結合雨課堂的“信號與系統”線下教學方法研究與思考

王力謙 解培中

[摘 要]信號與系統課程是理工科院校電子電器類專業重要的專業基礎課，然而傳統的線下課堂教學模式已難以滿足教師教學和學生自我學習的需求。隨著信息技術的迅猛發展，雨課堂等新興教學技術的出現使得高校教師在教學手段上有了更多的選擇，也使得學生在學習方式上有了更多的選擇。該文研究了結合雨課堂的信號與系統課程教學實踐過程，分析并思考了利用雨課堂進行輔助教學方法中的優點與出現的問題。

[關鍵詞]信號與系統;雨課堂;教學方法

[中圖分類號] G202[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）44-0-03[收稿日期] 2020-05-08

一、引言

信號與系統課程是理工科院校電子電器類專業重要的專業基礎課，也是電子、通信專業研究生入學考試必考的專業課程。這門課較其他電子類專業課而言，其“數學性”更強一些。課程中涉及了微分方程求解、積分計算、復數計算、三角函數公式、以及一些定理、性質的證明。因此，在課堂教學過程中，學生經常反映課程內容上單調枯燥。此外，這門課通常是為大學二年級學生開設學習的，但是，剛進入大二的學生還沒有將大一所學到的高等數學理論知識應用到專業課程中解決實際問題的意識，導致學生對專業課程中重要的基本原理不夠重視，反而更傾向于數學上的計算與刷題，對于課程內容的脈絡框架不清楚，遇到實際問題不會主動思考舉一反三。而一些數學基礎本就不夠扎實的同學，更是對課程中的微分方程和積分望而生畏，從而產生厭學情緒。因此有必要尋求更好的教學手段和方法，啟發學生積極主動思考問題，提高自主學習能力，幫助學生掌握課程內容的本質原理。

在現今信息技術迅猛發展的時代條件下，傳統的課堂教學模式已經難以滿足教師教學和學生自我學習的需求。而移動互聯網、大數據分析等應用技術的日益普及，以及慕課、微課、雨課堂等新興教學技術和教學模式的紛紛涌現，不僅使高校教師在教學手段和教學模式上有了更多的選擇，也使得學生在學習方式和獲取信息的途徑上有了更多的選擇[1-3]。

雨課堂是清華大學與學堂在線共同推出的一款免費的新型智慧教學工具，能夠方便快捷地應用在教學過程中的每個階段，并記錄下相關的教學信息數據以供教師參考利用。雨課堂的基本功能基于手機微信中的公眾號和小程序以及PowerPoint（PPT）中的插件來實現。教師在制作教學PPT時，利用雨課堂插件可以在PPT中插入練習題，也可以插入課程相關的慕課視頻和網絡視頻來制作課外資料，并上傳同步至雨課堂手機版中推送給學生，學生只要加入了教師在雨課堂小程序中建立好的課程班級中，就可以收到教師推送的PPT課件、資料和公告消息來進行閱讀學習，同時學生也可以將不懂的內容和問題通過雨課堂中提供的留言、彈幕等功能反饋給教師。雨課堂簡單易用，在整個教學過程中起到了促進教師與學生的互動的作用，有助于提高課堂效率，因此受到了廣大師生的歡迎[4，5]。本文討論在信號與系統傳統線下課堂教學模式中引入雨課堂進行輔助教學的方法，對改善教學效果，激發學生學習思考的積極性很有必要。

二、應用雨課堂進行輔助教學

（一）課前預習環節中的應用

在課前預習環節，目標是通過學生自覺主動地預習，使學生做好學習準備，初步認識了解要學習的內容，適應課程進度節奏，培養學生獨立學習和思考問題的能力。在傳統教學模式中，教師在這一教學環節很難對學生進行指導，也無法掌握學生的預習效果，常見的做法僅局限于指定參考資料、給定預習內容和重難點這幾個方面。學生需要在預習時自行搜索尋找指定的資料來學習，而通常大部分學生的文獻搜索能力和抓重點的能力不足，造成學生搜索時偏離重點，預習時目標不明確。另外，學生預習時遇到的難題也無法及時地反饋給教師，長此以往產生學生沒有興趣和動力來預習的問題。

