基于“雨課堂”的“信號與系統”翻轉課堂教學改革

[摘 要] 為了提高“信號與系統”課程教與學的效率，開展了基于“雨課堂”智慧教學工具和翻轉課堂相結合的教學改革。通過合理設計和組織課程資源，利用“雨課堂”開展資源推送，引導學生預習/復習;增加隨堂測試環節來提高學生的課堂參與度，幫助學生及時檢查學習效果，鞏固相關知識點;利用“雨課堂”反饋的學生學習數據進一步調整教學環節。本次教學改革在提高課堂參與度、激發學生學習興趣、增強學生理論聯系實際的能力等方面取得了較為滿意的效果，得到了大多數同學的認可。

[關鍵詞] 信號與系統;教學改革;“雨課堂”

[基金項目] 2019年度中國民航大學教育教學改革與研究項目“‘雨課堂技術與輕量級翻轉課堂相結合的‘信號與系統（III）課程改革”

[作者簡介] 賈瓊瓊（1986—），女，陜西高陵人，碩士，中國民航大學電子信息工程與自動化學院通信工程系副教授，主要從事信號處理在衛星導航中的應用研究等。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）08-0043-04? ? [收稿日期] 2020-08-27

一、引言

“信號與系統”是通信工程、電子信息工程和電氣工程及其自動化等專業的一門專業基礎課程。該課程理論性強、概念多且內容抽象、涉及的分析計算較為復雜，加之部分學生數學功底較弱從而導致學習困難。該課程以往的教學主要采用傳統的注入式教學方法，難以激發學生學習熱情、培養學生的學習興趣，因而導致課堂管理難、傳授知識難的問題。學生在學習的過程中多以考試為目的，將較多精力投入到理論推導計算，缺乏對相應物理意義的理解，因此難以達到理論聯系實際的效果。

“雨課堂”是一款先進的智慧教學工具，它將信息技術融入PPT和微信中，支持課前預習材料推送，課堂授課點名、測試、互動，課后作業點評、交流討論以及學生學習數據反饋等幾乎所有教學環節?！坝暾n堂”能夠實現教師與學生之間的即時互動、視頻資源課件和學習任務推送，通過后臺實時記錄收集學生的學習行為，為實現過程評價提供技術保障[1-3]。鑒于目前“信號與系統”課程教學中存在的問題，本學期利用“雨課堂”技術對該課程進行了教學改革，教學中增加了課堂測試環節，提高了學生的課堂參與度;在教學過程中增加了更多實例輔助理論知識的講解，激發了學生的學習興趣，同時也加深了學生對實際工程問題的理解。“雨課堂”不但對學生的學習效果進行了記錄和反饋，而且，為教學環節的調整改進提供了重要指導。

翻轉課堂是指重新調整課堂內外的時間，將學習的主動權從教師轉移給學生，讓學生自主掌握滿足自身需求的學習。在此過程中，教師有更多時間與每個人交流互動。翻轉課堂包括問題引導、觀看視頻和問題解決三個主要環節[4，5]。老師課前需精心準備教學視頻及其他輔助材料，設計好探索性問題推送給學生。學生課下通過這些素材自學。在此過程中可借助網絡查詢、與同學互動等多種方式解決教師提出的相關問題，并將不懂的知識反饋給老師。這就使得課前的教學活動不再是簡單的閱讀課本預習，而是通過教學視頻、問題回答等方式自主學習，即便課前學習存在問題與困難，學生也能夠在課堂中得到教師的指導、同學的幫助。

本學期開展了基于“雨課堂”技術和翻轉課堂相結合的“信號與系統”課程教學改革，在教學改革中充分利用“雨課堂”的多種信息化功能，為翻轉課堂的順利高效開展提供了可靠的技術手段;而翻轉課堂教學模式的開展則調動了同學們的積極性，增加了學生在教學過程中的參與度，最終取得了較為滿意的教學效果。

