混合式教學在留學生“數字信號處理”課程中的應用

張 莉

（重慶大學電氣工程學院，重慶 400030）

隨著我國綜合國力與教育水平的不斷提高，高等教育的國際化已成為我國高等教育發展的必然趨勢[1]。越來越多的海外學子到我國高等院校留學深造，開展面向來華留學生的專業課程的全英文教學改革，建立適應留學生特點的教學模式，對提升我國高等教育的國際化水平和國際競爭力具有重要的現實意義。

筆者承擔了我校電氣工程學院面向留學生開設的全英文課程“數字信號處理”的教學，根據課程特點和面向教學對象的特點提出了混合式教學模式，并將其應用于課程教學中。本文將對這一教學實踐進行總結。

1 留學生專業課教學面臨的問題

作為電子電氣信息類專業課程，“數字信號處理”課程的難度較大，課程內容與工程實踐緊密相關，既包含理論性知識又具有技術性內容[2]。課程的學習需要高等數學、信號與系統等先修課程的知識基礎。我院的留學生主要來自東南亞、非洲等國家。留學生的教育水平參差不齊，先修課程的掌握程度也有較大差異，這就使留學生專業課教學面臨著較大的困難和挑戰[3-4]。在留學生專業課的全英教學中仍然完全采用傳統教學法授課，以教師為主體，以課堂講授為中心的方式進行教學，并沒有考慮到留學生的接受能力，使他們常常處于被動接受狀態，再加之課程難度較大，學生在課程學習過程中難以產生學習興趣，因而往往出現留學生學習主動性不高、學習效果不太理想等問題。盡管相較于中國學生而言，留學生在課堂上喜歡提問，但有些問題涉及先修課程知識，導致在課堂上要花時間補充和解釋相應的知識，從而拖慢了教學進度。

2 混合式教學模式在課程教學中的應用探索

2.1 混合式教學模式構建

筆者在教學過程中將傳統教學、以問題為導向的教學（Problem based learning，PBL）與網絡化教學這三種教學方法進行結合，建立了混合式教學模式，以提升“數字信號處理”這門面向留學生的專業課程的教學效果。

每個留學生的教育背景不同，先修課程的知識儲備不同，學習要求和偏好往往也不相同。在考慮教學對象特點的基礎上，構建混合式教學模式，旨在讓教師有效使用三種教學方法，以在正確的時間將正確的課程內容以正確的方式提供給學習需求不同的學生。多種方式的結合旨在相互補充，促進留學生課程學習成效。

構建基于PBL的混合式教學模式的目標是在課程教學過程中轉換學生和教師的角色，讓留學生成為學習的主體，充分調動他們學習的主動性和積極性。PBL是基于問題的教學方法，學生通過問題解決進行學習。采用PBL進行教學，教師不再擔任知識的主要傳授者，而是作為學生學習的促進者，通過問題的提出幫助引導學習過程；學生需要進行自我導向學習，然后應用他們學習到的新知識來解決問題，并對所學到的知識和所采用的策略的有效性進行反思。

互聯網信息和通信技術正在改變社會生活的方方面面，也已經成為高等教育變革創新的巨大推力。因此，網絡化教學也作為構建的混合式教學模式的重要組成部分，以在課程教學過程中更大限度地滿足留學生個性化的學習需求，為他們提供不受時間、地點或情況限制的開放網絡學習平臺，方便他們能夠隨時隨地連接到網絡學習平臺，通過網絡以獨立或協作的方式進行課程相關知識學習。并且，為了避免出現學生參與程度不夠，學習效率低下的現象，在網絡化教學中給予學生必要的約束。

