線上線下混合式教學柔性實施策略研究
——以“數字信號處理”課程為例

王曉莉，陳分雄

（中國地質大學〔武漢〕 機電學院，湖北 武漢 430074）

引言

由于特殊情況對各行各業產生了影響，對高校教學更是產生了嚴重沖擊，全程線上教學是當時嚴峻形勢下的被動選擇，但是對于廣大教師而言卻是一次寶貴的教學實踐。近兩年，有些地區實施線上教學，另外有一些高校，則要求同時實施線上和線下教學，以兼顧因特殊時期不能如期返校的學生。可以說，特殊時期背景下，不僅需要實施混合式教學，而且要求線上線下的教學模式具有柔性調整的能力，以適應不同形勢下的教學需求，提升課程教學的效果，達到人才培養的目標。本文以“數字信號處理”課程為例，針對課程特點和培養目標，探討其線上線下混合式教學的柔性實施模式，為相關的教學改革與實踐提供借鑒。

一、“數字信號處理”課程性質和教學目標

數字信號處理是影響現代科學研究與技術發展的最重要的成果，隨著計算機技術的發展而不斷地發展完善，被應用于各個現代化尖端領域［1］。“數字信號處理”課程因其重要性，受到了國內外理工科院校的普遍重視，已經成為本科高年級或碩士低年級的必修課程或優選課程，是培養高素質人才的基礎課程。與此同時，國內外理工科院校開設“數字信號處理”課程成為普遍現象。該課程有如下特點。（1）基礎性：課程要求學生有較好的數學基礎，以“信號與系統”為先修課程，并與信息處理類的其他課程如“數字圖像處理”“通信原理”等課程密切相關。（2）理論性：課程具有完整嚴密的理論體系，在離散化和系統化的概念、方法、原理的框架上，采用抽象的數學符號進行內容的詮釋和推導。（3）工程性：是科學研究與工程實踐中共性問題的總結，能解決工程實際中的相關問題，在各個領域，如航空航天、國防軍事、工業生產、地質勘探、消費電子等領域有著廣泛的應用價值［2-3］。

課程教學目標在總體上既需要進行課程的理論學習，同時還要求能夠進行算法仿真和系統設計，進而進行工程實際運用的延伸，要求能夠運用課程理論和方法初步解決相關工程問題。這門課程的教學目標可以分類為思政、知識、能力、素質四個方面。（1）思政目標：將思政元素貫穿于課程學習當中，通過課程學習使學生了解課程方法在各個領域的應用，正視該學科國內外研究差距，培養專業責任感和家國情懷，把個人奮斗同國家民族復興的偉大目標結合起來［4］。（2）知識目標：通過課堂教學，理論上要求學生深刻理解“數字信號處理”的相關理論、概念和分析方法，建立課程的理論體系框架，基本內容包括離散信號和系統，信號和系統的時域、頻域及復域分析方法，離散傅里葉變換及快速傅里葉變換，數字濾波器的分析和設計。（3）工程目標：通過課堂教學及上機實驗，綜合課程設計，使學生能掌握課程的工程設計方法和實驗研究方法，能夠運用理論解決實際問題。（4）素質目標：引導學生樹立科學的世界觀，培養學生嚴謹求實的科學態度，鼓勵學生追求真知，勇于創新。

二、線上和線下教學特點分析

單純的線上或者線下教學各具特點和優勢。作為傳統的教學模式，在教室環境中進行面對面的線下教學，在教學效果和教學效率上，具有線上教學難以比擬的優勢。線下教學最重要的一個特征就是上課本身是一項具有儀式感的活動，教師和學生在線下的教室環境中更容易全程投入，共同完成教學活動。線下教學具有集體學習的氛圍，師生之間、生生之間在學習過程中思維能夠相互啟發。教師視角能夠及時地捕捉學生的學習狀態，實時進行督促和激發，以達到良好的課堂教學效果。

線上的教學方案是伴隨互聯網而產生的一種教學模式，線上教學能夠打破空間的局限，擴展教育的邊界。近年來，隨著網絡技術的提升及移動互聯網的興起，線上教學的功能也隨之擴充，開始出現直播、錄播，以及在線布置作業、測試、小組討論等功能，也極大提高了教學組織的效率。線上平臺具備超強的數據統計功能，從課堂的實時數據統計到課后客觀的數據分析，對于教師組織教學活動極具參考價值。在特殊時期是課程學習的主要手段，在正常情況下則是課程學習的有效補充和得力工具。

混合式教學是依據OBE教學理念［5］，根據課程特點，將線上和線下教學因素進行有機融合，貫穿課程的整個教學過程，爭取實現課程教學效果的最大化。

三、“數字信號處理”混合式教學設計

在學習效果最佳的目的驅動下，充分考慮課程的內容特點，依據課程的培養目的和要求，實施線上線下混合式教學，使得基于BOPPPS［6］的教學模式形成真正意義上的完整閉環框架，如圖1所示。通過對客觀數據的分析，對學生的學習狀況，包括課程學習時長、目標達成度及學生對內容的難易感受度等方面進行分析和對比［7］。在此基礎上，分析教學過程中存在的問題，并及時調整相關教學模塊及課程教學資源，形成課程教學的持續改進。

圖1 課程教學的閉環框架

具體的實施環節則是通過在課前、課中、課后的不同階段將以符合學生學習規律及課程特點的方式合理組織教學內容，主要包括課前導學、課中講授、課后鞏固三個階段。

1.課前導學。根據教學大綱制定教學計劃，梳理教學內容，設置課程章節；依托學習通或者雨課堂建立網絡課程，并進行課程資源建設，如建立作業庫和試卷庫等，方便學生利用碎片化的時間進行學習；導學還應該包含拓展的內容：如課程的發展現狀及趨勢。

