基于線上線下混合式《數字信號處理》課程混合教學研究

摘要：《數字信號處理》是理工科類本科生的一門重要的必修課程，該門課程有較多復雜難懂的理論知識和數學公式，對學生來說學習難度比較大，而學習時間又比較短，學生對知識的理解和掌握程度不太理想。因此，對于重要的和難掌握的知識點，使用合適的數字化教學工具以輔助課程教學是很有必要的，針對本校《數字信號處理》課程在教學過程中存在的實際問題對該課程進行改造，將在線自主學習和線下面授結合起來。通過數字化教學工具，可將抽象的理論與直接感觀認知聯系起來，從而能更好更深入地掌握所學的知識，并有效地激發學生的學習興趣。

關鍵詞：數字信號處理;教學方法;混合教學;線上線下

一、引言

《數字信號處理》課程有較多復雜難懂的理論知識和數學公式，需要具備一定的基礎知識，所以門檻比較高，對學生來說學習難度較大，而學習時間一般較短，學生對知識的理解和掌握程度不太理想。為幫助學生能夠更好地理解掌握課本中的名詞概念、定理證明過程和實際問題的分析方法，并進一步培養他們獨立自主學習的習慣，將線上線下混合教學模式應用在《數字信號處理》課程上具有非凡意義。

二、數字信號處理課程現狀

1.學生將該課程與其他課程知識點銜接弱，如信號與系統。近兩年理論教學效果可見，同學們的知識點銜接性非常弱，一旦前序課程掌握不牢固，該課程學習效果就會極差。例如，在講到信號的傅里葉變換章節時，隨著時間的推移和掌握程度不牢固，課堂上同學們未曾想起該內容在信號與系統課程中講解過。

2.理論教學培養，教學內容豐富，難度合理，但實際情況反映出大部分學生學習情況較差，學生們通常的心理狀態是期末考試及格即可，獲得學分，完全與培養計劃和目標背道而馳，缺乏主動學習和自主學習的習慣。

3.基本概念和定義理解不清楚。學生們還是在采用高中的學習方法，背公式和背理論知識，而不是通過理解的方式去掌握理論知識，缺乏獨立探索精神。

三、基于線上線下的混合教學方法

（一）課程內容建設

采用線上與線下混合的教學方法，方法框圖如圖1所示。《數字信號處理》課程內容建設從以下三個部分入手，分別為課程思政元素、線上教學資源和線下課程，線上教學資源建設包括有思維導圖、知識筆記和重難點解析等，線下課程建設首先要優化教學大綱，注重本課程與上下游課程的銜接，教師采用PPT教學方式，結合實際工程案例，并適當借助一些軟件，例如matlab，以輔助完成數字信號處理這門課程的教學，詳細內容如下：

1.課程思政元素建設

介紹數字信號處理和數字信號處理芯片的發展歷史及各時期發展的特點，介紹信號處理領域代表性科學家的主要貢獻和典型事跡，為學生樹立良好榜樣，激勵學生在學習和研究中勤于探索，敢于解決技術中的關鍵難題，以此來培養學生的創新思維。以我國自主研制的大型通信系統為例，著重介紹其中的數字信號處理模塊和數字信號處理芯片從無到有，由弱小到強大的發展過程，來點燃學生們的敬畏之心。介紹我國信號處理領域的著名研究團隊和科學家，講解他們突破國外技術封鎖，實現自主研發的艱辛歷程，來培養學生們吃苦耐勞和獨立自主的創新創業精神，激勵學生樹立崇高理想，將所學知識投入到國家的發展和建設中去，通過堅持不懈的奮斗，以此實現個人的人生目標。

2.線上教學資源建設

課程教學團隊將根據教學內容建設相應的線上教學資源，重點包括數字信號處理理論和技術的重點和難點知識，關鍵算法的推導，可以把這些寶貴的教學資源放到一些大型的課程學習網站上以方便學生進行在線學習。為了能讓學生能夠快速地適應線上學習的特點，確保線上和線下學習的無縫銜接，可以借助一些大型的學習網站，例如中國大學MOOC網，該網站上建設了多個模塊，比如說課堂回放、PPT資料、在線練習和重難點知識解析等等。

