學》課程為例[J].高等財經教育研究，2018，021（001）：45-49.

[2]胡學友，王穎，胡云龍."數字信號處理"教學改革與實踐[J].高教論壇，2007（3）： 67-69.

[3]龔玉梅，周瑞麗.基于BOPPPS教學模型的線上線下混合式教學設計研究[J].工業和信息化教育，2019（12）：49-52.

[4]陳翔，韓響玲，王洋，等.課程教學質量評價體系重構與“金課”建設[J].中國大學教學，2019（5）：43-48.