基于雨課堂的“數字信號處理”雙語教學實踐

武曄　顧觀文　康建　孫守才　萬永革

[摘 要] 為了提高“數字信號處理”課程的教學質量，在借鑒國內一流高校雙語教學實踐經驗的基礎上，將雨課堂信息化教學平臺引入教學過程，開展了四輪雙語教學實踐。針對第一輪雙語教學的實施過程中的問題，在第二輪至第四輪的雙語教學中引入雨課堂智慧教學工具。教學實踐表明，通過雨課堂教學平臺可以有效提高課堂的師生互動，對雙語教學效果的提升具有促進作用，為高校開展雙語教學提供參考。

[關鍵詞] 雙語教學;雨課堂;數字信號處理;PBL教學理念

[基金項目] 2020年度防災科技學院教育研究與教學改革項目“工程教育認證背景下高校學科基礎課的教學模式改革與探索——以數字信號處理課程為例”（JY2020A01）、“應用地球物理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺的建設”（JY2020A06）;2021年度防災科技學院教育研究與教學改革項目“基于科教融合的數字信號處理課程教學改革與實踐”（JY2021A03）;2020年度防災科技學院《數字信號處理》金課建設項目（JK202001）

[作者簡介] 武 曄（1975—），女，內蒙古集寧人，碩士，防災科技學院地球科學學院副教授，主要從事地球物理信號處理研究。

[中圖分類號] TN92-4;G434? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）43-0098-05? ?[收稿日期] 2021-01-30

一、引言

教育部2001年印發(fā)的《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》明確指出，為適應經濟全球化和科技革命的挑戰(zhàn)，本科教育要創(chuàng)造條件使用英語等外語進行公共課和專業(yè)課教學，特別指出信息技術等專業(yè)要先行一步，對于暫不具備直接用外語講授條件的學校、專業(yè)，可以先實行外語教材、中文授課，分步到位[1]。自此以后，電子科技大學等國內高校積極響應并開展了雙語教學的探索與實踐，給出了有益的經驗[2-13 ]。

防災科技學院地球科學學院“數字信號處理”是地球物理學專業(yè)的專業(yè)基礎課程，起著承上啟下的重要作用，是后續(xù)重力、磁法、電法、地震等專業(yè)核心課及地球物理數字信號處理技術的先修課程。課程組主講教師具有十多年的教學經驗，熟悉學科知識結構，并參加過校內英語培訓學習。在我校教改政策及經費的大力支持下，從2017年開始，課程組對該課程進行了雙語建設和四輪自然教學班的雙語教學實踐。下面闡述具體實施過程、存在的問題和解決措施及下一步的思考。

二、雙語課程建設與實踐

（一）第一輪雙語課程建設與實踐

2017年第一輪雙語教學實施過程中，基本采用了保持型雙語教學模式。教材以中文教材為主，英文原版教材為輔。所選中文教材是北京大學出版社出版的程乾生所著《數字信號處理》（第二版）和科學出版社出版的萬永革所著《數字信號處理的MATLAB實現(xiàn)》（第二版），所選英文原版教材是由科學出版社2012年出版的國外高校電子信息類優(yōu)秀教材（英文影印版）美國東北大學V.K.Ingle和J.G.Proakis所著《Digital Signal Processing Using MATLAB》（第三版）。教案是中英文結合，習題主要采用英文。授課語言主要是中文，科學術語使用英文。期末考試采用閉卷形式，其中英文試題占80%。選用愛課程網站北京航空航天大學王俊主講的《數字信號處理》課程和麻省理工學院

A.V.Oppenheim主講的《模擬與數字信號處理》開放課程作為網絡視頻資源，要求學生自主學習。第一輪的雙語教學目標是結合英文教材，掌握學科概念、方法原理、算法實現(xiàn)及應用。

第一輪雙語教學結束后，及時進行總結，發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾個問題：（1）中英文結合的教案及PPT課件，不利于學生把英語作為工具獲取知識;（2）課后學生基本上使用中文教材，閱讀英文原版教材的較少;（3）所選用的英文原版教材強調方法的實現(xiàn)而弱化方法理論的推導，更適合實驗環(huán)節(jié)使用。

