基于雨課堂的“信號與系統”智慧課堂教學設計

周 芳 方 成 殷世民 李 華

（桂林電子科技大學生命與環境科學學院 廣西·桂林 541004）

高校的中心工作是人才培養，肩負著為國家、為社會和為行業培養有理想、有擔當的高級創新型人才，為社會主義現代化強國的建設提供強有力的人才支撐。課堂教學作為知識和技能傳授的主陣地，對人才培養的質量起著關鍵性作用。教育部陳寶生部長于2017 年9 月在《人民日報》上發表文章，指出要把教學質量作為高等教育的生命線，加快內涵式發展，切實提升教育質量，實現“四個回歸”。因此，作為一名高校教師，必須思考著如何提高課堂教學的有效性和提升人才培養的質量？隨著新一代信息技術的迅猛發展，大數據、移動物聯網等技術不斷應用于高等教育教學中，為課堂教學的改革提供新的契機和思路。在此背景下，智慧課堂的概念應運而生，成為當前教育技術的研究熱點。[1-4]文獻[1]指出，通過信息技術構建富有智慧的學習環境，有利于教師實施優質的教學活動、學習者獲得美好的學習體驗，從而達到培養智慧型人才的目的。文獻[2]詳細闡述“三步十段”教學流程及其實施關鍵。文獻[3]基于微信平臺構建智慧課堂教學模式，通過大學物理課程教學試點，結果表明學生在學習主動性、知識理解等方面取得良好的效果。2016 年4 月，清華大學和學堂在線共同推出智慧教學工具雨課堂。作為信息技術與教育教學深入融合的產物，雨課堂實現教學全過程的智能化和數據化。文獻[4]中，利用雨課堂開展智能車輛課程課內實驗教學實踐，通過自主學習和團隊協作，學生的創新思維和解決問題能力得到提升。

課堂教學被賦予“智慧”元素，朝著信息化、智能化方向發展，表現在：課前的預習、課堂的教學互動、課后的個性化輔導及其教學全過程的數據支撐和評價反饋等方面。本文分析“信號與系統”傳統課堂教學中存在的問題，基于雨課堂智慧教學工具，詳細闡述“信號與系統”智慧課堂教學設計，希望為其它課程的改革和實施提供具體的借鑒。

1 傳統課堂教學的不足

“信號與系統”是面向大二本科生開設的一門專業基礎課，通過課程的學習，要求掌握信號和系統的基本理論和分析方法。[5]該課程是后續數字信號處理、圖像處理等專業課程的基礎。本課程的內容包括連續系統和離散系統的時域分析和變換域分析，具有很強的理論性，學生學習起來有一定的難度。“信號與系統”采取傳統的課堂教學方式，教師是知識的傳授者、組織者，控制著整個教學的進程，在教學中占主導地位；學生是知識傳授的對象，是被動的接受者。以往的教學實踐表明，傳統教學方式教學效果不夠理想，不利于學生學習能力、創新思維和團隊意識培養。具體原因主要包括以下幾個方面：

（1）沒有體現“以學生為中心”。教師在教學中占主導地位，控制著整個教學進程。學生處于被動聽課，不利于知識的深入理解與構建，學生的學習效果留存率低，學生自主學習和合作探究能力得不到鍛煉。

（2）沒有體現“個性化學習”。學生的學習基礎和能力是存在差異的，如果采取“一個版本”教學，無法做到因材施教，不利于學生的個性化成長。

（3）教學決策不夠精準。教師主要憑借教學經驗或者作業反饋，判斷學生對知識的掌握情況，往往存在偏差，不夠準確。

2 智慧課堂教學及特征

智慧課堂有兩種定義：[2]一種是基于信息化的視角，隨著信息技術與教育教學的深度融合，傳統課堂向信息化、智能化課堂發展；另一種是基于教育教學的視角，以“知識傳授”為特征的傳統課堂向以“綜合能力培養”為核心的智慧課堂發展。這兩種定義相互關聯，依托大數據、物聯網等新興技術，構建充滿智慧的教學環境，實施富有智慧的教學活動，最終實現學生的智慧發展。相比于傳統課堂，智慧課堂教學具有以下主要特征：

（1）教學決策精準化。利用信息化手段，收集并分析課前、課中和課后全過程的教學數據，用數據說話，精準地掌握教學情況，為調整教學策略提供客觀依據。

（2）教學互動全程化。基于智慧教學技術，打破時空限制，實現課內外的師生、生生之間的即時交流和互動。特別是采取小組協商討論、合作探究的學習方式，充分調動學生的課堂參與度，真正體現以學生為中心。

（3）教學實施定制化。通過對學生的學習時長、作業完成率和答題正確率等學習過程數據進行全面分析，準確評估學生的個性化學習能力，從而制定“一對一”的教學方案和輔導策略。