2.課中講授。以課堂教學為主，將線上平臺作為輔助教學手段。講授內容突出課程內容的理論和概念，根據課程內容及重點和難點精心組織課堂教學，并對學生反饋回來的一些共性問題進行重點講解。同時充分利用線上平臺資源組織互動。

3.課后鞏固。課堂講授的是理論知識，為了檢驗課堂學習效果，達到鞏固知識的目的，在課后可以給學生布置線上或者線下的學習任務，包括習題及發布一些主題討論，同時也必須安排一定數量的上機作業，要求學生完成實驗報告并上傳。

四、“數字信號處理”混合式教學的柔性實施策略

根據不同特殊時期形勢，不同的教學要求，課程的混合式教學又體現為以下三種不同的實現模式，如圖2所示。

圖2 混合式教學的具體實現模式

在正常情況下，教師和學生都能到校，一般是采用模式1，其中包含了師生直接面對面的課堂知識傳授，具有直觀、效率高的優勢，同時穿插課堂互動，利用手機進行簽到、測試及討論，線上線下能夠優勢互補，達到較好的課堂教學效果。模式2則用于教師和大部分學生能夠來到課堂，而少部分學生因特殊時期無法正常到校的場合，這種情況下教師仍然能夠在教室組織課堂的面授教學，同時在網絡端和手機端開通直播，以兼顧不能到場的學生。如果教師和學生均不能到場的話，模式3就是唯一的選擇項，在這種情況下，教學活動的各個環節均在線上進行。

對于“數字信號處理”課程來說，課程混合式教學的柔性實現不是簡單地將線下內容直接生搬硬套到線上，更不是線上和線下內容的簡單拼接，而是強調二者的有機融合，優勢互補，并且能夠根據實際情況，柔性地進行調整，同時，為應對突發事件，具備授課模式迅速切換的能力。

混合式教學模式之間的切換，對于任課教師來說，是壓力更是挑戰，不僅要求教師有課程扎實的理論基礎，同時還必須能夠熟練使用學習通、雨課堂等線上教學平臺，在教學實踐中不斷地積累經驗，進而能夠進行課程講授和平臺應用的合理組合。一般來說，模式的切換，特別是切換到線上授課，需要在一些環節做出調整，主要體現在以下幾點。

1.內容的表達方式進行調整，學生面對電子屏幕時專注力會有所下降，線上授課不適合長時間大篇幅的推導，而“數字信號處理”有完整的理論體系，里面有很多的數學推導和公式證明，理解難度較大，傳統教學中，教師常需花費大量時間精力進行公式推導和演算。這種方式如果直接搬移到線上，不管是錄屏還是直播，效果會大打折扣。實際上課程中的很多概念有對應的物理含義，教師在進行公式講解的時候，可以強調其物理意義，進而根據學生不同的專業背景，列舉出相關實例。比如旋轉機械的振動信號進行傅里葉變換，可以根據變換結果來進行裝置的運行監控和故障診斷。通過知識點的應用延伸來提升教學效果。

2.加強仿真環節對于課程教學的輔助作用，網絡環境下，每個學生都有個人終端，線上比線下更適合演示編程仿真環節，而“數字信號處理”課程不僅有很強的理論性，還有很強的工程性，理論和實踐并重是課程的一個重要特點，實驗的仿真編程環節能有效加深學生對于理論知識的理解。比如IIR濾波器的設計，就是一整套完整的方法和公式、圖表的直接套用，而FIR濾波器在窗函數的選擇對性能的影響上，教師完全可以在線上對照濾波器設計步驟，通過MATLAB仿真編程演示每一個過程，并將結果以數值或者是圖形的方式進行清晰展示。

3.增加課堂互動的環節，讓學生積極參與課堂互動。線上授課欠缺師生面對面直接的交流和溝通，教師不能實時地把握學生的學習動態，這些可以通過適當地增加線上互動環節來進行彌補，包括手機簽到，設計課堂交互的測試和討論，開放彈幕引導學生進行思考，利用詞云進行結論歸納等，吸引學生積極地參與課堂教學，將學生的學習主動性充分地調動起來。

4.課程的評估方式進行相應調整，最后的課程評分需要充分兼顧線上和線下環節，目的是能夠客觀全面地反映學生對課程的掌握程度，以及評價學生運用課程知識解決問題的能力。在堅持過程評價的基礎上，混合式教學的課程評估包括以下四個方面：課程參與度（15%）、作業及隨堂測試（25%）、項目及實驗（20%）及期末考試（40%）。評分的數據來源包括兩部分，一種是線上數據，可以充分利用線上網絡平臺的一些數據，包括簽到率，課堂討論的參與度，對課程資源瀏覽總時長，作業問答和測試等學習過程的數據記錄，通過對數據的統計和分析形成對課程學習的客觀評價。另一種是線下的紙質數據，包括平時的作業和最后的課程考試，需要人工進行統計。當然，如果采用全線上教學，則所用的評分數據均來自線上的課程平臺。

結語

在當前的大環境下，結合“數字信號處理”的課程性質和培養目標，本文提出了基于OBE的混合式教學閉環反饋框架，對混合式教學進行分析，并針對具體特殊形式需求的混合式教學柔性實施策略進行了探討。本文提出的方法，對其他理工科課程建設有很好的參考價值。

主講教師作為教學過程的設計者，課堂節奏的掌控者，在整個線上線下混合式教學活動中起著至關重要的作用。但是也需要指出的是，教學能否達到預期的目的，還和其他的一些因素相關，比如說進行教室課堂直播時，需要網絡暢通，進行線上授課時，需要學生有良好的自律，這需要大學的管理者，相關部門、教師和學生的共同努力。