本文進行的混合式教學模式設計具體包括兩個方面：其一是教學方法的融合。構建的混合式教學模式將傳統教學、PBL與網絡化教學這三種教學方法有效融合，強化教師和學生共同作為教學活動主體的地位。其二是學習模式的融合。一方面是線下學習和線上學習的融合，其中線上學習通過網絡學習平臺進行，而線下學習則是在更傳統的課堂環境中進行，即使是線下學習也是通過網絡學習平臺協助開展，例如線上進行課前的學習引導、課后在線答疑、課堂測試等，此外，也通過網絡學習平臺提供課件材料和學習資源。另一方面是自主學習和協作學習的融合，自主學習是由學生自己安排或控制的進度獨自進行按需學習，而協作學習則是在學生之間開展線上、線下交流，從而實現知識共享。

2.2 課程教學設計

簡單來說，混合式教學是采用多種教學方法開展多個交互的教學環節的有效整合。然而，面向具體課程的混合式教學的設計和實現是復雜的，需要滿足“數字信號處理”課程的教學目標這一具體需求，也需要考慮課程內容、課程資源、授課對象特點等因素，才能完成適用于“數字信號處理”課程全英文教學的教學設計。“數字信號處理”這門面向留學生的課程的混合式教學設計主要包括教學活動、教學內容、教學材料的設計，如表1所示：

表1 課程混合式教學設計

教學活動包括課堂教學、線上教學、綜合性設計三類。其中，課堂教學采用傳統教學與PBL教學相結合的方法，講授離散信號和系統的分析方法和系統模型、離散傅立葉變換、快速傅里葉變換、離散時間系統的結構、數字濾波器設計等核心課程內容；線上教學采用PBL教學與網絡化教學相結合的方法，引導學生完成部分教材內容自學，課程知識拓展、工程應用實例分析等學習任務；綜合性設計是課堂教學和線上教學的重要補充，學生需要利用在課堂教學和線上教學活動中獲取的完成綜合設計所必需的理論知識，并學習使用MATLAB軟件進行信號分析、系統設計與仿真，從而完成綜合性設計任務。支撐上述教學活動開展所使用的教學材料包括選用的全英文教材及參考書目[5-6]、教師制作的全英文電子課件、線上學習材料、工程應用案例資料、課程視頻資源、綜合性設計參考資料等。

2.3 課程教學實施

（1）課堂教學采用傳統教學與PBL教學相結合的方式，具體實施環節主要包括：教師提出問題—學生收集資料—學生課堂回答問題—教師課堂講授—教師引導學生討論和總結—教師布置課后任務—學生課后完成任務—課堂討論和講解。針對留學生性格活躍、愛問問題，但數學及專業基礎較薄弱的特點，教師在課堂教學前會提前向學生發布預習任務，以及需要他們在課堂上解答的問題，讓學生帶著老師給出的問題完成預習任務，查閱資料找到相關問題的答案，這樣可有效彌補留學生課程基礎知識參差不齊的不足。在課堂上，首先會讓學生陳述他們對這些問題的答案，然后教師再對問題涉及的課程知識點進行梳理和講解，并且會通過課堂上的討論和總結環節幫助學生對課程內容進行鞏固。此外，教師會布置任務讓學生在課后去完成，以進一步提升課程理論知識學習效果，課后任務包括作業習題和仿真任務兩種形式。

（2）線上教學依托雨課堂和課程QQ群實施教學活動。教師制作適應智能手機的雨課堂課件，課件內容包括課前引導學生進行預習的問題、教師課堂講授的教學內容、布置的作業題等。教師也通過雨課堂向學生推送相關的參考資料、網絡學習資源等，為學生提供豐富的線上學習資源。教師會向學生發布線上閱讀任務，這些任務在推送至學生端后，會設置相應的完成時間節點，從而給學生必要的約束。教師通過雨課堂反饋信息掌握學生線上閱讀任務完成情況。此外，當學生在學習過程中遇到難點或疑問時，可以在QQ群中及時向教師咨詢，這樣教師可對學生反饋的疑問及時進行有針對性的解答，通過課程QQ群進行溝通交流，及時掌握學生課程學習包括課堂學習和線上學習的成效。在線上教學中，除了布置統一的線上閱讀任務外，教師會發布多個課外學習任務供學生選擇學習，學生完成選擇的自主學習任務后，需進行歸納總結，并制作PPT用以在課堂上進行展示和匯報，匯報結束后需回答教師針對線上學習任務提出的問題。