雨課堂可以在課前預習環節提高教師的參與度，幫助學生更有重點有針對性地進行預習。以信號與系統課程中的“信號的描述與分類”這一小節為例，任課教師在制作預習課件時，通過雨課堂插件搜索學堂在線資料庫中的信號與系統慕課，并選取信號表征和信號分類等相關的課程視頻插入到PPT課件中，也可以插入主流視頻網站中相關的課程視頻的網址，或者教師自行制作文字圖像配以語音講解。還可以在課件中針對這一節的重點，比如信號周期性的判斷和計算，插入較簡單的選擇題，來檢驗學生對重難點的預習效果。整個預習過程中，學生在預習課件的引導下進行自主學習。學生預習過后，教師會收到每個學生預習的數據信息，包括觀看課件頁數、觀看時長和預習習題得分情況等，并以此作為課堂授課的參考。

但是在實踐教學中我們也發現了一些不便之處，比如預習課件中插入的視頻都是網絡上現有的其他學校錄制好的視頻，而每個學?；蛘呙總€專業、班級的教學內容進度并不相同，任課教師可能只需要學生觀看與其教學內容相關的一部分視頻即可，因此任課教師需要在預習課件中對學生觀看視頻的過程進行語音或文字上的提醒指導。還有，盡管雨課堂默認設定了學生需在每頁PPT停留3秒，才算預習了該頁，但仍會有部分學生投機取巧，不認真閱讀觀看預習資料和完成預習習題，3秒過后快速翻頁，從而無法達到預期的預習效果。

（二）線下課堂教學環節中的應用

在線下課堂教學環節，目標是通過教師與學生面對面的授課講解，使學生理解掌握課程內容，提高課堂教學效率，培養學生分析問題解決問題的能力。在傳統的教學模式中，教師主要扮演著講解者的角色對學生進行單向的知識灌輸，師生間的互動較少，僅有的互動也大多呈現為教師提問學生回答的形式，久而久之學生便養成了被動接受的習慣，不利于獨立思考與探索創新意識的培養。比如信號與系統中的三大變換，即使學生能正確寫出信號變換的結果，但卻很少有學生主動思考為何要進行變換，變換之間有何共通之處等等本質的原理。

雨課堂可以在線下課堂教學中幫助任課教師更好地開展啟發式的教學。以信號與系統課程中的“系統的描述與分類”這一小節為例，任課教師可以將教學課件通過雨課堂發送至學生手機供學生實時查看，例題講解環節還可將原先判斷系統是否為線性系統的例題改為選擇題，請學生先根據剛講過的知識自行判斷隨堂限時答題，答題時間結束后，學生做出的選擇會以柱狀圖的形式呈現出來，教師可以根據柱狀圖中顯示的正確率統計來及時準確地了解知識的薄弱點，并做進一步的強調和補充，可視化的數據也起到了吸引學生注意力的作用，使學生更容易發現自己出錯之處。從而形成以問題驅動、以數據驅動的教學過程。

然而值得注意的是，信號與系統課程中有許多內容涉及數學公式推導求解，比如通過解微分方程求系統響應、給定時域信號求其三大變換等，需要學生動手一步步推導演算，任課教師也可根據學生的演算步驟了解學生對知識點的掌握程度，但在雨課堂手機版中并不方便學生輸入公式。另外課程內容中還涉及了信號波形、頻譜圖、系統模擬圖等的繪制，需要學生親自動手畫圖才能真正掌握相關內容，雨課堂手機版中也沒有這樣復雜的畫圖功能。即使任課教師將解題步驟或繪圖要點分解、改編成客觀選擇題，比如讓學生判斷哪個選項中的計算結果或者圖形是正確的，也難以起到鍛煉學生親自動手計算和畫圖能力的作用。即使學生通過主觀題作答上傳拍攝結題過程的圖片，可這種方式易受圖片拍攝質量影響，且不方便任課教師隨堂一一查看。因此如何結合雨課堂的優點，針對需要考察綜合應用計算和動手能力的教學內容設計更有效的教學方法，是一個需要進一步研究的問題。