二、課外環節的設計

“雨課堂”作為先進的智慧教學工具為翻轉課堂的順利開展實施提供了重要保障。本次教學改革充分利用“雨課堂”的預習資料推送模式，課前通過“雨課堂”為學生推送精品資源共享課相關知識點內容供學生課前預習[1]。此外，設計課前導入式的思考題作為課前任務，引導學生帶著問題去預習，并通過對問題的解答來檢測預習效果，提高學生預習效率。比如，對于“信號的頻譜”這個知識點，設置了如下思考題：第一，防空雷達通過發射電磁波，飛機反射該電磁波，雷達接收飛機反射的電磁波，來發現飛機目標的存在并測量其位置、速度等信息，其中速度信息通過飛機運動所產生的多普勒頻率來測量。請問如果我方防空雷達同時接收到多個敵方飛機反射的電磁波信號，如何從收到的信號中快速分析一共有幾架敵機？第二，雷達同上，現在考慮雷達除接收飛機反射的電磁波外，還收到了建筑物反射回的電磁波，而且由于建筑物反射面積大，因此其反射的電磁波會淹沒飛機目標反射的電磁波，請問這個時候如何檢測到飛機目標？第三，美顏相機是現代愛美人士照相的首選，它能將一張有斑點、痘痘或者皺紋的臉拍出非常光滑美麗的效果。請問在拍照的過程中，美顏相機到底“做”了什么？第四，有一張已經模糊的舊照片，請問該怎樣還原？所設置的這些思考題來源于實際工程問題，或者是與日常生活中用到的現代化工具密切相關，因此能夠引導學生在學習的過程做到理論與實際相結合，激發學生的學習興趣，提高學生的學習積極性。

課后利用“雨課堂”將本節課的知識點歸納和作業推送給學生，這樣不但方便學生復習課堂所學知識，同時也便于學生組織自己的學習資料。為了進一步提高學生理論聯系工程實踐的能力，加深學生對理論知識的理解，還在課后推送課件中添加整理了更多的相關工程實例，方便學有余力的同學擴展學習。通過問卷調查反饋，超過84%的同學認為課前推送的預習內容有助于他們進行課程預習，89%的同學認為課后推送課件中的知識點總結對于他們復習相關知識有很大幫助。

三、課堂教學環節

“雨課堂”具有在課堂教學中查考勤、推送本堂課件和測試題、查看學生彈幕，輔助完成課堂各個教學環節等功能，并能統計每一頁課件點擊“不懂”的學生人數，精確地知道哪些學生在對某個知識點理解上存在困難，從而進行個性化輔導，盡可能早的在學習和復習的過程中解決疑問。為了充分利用“雨課堂”的上述功能，需要精心設計課堂測試題和課堂互動環節[1]。課堂測試題應能達到集中學生注意力的目的，不能占用太多時間，因此可考慮設計不需要做太多思考和討論就能得到答案的測試題。為了讓學生盡可能地跟上節奏，測試題應該與剛剛講授過的知識點密切相關，因此可考慮在每個小知識點講解完成后預留1分鐘左右的時間來做測試題。在課堂互動環節中，比如在講解完傅里葉變換的某個性質后，讓學生通過短時間思考舉出生活中對應的實例，并以彈幕的形式發送過來供全班同學參考討論。通過這種方式開闊學生思維，活躍課堂氣氛，并進一步激發學生的學習興趣[2]。

在課堂教學內容的設計方面，翻轉課堂模式的課堂內容應密切聯系課前任務，讓學生對知識的學習有較強主體意識，提高其參與積極性。此外，課堂內容還需要與教學視頻互補，而且要比教學視頻更深入，即課堂中的教學內容需要更加集中指向學生學習的重難點、不懂或有疑惑的地方，而不是像一般的教學資源那樣面面俱到。此外，學生在課堂中也不再只是聽眾，而是在疑難點的討論中發散思維進一步學習，這能提高學生的學習積極性，滿足不同學生的學習需求，進而培養其自主學習的能力。在課堂上，首先對學生在課前學習中遇到的難點問題進行深入講解，此時的講解內容既不能簡單重復課前教學視頻，也不能將該知識點再按照常規的方式講解一遍。如果僅按照教材內容講授，學生難免會覺得自己看書也能做到的何必要來上課?？紤]到現在的學生每天接觸到的都是豐富多彩的網頁、圖片、動圖、音頻和視頻資源，因此在豐富有趣的網絡和晦澀難懂的理論公式之間難免會出現課堂“低頭族”。鑒于此，充分利用豐富的網絡素材，從中遴選出能夠生動形象的將理論公式展示出來的相關圖片或者動圖來輔助深化講解，在提高學生學習興趣的同時加深對知識的理解。