（3）綜合性設計由學生在課后自主完成。教師在課程學習的中后期發布多于學生人數的數字濾波器設計題目。學生從中自由選題，根據設計題目中提出的信號處理需求，確定無限沖擊響應數字濾波器或有限沖擊響應數字濾波器的技術指標，選用適當的濾波器設計方法并利用MATLAB完成滿足技術指標要求的數字濾波器設計，通過分析濾波器的頻率響應，濾波器的輸入、輸出信號時域波形及頻譜圖對所設計的數字濾波器性能進行測評。學生在課后通過閱讀相關書籍和資料，自學利用MATLAB進行數字濾波器設計的相關知識，他們在設計過程中有任何疑問可通過課程QQ交流群與老師、同學線上交流討論。濾波器設計完成后需要按照科技文獻的格式撰寫設計報告，在報告中介紹完成數字濾波器設計所使用的設計方法，呈現濾波器設計和性能測試的步驟和程序代碼，并對濾波器濾波結果進行分析，并得出結論。

2.4 混合教學模式下的課程考核

混合教學模式下的課程考核構成包括三部分，如表2所示。課堂學習情況的考核是依據學生的課堂表現，出勤率，作業/任務完成情況，以及課堂隨堂測試情況給出考核分值。其中，隨堂測試是通過雨課堂來開展的，學生需在規定時間內完成一定數量的選擇題，老師在手機上即可收集到學生的測試結果，基于此進行評分。線上學習情況的考核是通過考查學生完成線上閱讀任務的情況（例如：在規定時間內完成推送的學習資料閱讀任務的情況）、完成線上自選任務的情況、線上參與交流和討論的情況來進行評價。教師依據學生匯報內容的準確性、合理性，匯報時表達的邏輯性、流暢性，回答問題的準確性等對學生線上自選任務的完成情況進行評分。綜合設計的考核是由教師依據學生對綜合設計任務的完成度來給出相應的成績，具體考核指標包括：濾波器類型和技術指標選擇的合理性，濾波器設計方法選擇的合理性，利用MATLAB進行濾波器設計的正確性，信號濾波的有效性，濾波結果展示、分析和討論的合理性，設計報告的完整性、規范性和條理性。

表2 混合式教學的課程考核組成

3 結語

為了提升面向留學生的“數字信號處理”課程的全英文教學質量，建立了適應留學生特點的混合式教學模式。從混合式教學實踐效果來看，相較于傳統的教學模式而言，混合式教學通過課堂教學方式的調整、線上學習和設計實踐環節的增加，即能充分發揮教師在整個教學過程中的引導功能，又能提升留學生對本課程的學習興趣，調動留學生的學習主動性和積極性，充分發揮他們的學習主體作用?；旌鲜浇虒W模式通過互聯網通信技術為教師引導和參與各個教學活動的有效性提供了保障，使線上學習與線下學習的融合、自主獨立學習和協作學習的融合得以實現，促進了留學生課程學習效果的提升?；旌鲜浇虒W的開展對教師提出了更高的要求，需要教師轉換教學理念，應用新的教學方法和技術，合理統籌規劃教學活動和教學內容，精心收集、選擇、制作教學材料。因此，混合式教學的開展有利于教師自身教學能力的全面提升，也有助于教師個人教學特色的發揮。從面向留學生的“數字信號處理”課程的教學實踐效果來看，符合課程特點和教學對象特點的混合式教學模式是值得深入探索的。本文根據筆者在“數字信號處理”課程中的教學實踐，對基于傳統教學、PBL教學、網絡化教學的混合式教學模式進行了初步探索，后期將進一步完善課程教學設計、有效銜接各項教學活動、豐富課程學習資源，使構建的混合式教學模式進一步完善，為其他課程的全英文教學改革提供參考。