（二）第二至四輪雙語課程建設與實踐

針對第一輪雙語教學發(fā)現(xiàn)的問題，后面三輪教學在以下幾個方面做了較大幅度的調整和改進。

1.選用英文原版教材。在考慮了教材的先進性和廣泛性之后，選用的英文影印版教材是

《Digital Signal Processing—Principles，Algorithms，and Applications》（Fourth Edition）（John G.Proakis和Dimitris G.Manolakis著）。該教材內容細致，分析透徹，而且有中文翻譯版，方便學生對英文教材不理解的地方進行查閱，不會因為閱讀太吃力太花費時間而放棄閱讀英文教材。

2.制定教學大綱，制作全英文教學材料。在認真閱讀和消化英文教材后，編寫了英文教學大綱、全英文PPT課件、全英文上機實驗指導書、典型英文習題解答及相應的MATLAB實現(xiàn)，并上傳我校課程資源平臺，方便學生課前下載預習、課后復習。

3.選擇中英混合教學語言。考慮到我校學生的英語水平參差不齊和教師的英語口語水平有限，為了保證課堂90%以上的學生能夠通過英語理解基本概念和重難點，在制作全英文PPT課件的過程中，盡量把一個完整知識點的有關內容都在PPT上呈現(xiàn)出來，只在教學環(huán)節(jié)之間采用簡單的口語。另外，如果學生對某處難點不太理解，則隨機采用中文再解釋或推導一遍。實踐表明，這種方法盡管教師課堂大部分用英語講授，由于涉及專業(yè)術語的句子學生都可以看到，所以基本不影響學生的理解。但是該方法也存在缺點，那就是備課時間是通常備課時間的2～3倍。

4.改革教學手段，采用雨課堂智慧教學工具。雨課堂是清華大學于2016年4月推出的智慧教學工具。雨課堂可以有效地為教學提供信息數據支持，促進師生互動，已經被廣泛應用到實際教學中。我校于2018年9月實現(xiàn)了校園高速網絡全覆蓋，為實施線上教學提供了基礎保障。為了提高課堂學習效率，課程組將雨課堂應用于“數字信號處理”課程的教學全過程。

在課前預習環(huán)節(jié)，主要是從下次課的教學內容中提煉出問題，并以任務的形式推送到學生手機端，學生可以通過教材及網絡資源自主查閱并思考答題。

在課堂環(huán)節(jié)，首先結合實際應用提出情境問題，圍繞問題展開分析闡述及結論的推導;接下來對典型例題進行分析講解，緊跟著是“練”，借助雨課堂，可以方便快捷地將事先插入在課件中的習題發(fā)送到學生手機端，同時教室的大屏幕可以實時觀察到學生提交答案的情況，教師可以依據學生的做題速度，分別選擇延長做題時間或者收題;接下來，教師可以找做題既快又對的學生進行講解，課后教師可以從做題速度和正確率分析每個學生的特點，下次課可以特別注意做錯題的同學在課堂上是否認真聽課，進而可以有針對性地尋找做錯題的原因。

實踐表明，90%以上的學生在課堂可以理解所學概念及方法原理。然而，如果課后不花時間閱讀教材內容和完成作業(yè)，那么課堂所學內容在一周后就會遺忘干凈，難以實現(xiàn)知識內化和應用;因此，課后作業(yè)和課后閱讀對鞏固知識內容和加深理解是必不可少的。然而傳統(tǒng)的批改作業(yè)不能及時反饋給各個學生，對于提高學習效果非常不利。

在課后環(huán)節(jié)，為了及時把作業(yè)中的錯誤反饋給學生，首先對學生進行分組，每組約5～6名學生。要求每個學生寫完作業(yè)后拍照上傳到班級學習討論群，同時發(fā)送給組長，教師可以利用碎片時間對積極提交的作業(yè)和組長的作業(yè)及時進行語音肯定和糾錯。由于這種糾錯全班同學都可以收到，所以在無意中所有學生都得到了學習。組長在下次上課前對組員的作業(yè)情況進行匯報，教師針對作業(yè)中出現(xiàn)的問題集中進行個別輔導。