3.線下課程建設方案

首先優化教學大綱，注重本課程與上下游課程的銜接，在課堂前半部分教師要做好相關基礎知識講解，梳理通順各知識點之間的聯系，使學生能在頭腦中編織出本專業的知識網，解決學生基礎不牢、對知識的理解片面孤立等問題。其次是將研討型和案例型等常用的教學方法融到本課程的教學中，在課堂上盡可能增加老師和同學的交流頻次，從而提高學生在信號處理領域的專業素質。通過設置相關的討論話題，引導學生在研討過程中，自主探索各類信號處理技術的原理和設計思想，發表自己獨立的意見，用以學生為中心的教學方式來代替以教師為中心的教學方式。

在教學過程中應用線上線下混合的教學方法，并使用合適的數字化教學工具以輔助課程教學，針對本校《數字信號處理》課程在教學過程中存在的實際問題對該課程進行改造，把30%-50%的教學時間分配出來，讓學生進行線上自主學習，并與線下課堂面授結合以此開展混合式模式的教學。將理論課的48學時拆分成32學時的教師集中講課和8學時的學生自習，這部分內容大多是需要學生記憶，很少涉及邏輯思考，并且與現實生活有著緊密的聯系，學生通過線上自學方式就能掌握;剩余的8學時就用做仿真實驗和拓展討論，主要是討論工程實際題目。

（二）課程教學方法改革

1.研討式教學

引入翻轉課堂的教學方式，在多個場合進行研討式教學[1-3]。組織并引導學生對難點和重點知識點進行討論，以及對該課程的關鍵算法進行討論，比如說快速傅里葉變換和逆變換。

2.把科研成果引入教學，以提高培養質量

第一，梳理主要科研方向，構建課程教學主線。本課程教師研究方向都集中在信號處理領域，這樣能以科研團隊為依托，創建課程的教學主線，制定課程的培養目標;以教學團隊教師科研方向、內容為主題，將在課堂教學中引入一定的科研成果教學。第二，重視課程群建設，強化各課程之間的關聯性。梳理清楚數字信號處理課程和信號與系統課程之間的銜接關系，合理分配理論學時;借助研究生教育平臺，加強基礎科研能力的培養。第三，加強課程內容建設，將科研訓練融到課堂教學。選取一些核心內容進行重點講解，并且制定詳細的教學計劃;緊密聯系學科前沿，在課堂教學中設置習題課環節。第四，推進創新實踐教育，培養學生的創新意識。可根據團隊老師的科研項目中子任務，通過大學生科研訓練等方式吸引一些優秀學生參與科研項目。

（三）考試形式改革

課程考核體系實現多元化、能力化和過程化。不同于以往的考核體系，考核內容多元化指的是考核內容由線上學習、仿真報告和期末考試三部分組成，分別占比15%、5%和80%;考評主體多元化指的是考評主體不再是只包括教師，還包括在線平臺，由二者共同評價;考核內容能力化是指增加仿真實驗報告，在理論課程講授完成后，引入一些實驗課程，以加強對仿真實驗能力的考查，提升課程學習的深度以及廣度，在期末考試中增加工程實踐題，進一步提升課程學習的挑戰性;引入線上學習以實現考核方法過程化，其中課堂表現占10%、課堂練習和課后作業占20%、章節考試和期末考試各占35%。

四、結束語

數字信號處作為通信工程等工科專業的重要專業基礎課，該門課程有較多復雜難懂的理論知識和數學公式，使用傳統的教學方法，學生對知識的理解和掌握程度不太理想。為此，需要對難掌握和重要的知識點，使用合適的數字化教學工具以輔助課程教學，結合教學中存在的實際問題對課程進行改造，將在線自主學習與線下面授結合起來。通過數字化教學工具，可將抽象的理論與直接感受認知聯系起來，從而能更好更深入地掌握所學的知識，并有效地激發學生的學習興趣。

作者單位：蒲旭敏" " 劉占軍" " 李強" " 重慶郵電大學

參" 考" 文" 獻

[1]慶利，羅一清.大學翻轉課堂教學效果實證研究——以《財務學及技術基礎》課程翻轉教學為例[J].大學教育科學，2017（2）：47-56.

[2]趙俊芳，崔瑩，鄭鑫瑤. 我國高校翻轉課堂的實踐問題及對策研究[J]. 現代大學教育， 2018（6）：89-93.

[3]朱熙寧.翻轉課堂在高校教學實踐中的主要問題及對策研究[J]. 當代教育實踐與教學研究，2019（2）：35-36.