3 “信號與系統”智慧課堂教學設計

3.1 智慧教學平臺

“信號與系統”智慧教學平臺選為簡單易用、操作便捷的雨課堂。雨課堂以插件形式嵌入Powerpoint 中，不額外增加操作負擔。基于微信平臺，實現班級的管理、課件的上傳、班級討論等功能。雨課堂通過手機終端實現師生互聯互通，賦予全新的教學體驗，包括課前、課中和課后各個環節。雨課堂為教學全周期提供數據分析功能，為實現智慧教學提供強大的數據支撐。

3.2 智慧教學流程

“信號與系統”智慧課堂的“三段十步”教學流程，[2]包括課前、課中、課后三個階段以及學情分析、預習設計、預習反饋、情景創設、探究學習、課堂測試、總結提升、課后作業、作業輔導和反思評價十個步驟。該教學流程分別從教師“教”和學生“學”兩個方面描述教學活動以及它們之間的互動關系。本小節分課前、課中、課后三個階段具體闡述“信號與系統”智慧課堂教學設計。

圖1 “第3.4 節卷積和”預習設計

3.2.1 課前預習設計

在傳統的課堂教學中，課前階段的教學任務包括教師備課和學生預習。由于缺少對學生課前預習的分析，導致教師備課時無法做到有的放矢，合理安排。學生預習目標不明確，缺乏導學環節。師生、生生之間的課前活動相對獨立，缺少交流討論的平臺。基于雨課堂智慧教學平臺，有望改變這一現象，達到以學定教，從憑借經驗的教學轉變為基于數據的教學。首先，教師通過雨課堂推送學情分析調查表，掌握學生儲備的前修知識，便于教師預設本次課的教學目標。其次，教師通過雨課堂推送課前預習資料，包括慕課、教學PPT和設置的測試題，學生完成教師指定的學習任務，學習目標明確，通過雨課堂反饋學習過程中遇到的問題并進行相關的討論。通過課前預習，培養學生自主學習和解決問題的能力。考慮到大學二年級學生學習任務重，為保證預習質量，預習時間控制在15 分鐘完成。預習內容根據需要靈活選取，可為相對簡單的2-3 頁教學課件以及對應的慕課，原則上這部分內容課堂不再講解。由于學生的數學知識相對薄弱、計算能力相對差，在課堂上需要花時間回顧之前學過的數學知識，因此將數學補充知識和計算訓練作為課前預習內容，為課堂講授作前期鋪墊。最后，教師分析雨課堂收集的預習反饋數據，完成課堂教學設計，明確教學目標、重難點和教學方法，有序地規劃課堂教學活動。以“3.4節 卷積和”為例，雨課堂推送的預習作業如圖2 所示，預習內容為PPT 課件第16-18 頁和慕課（v3.17 序列的時域分解），并完成相應的測試題。通過課前預習，要求學生們掌握離散序列分解時選取的基本序列以及線性組合公式。

3.2.2 課堂教學設計

在課中階段，傳統課程教學包括教師講授和學生聽課，課堂互動以教師提問為主。教師是知識的傳授者和控制者，學生處于被動狀態，主動參與性不高。借助于雨課堂提供的投稿、分組等功能，有利于打破這一局面，從“以教為中心”轉變為“以學為中心”，從“知識學習”轉變為“能力培養”。教師充當主持人的角色，學生是學習的主體。教師應該營造師生平等和諧、學生間團結協作的課堂氣氛，合理引導學生通過自主學習、協作學習等方式完成知識探究，從而培養學生自主學習，團隊協作和語言表達等綜合能力。以“第3.4 節卷積和”為例，詳細闡述一系列的課堂教學活動，包括知識點導入、協作探究、成果展示、課堂測試和教師總結等環節，詳見表1。

表1 “第3.4 節卷積和”課堂教學安排

3.2.3 課后作業及個性化輔導

在課后階段，傳統課堂教學是學生完成教師布置的課后作業，教師通過批改作業反饋教學效果。作業布置針對所有同學是統一的，作業批改費時，作業反饋和講評是滯后的。基于信息化技術，雨課堂在作業分層推送、及時批改、個性化輔導以及教學反饋等方面具有明顯的優越性。首先，針對不同層次學生的學習需求，教師通過雨課堂方便地推送分層作業，設置必做題和擴展題。擴展題面向學習能力強的同學，加深學生的知識深度和拓展學生的知識廣度。其次，學生根據自己的進度安排及時提交作業。雨課堂及時自動批改客觀題并提供答題解析。學生通過平臺查看作業批改情況，并與教師、同學在線討論交流。另外，雨課堂提供詳細的答題數據分析，包括答題完成率、答題正確率以及分數分布情況，教師據此有效地評估學生知識點掌握情況，指導下次備課，以利于及時改進和實施有針對性的教學。

4 結語

作為新一代信息技術和高等教育融合的產物，智慧課堂教學代表著未來高等教育的趨勢，有望改變傳統課堂教學在教學精準化、教學互動和個性化輔導等方面存在的問題。作為高校教師，應該適應時代的發展，主動接納新技術。然而，我們應清醒認識到，教育只有技術不可行，不要讓新技術主導教學設計。教師應該以教學設計為根本，從學習者視角出發，通過教育技術支持教學過程。只有這樣，教育技術才能更好地服務于教學，為教學提供強有力的技術支撐。