教學實踐表明，雨課堂的互動、反饋及大數據分析對提高教學效果具有明顯的積極作用。

三、第二至四輪雙語課程實踐效果

從第二輪雙語教學實踐得出，學生是決定雙語教學成敗的主要因素。在第二輪雙語教學的授課過程中，教師明顯感覺學生的情緒前后有較大變化。以期中考試為界限，在期中考試前，特別是剛開學階段，學生對手中的英語原版教材充滿了憂慮和恐懼;在隨后的兩個月里，學生明顯表現(xiàn)出很大不同，課后認真閱讀和做作業(yè)的學生課上可以快速完成習題，課后沒有認真做作業(yè)和閱讀的學生感到非常吃力，甚至部分學生認為英語水平差是導致無法理解知識內容的唯一原因。面對眼前的困難，教師及時冷靜分析原因，部分學生英語水平差確實會導致跟不上大多數學生的上課節(jié)奏，然而從以往的教學經驗來看，即使是用中文教學，由于該課程具有深奧難懂的特點，也會有10%左右的學生跟不上大多數學生的上課節(jié)奏，所以學生的英語水平差不是制約學習效果的根本原因。那么究竟是什么因素導致部分學生對使用原版教材進行學習有抵觸情緒呢？通過仔細分析雨課堂的隨堂測反饋及其他數據、課后作業(yè)情況及課堂的聽課態(tài)度，認為學生的重視程度和努力程度是影響學習效果的主要因素。因此，教師一方面積極進行引導，強調使用英語學習學科知識對他們未來發(fā)展的好處;另一方面積極尋求方法消除學生的消極心理。期中測驗過后，嘗試采用“演講”方式，學生依次上講臺采用中英結合講解習題，該方法成功地消除了部分學生的消極心理，樹立了使用英語也可以學好的信心，為下一階段的學習打下了良好的心理基礎。

除了任課教師及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，校院兩級教學質量督導對該課程進行了跟蹤聽課，給予了充分肯定，同時提出了寶貴建議。此外，學生對任課教師的評教分數每年都高于90分，說明大部分學生對教師授課較為滿意。

課程結束后，依據考試大綱進行閉卷考核，六類試題全部為英文，要求學生盡量用英文答題。總成績=期終考試×50%+平時成績×30%+期中測驗×20%。平時成績包括考勤、作業(yè)和上機實驗。圖1為兩個自然教學班的期末成績分布，從中可以看出，成績分布較為合理。從學生對基礎知識的掌握角度來講，雙語教學基本達到了教學目標，說明教學改革起到了一定的積極作用。

對2016級的四個教學班的153名學生（不包括留級的2名學生，他們沒有上課）進行了匿名問卷調查。表1為問卷題目及統(tǒng)計結果，表2為分班統(tǒng)計數據，圖2為所有學生在期中考試前后選A和選B的對比圖，圖3為不同班級學生在期中考試后選A的對比圖。

盡管問卷題目的選項較少，仍然可以反映出一些特點。首先，從圖2可以看出，期中考試后，希望使用英文原版教材，認為使用英文原版教材有收獲，希望課堂語言以英文加上必要的中文，對課堂全英文課件加板書的方式比較滿意的比例有所提升。從圖2還可以看出，期中考試后，學生課后花在閱讀英文教材方面的時間有所增加，更容易讀懂英文試題，對所學內容掌握更好，認為雙語教學成功的比例更大，反映出學生基本慢慢適應了英文教材和雙語教學。這也說明，學生在花費大量時間學習和閱讀英文教材后，感受到英文教材的細致、富有啟發(fā)性和前沿擴展性的特點。所以，雙語教學中當學生有抵觸情緒時，教師不能著急，要認識到這是一個循序漸進的過程，相信在對學生持續(xù)不斷的鼓勵下，一定可以有所收獲。其次，從圖3可看出，不同班級學生對雙語教學表現(xiàn)出不同的態(tài)度。1650111班和1650151班的學生對雙語教學表現(xiàn)出較大程度的認可，1650152班的學生表現(xiàn)出較小程度的認可。可見，取得好的教學效果，除了與學生個人、教師有密切關系，還與班級氛圍等因素有關。

四、存在問題及改進設想

教學改革短時間內要取得明顯成效并不容易，雙語教學中仍存在兩個突出問題：（1）學生閱讀英文教材普遍存在困難;（2）英語原版教材的內容多、信息量大，在有限的課時內很難講完。