本輪教學反饋結果如圖1所示。由圖1可以看出，有31.25%的同學認為新教學方式能大大提高其課堂注意力，60.42%的同學認為新教學方式對于提高他們的課堂注意力有一定的幫助（圖1a）。對于隨堂測試在鞏固學習效果中的作用，26.04%的同學認為作用非常大，67.71%的同學認為有一定的作用（圖1b）。對于新教學方式在幫助學生了解學習效果中的作用，有32.29%的同學認為有非常大的作用，60.42%的同學認為有一定的作用（圖1c）。從這些數據可以看出，學生對新教學方式的態度是較為肯定的，它不但能夠幫助學生提高課堂注意力，鞏固學習效果，還能讓學生隨時了解到自己對相關知識點的掌握情況。學生對自己學習效果的及時了解能夠激勵學生的學習興趣，發現學習效果不佳時可督促其及時有針對性的學習。

四、“雨課堂”數據分析及處理

通過“雨課堂”收集到的反饋數據可以充分掌握學生的學習狀況，為每個人提供個性化學習方案。對于學生來說，反饋數據主要包括該學生課前預習的完成情況、課堂測試題的回答情況、對課件點擊“不懂”的數量、對課后推送的擴展視頻和課后作業的完成情況等隨課程進展的變化情況。學生能從自己的學習數據中非常直觀地看到自己的進步情況以及不足之處，從而更有針對性的學。教師可掌握所有學生的參與完成情況、每次課堂測試所有學生的參與率及正確率、每次課點擊“不懂”課件的人次等情況。教師可根據這些數據來分析原因，比如學生預習的完成情況在增加還是減少，如果減少需要反思提供的推送資料是否能夠調動學生的積極性;學生隨堂測試題參與率以及正確率的變化情況，從而分析學生的課堂聽講率變化情況，根據這些分析結果及時調整課堂設計和授課方式。另外，分析點擊“不懂”內容的人次，增加還是減少;不懂的內容，是理論推導還是概念意義。根據這些分析結果對后續內容講解的側重點進行適當的調整。對點“不懂”內容的處理，點擊率超過30%以上的內容，在第二次上課講授新知識前花少量時間重講，低于30%點擊率的內容，采用補充素材的方式讓學生課外自己消化理解。超過50%點擊率的則在下一輪授課中將該部分內容重新設計組織。掌握學生學習數據事實上已經實現了對學生學習過程的監督，利用這些數據對學生實行個性化指導，最終將實現高效教與學。

五、小結

利用“雨課堂”工具輔助翻轉課堂模式開展“信號與系統”課程的改革取得了較為滿意的效果，也得到了大多數同學的認可。“雨課堂”作為一種智慧教學工具，其本身具有豐富強大的功能，教師在教學過程中合理利用“雨課堂”能夠幫助其更好的組織教學資源，同時能幫助學生更高效的學習。翻轉課堂教學模式可以重新組織課內課外教學內容，提高學生在教學各個環節的參與度，也使得他們對知識點的理解從單純理論推導向與更多工程應用相結合方向逐步發展。在后續的教學過程中，我們將對本輪教學改革所整理的教學資源進一步優化組織，引入更多的實際工程問題，并逐步開展翻轉課堂教學模式，進一步提高學生在課堂中的參與度。

參考文獻

[1]楊芳，張歡瑞，張文霞.基于MOOC與雨課堂的混合式教學初探——以“生活英語聽說”MOOC與雨課堂的教學實踐為例[J].現代教育技術，2017，27（5）：33-39.

[2]王帥國.雨課堂：移動互聯網與大數據背景下的智慧教學工具[J].現代教育技術，2017，27（5）：26-32.

[3]黃成龍.雨課堂讓教學更輕松[J].科教文匯（中旬刊），2016（12）：27-28.

[4]宋艷玲，孟昭鵬，閆雅娟.從認知負荷視角探究翻轉課堂——兼及翻轉課堂的典型模式分析[J].遠程教育雜志，2014，32（1）：105-112.

[5]繆靜敏，汪瓊.高校翻轉課堂：現狀、成效與挑戰——基于實踐一線教師的調查[J].開放教育研究，2015，21（5）：74-82.