（三）課后復習總結環節中的應用

課后復習總結環節不僅僅是學生對知識的復習，也是任課教師對課堂教學的復盤和總結。這個環節的目標是使學生鞏固所學內容，能夠對知識點融會貫通舉一反三，教師通過學生的反饋總結經驗，查漏補缺。在傳統的教學模式的復習環節中，學生通過回顧在課堂上記的筆記，和向任課教師索取的課件來進行課后復習，教師的參與度較少且往往處于被動地位。

雨課堂能夠方便課件與教學數據保存，幫助教師掌控復習總結環節。雨課堂將課件保留在服務器中，學生可以隨時查看下載，方便復習，也避免了課堂上用手機拍照PPT影響課堂聽講的現象。雨課堂還提高了任課教師在復習環節的參與度，與預習環節類似，任課教師可將復習要點總結制作成復習課件推送給學生，還可以制作試卷供學生課后完成在線測試，教師在線批閱完后可獲得學生測試成績數據，學生可獲得測試結果。除了課后測試的數據外，任課教師還可批量導出教學活動中產生的所有數據，包括學生到課率、隨堂答題得分等進行統計分析，督促課率低的同學按時上課，對隨堂答題得分低的同學進行預警和幫助指導。

在實際教學過程中，我們通過對隨堂答題得分數據、測試習題數據與學生期末考試成績對照發現，大部分學生平時隨堂答題情況與其期末成績情況基本一致，但也有出現少數學生隨堂答題得分較高但期末成績不理想，或者隨堂答題得分較低但期末成績較好的特殊現象。下圖為我們在教學實踐中統計的學生期末考試成績與雨課堂教學數據的一致性比較，教學數據均轉換為百分制，并與期末成績做比值計算，左邊的箱型圖為期末成績與課堂答題成績的比值，可以看到比值的中位數非常接近1，表示期末成績與課堂答題成績總體上一致。而右邊箱型圖表示的期末成績與習題評分的比值中位數則與1有一些偏差，反映了期末成績與習題評分總體上存在不一致，究其原因，任課教師發現也許與學生在課后完成習題時有抄襲等現象有關。因此任課教師在對學生平時分的考量時可較多地參考隨堂答題得分，但對特殊情況也要分析其產生的原因，同時引入其他考察標準。

學生期末考試成績與雨課堂教學數據的一致性比較圖

（四）教學過程其他環節中的應用

在學生考勤方面，雨課堂提供了手機掃碼或文字驗證碼簽到考勤的功能，提高了學生簽到效率，不占用寶貴的課堂時間，也方便任課教師記錄和查看出勤情況。但是難免會有學生自己曠課不到教室，通過已出勤的同學獲得課堂二維碼或驗證碼的方式進行“遠程簽到”，造成雨課堂后臺記錄的簽到數據有“水分”。從圖1中也可看到，中間的箱型圖表示期末成績與簽到次數的比值，此比值中位數與1有較大偏差，反映了期末成績與簽到次數總體上不一致程度較大。所以任課教師在考量學生出勤時，不能完全依賴于雨課堂簽到數據?？紤]到點名也有助于任課教師熟悉認識學生，促進師生間的交流互動，因此除了雨課堂簽到外，傳統的點名方式也應適時應用。

在留言互動方面，盡管雨課堂設計了彈幕、留言等學生問題反饋途徑，但大部分學生比較含蓄內斂，并不愿意主動將自己的想法和問題展示給教師，因此還需要教師主動發現學生潛在的問題并與學生進一步面對面的引導和溝通。

三、結束語

總體來說，在信號與系統課程傳統的教學模式中引入雨課堂進行輔助教學，的確對任課教師的教學工作有著很大的幫助。尤其是其便捷的課件推送、對多方面教學數據的記錄統計等等極大地方便了任課教師對教學過程中各個環節的掌控，而隨堂實時答題功能也有利于任課教師開展啟發式教學，讓學生帶著問題去學習。然而，在實際的教學過程中我們也發現了傳統教學模式與雨課堂結合而產生的一些問題，因此，如何在利用雨課堂輔助教學時更有效地結合課程內容，則需要我們繼續在實踐中探索總結。

參考文獻

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