今后的雙語教學擬從以下幾個方面加以改進：（1）引入以問題為導向（Problemed-Based Learning，PBL）的教學理念，啟發(fā)學生思考地球物理信號處理中需要解決的前沿問題，以專業(yè)前沿問題激發(fā)學生的學習興趣。（2）利用雨課堂工具進一步加強互動教學和個性化教學。充分利用雨課堂的隨堂測加強課上互動，利用課后不下線特點，及時將作業(yè)情況反饋給學生，并根據學生的不同層次特點進行分組，給不同的組以不同的任務，努力培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的人才。（3）努力提高教師的業(yè)務素質和英語水平。雙語教學質量的提高，需要學生的努力，同時需要教師具備扎實的專業(yè)知識及熟練的英語聽、說、讀、寫能力。出國進修是提高教師英語能力的有效途徑，如果由于各種原因沒有機會出國，那么通過國外優(yōu)秀教學資源（比如Metel、MyET）進行自學也可以有效提高專業(yè)技能和英語口語能力。

總之，雙語教學是培養(yǎng)高素質人才的迫切需求，有利于學生今后的學習和工作，有利于師生接觸英文資料、掌握專業(yè)領域前沿動態(tài)，而對于雙語教學中存在的問題需要進一步思考和解決。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部辦公廳.關于加強高等學校本科教學工作，提高教學質量的若干意見[EB/OL].（2001-08-28）[2020-11-20].http：//www.moe.gov.cn/jyb

_sjzl/moe_364/moe_302/moe_309/tnull_4682.html.

[2]彭啟琮.國家精品課程“數字信號處理”雙語教學實踐[J].中國大學教學，2005（4）：16-17.

[3]闊永紅，石光明.《數字信號處理》的雙語教學實踐的研究[J].北京大學學報（哲學社會科學版），2007（5）：87-88.

[4]李勇朝，高新波，石光明.數字信號處理雙語教學的探索與實踐[J].北京大學學報（哲學社會科學版），2007（5）：89-

92.

[5]蔣東方.《數字信號處理》課程雙語教學的探索和思考[J].高教探索，2007（S1）：113-114.

[6]宋耀良，徐天成，谷亞林.《數字信號處理》課程雙語教學的研究與實踐[J].高教探索，2007（6）：125-128.

[7]尹霄麗，張健明，李寧，等.“數字信號處理”雙語教學課程建設[J].北京大學學報（哲學社會科學版），2007（5）：122-

123.

[8]張敏瑞.《數字信號處理》雙語教學實踐與研究分析[J].陜西師范大學學報（哲學社會科學版），2004，33（10）：327-

330.

[9]李筠.《數字信號處理》雙語課程分層次教學的探討[J].光學技術，2007，33（11）：295-298.

[10]曹燕，張軍，韋崗.對“數字信號處理”課程進行雙語教學的思考[J].教育理論與實踐，2007（27）：110-111.

[11]汪烈軍，覃錫忠.數字信號處理雙語教學方法與手段的探索與實踐[J].北京大學學報（哲學社會科學版），2007（5）：250-251.

[12]馬鐵東，浮潔.自動化專業(yè)本科雙語教學現(xiàn)存主要問題及應對措施[J].實驗室研究與探索，2011，30（10）：283-

286.

[13]謝慕君.地方高校工科電類專業(yè)雙語教學實施探討[J].實驗室研究與探索，2011，30（10）：330-333.

Practice of Bilingual Teaching of Digital Signal Processing Course Based on Rain Classroom

WU Ye1，2， GU Guan-wen1，2， KANG Jian1，2， SUN Shou-cai1，2， WAN Yong-ge1，2

（1. Department of Earth Sciences， Institute of Disaster Prevention， Sanhe， Hebei 065201， China;

2. Beijing Disaster Prevention Technology Co. Ltd， Beijing 101100， China）

Abstract： In order to improve the teaching quality of the Digital Signal Processing course， based on the experience of bilingual teaching in domestic first-class universities， the Rain Classroom information teaching platform was introduced into the teaching process， and four rounds of bilingual teaching practice were carried out. In response to the problems in the implementation of the first round of bilingual teaching， the Rain Classroom wisdom teaching tool was adopted in the second to fourth rounds of bilingual teaching. Teaching practice shows that Rain Classroom teaching platform can effectively improve the teacher-student interaction and promote the improvement of bilingual teaching effect， which provides a reference for universities to carry out bilingual teaching.

Key words： bilingual teaching; Rain Classroom; Digital Signal Processing; PBL teaching concept