“信號與系統”混合式教學改革探索

劉李漫，李 旭，陸雪松

（中南民族大學生物醫學工程學院 湖北 武漢 430074）

“信號與系統”作為生物醫學工程專業的一門專業基礎課，以高等數學、電路分析等課程為基礎，融入線性微分方程、積分變換、復變函數等數學課程。該課程理論性強且抽象[1]，對學生的數學基礎要求很高，強調數學推導和變換，學生在學習過程中難免會感到厭煩，興趣不高。因此，利用混合式教學方法來改革“信號與系統”課程的教學勢在必行。高校應充分挖掘混合式教學模式的價值，打造高質量的“信號與系統”課堂。

1 “信號與系統”混合教學模式改革的需求分析

1.1 “信號與系統”教學現狀

目前大多數高校采用的是傳統的“信號與系統”課程教學方法，其主要特點和問題如下：

首先，不同學生的學習訴求不同。不同學生的學習基礎及學習能力存在差異，在線下面授中難以同時滿足所有學生的需求，講得簡單，基礎好的學生不感興趣，不認真；挖掘深度的話，基礎薄弱的學生學著困難。并且教師的時間、精力有限，無法滿足學生的不同訴求。

其次，課程內容多、抽象。“信號與系統”課程包含了一百多個重要知識點，且許多內容是建立在數學推導上，對學生的數學思維能力要求較高，而且學生單純擅長數學也無法輕易學懂這門課，比如，只用數學推導很難形象理解三大變換的概念[2]。線下課程本來應該盡可能包含課本中的所有知識，但線下課堂的總課時無法滿足此要求，強調所有知識點會導致每個知識點的挖掘深度達不到預期，但只著重于重點知識點又會造成課內關注面有限，無法做到系統地學習課程、整體地把握課程。

最后，監測學習過程和評估學習效果對教師而言存在困難。“信號與系統”課程通常采用大班教學，教師不可能實時監控所有學生的學習情況，也只能依據學生的平時隨堂測試大致了解情況。

1.2 混合教學模式的應用價值

混合式教學的本質在于“重新思考和重新設計教與學的關系”[3]，這個問題一直是教育改革的關鍵。以往教師在講臺上滔滔不絕地講，學生在臺下單純聽的教學模式也一直在被學界專家批評，線上與線下交互的教學模式通過小組合作等不同的學習形式，引入不同方法來引導學生深入思考，學以致用，強調學習的主動性和積極性，從而形成教師為引導，學生為主體的學習模式。同時，信息技術的發展支持和促進了教育教學的變革。混合式教學充分利用網絡技術，線上學習與線下溝通雙管齊下，讓學生系統地學習課程，這也為學生進一步學習打下了良好的基礎。美國教育部發布的研究報告表明，與傳統的課堂教學相比，混合式教學是最有效的方法[4]。

教師可擁有更多的教學選擇。教師既能保留以往線下課堂的優點，也能借助線上優點彌補線下課堂的不足。例如，教師借助互聯網搜集大量的教學資源，并選擇合適的資源納入教學材料中。課堂上，教師可以向學生播放多媒體課件，豐富教學內容，拓寬學生的知識面。另外，網絡授課平臺都提供了回看功能，教師可以回看自己的課堂，從中總結和反思，不斷提高自己的教學水平。在混合式教學模式中，作業批改、考勤記錄、問答記錄、最終的成績考核等工作的復雜程度有了大幅度的降低，一方面對學習過程的監測更加高效，另一方面也提高了評價的準確性。

學生擁有更多的學習選擇。混合式教學注重將線上和線下結合起來，在這種模式下，學生有了更多的學習選擇。除傳統線下課堂學習以外，學生還可以在網上選擇喜歡的學習視頻，隨時隨地進行學習，不用受時間和地點的限制，更可以反復回看視頻，咀嚼知識。學生還可以在預習時利用網絡課程進行自習，更加便利地利用碎片化的時間，然后反饋自習時遇到的問題。在線下上課時，教師就可以結合學生自習時的反饋，更有針對性地組織教學內容。回看的功能對學生來說也是非常有價值的，因為它可以讓學生更容易地消化和掌握那些他們沒有聽懂或沒有充分掌握的知識，引導學生自主思考，發現問題，解決問題，有助于提高學生的學習質量。

2 “信號與系統”混合教學模式改革的應用策略

混合式教學同時擁有線上學習和線下課堂的優點，在實施過程中會更加靈活，但也增加了更多變化的可能，這種多變性對教師來說是一個很大的挑戰。教師應利用線上互動來檢查學生的在線學習，幫助其掌握、消化知識，推動他們進入更高的學習層次，實現線上教學與線下教學相結合，形成“預習＋合作＋復習”的科學學習步驟。

2.1 虛擬課堂：提前預習

課前預習是有效課堂教學的第一個環節，是學生接受新知識的開端。與傳統的線下教學相比，在線預習能讓學生自主選擇課程內容，打破時間與空間上的局限，滿足學生不同的學習訴求，有助于提高學生的自主學習能力。課前，教師先建立班級群，并發布指導性學習任務，前置學習目標，例如給學生布置“信號的分類”等問題，讓學生帶著學習任務觀看網絡課程，查閱相關的資料。課前預習給學生提供了自主選擇的機會，也給學生前置了學習目標，鍛煉了學生解決問題的能力。

2.2 真實課堂：合作探索

在傳統的“信號與系統”課中，課本就是教師向學生教授知識的唯一參考，課本雖包含了大量的重要知識，但在高速發展的現在，知識也在更新變化中，只集中于課本進行教學遠遠不夠。教師應基于混合式教學理念有效地發掘互聯網的優質資源，并將其整合到在線課程教學中，向學生介紹適當的課外內容，豐富“信號與系統”課程的學習資源。

線下課堂教學能幫助學生熟悉、掌握新知識，在師生互動中給學生帶來新的思路。當學生對本課程有了更深入地理解之后，可以小組為單位布置了一些“模擬濾波器設計”等創新性實驗，幫助學生思考和表達自己的想法，通過追問引導學生對知識進行深層次的思考，完成對知識的探索，養成良好的思考習慣。

線下課堂教學充分利用了傳統教學的優勢，即有情感的互動交流，進行小組討論和小組展示之類的活動，以及動手操作，把知識運用到實際任務，讓學習變得更具體更有針對性，學以致用。在面對面的學習中，師生互動加深學生對知識的認識。教師通過對學生學習過程的觀察，結合學生的表現動態調整教學的進度[5]。線下課堂，教師和學生之間存在著情感傳遞，克服了網絡教學中的冷漠感，教師的言行舉止對學生起著潛移默化的作用，這是線下教學的天然優勢。

2.3 虛擬課堂：溫故知新

課后鞏固訓練是學習最重要的一部分，它幫助學生歸納、總結知識，對知識形成進一步理解，加強記憶。利用線上課程可提高課后復習的成效。首先，線上學習資源可重復使用，幫助學生掌握先前模糊的知識點，從而鞏固知識；然后，教師通過網絡平臺給學生發布隨堂作業和實踐任務，可實時檢查學生的學習成效。

2.4 評價指標：改進豐富

傳統的教學評價只是一味地依據出勤率、課堂互動次數、階段考試成績等來評價學生，工作量大，評價也不全面。為了高效地給出客觀的課堂評價，教師可借助線上與線下并重的模式，增加過程評價，即根據學生的學習參與度和表現再進行評價。比如，在線下課堂，教師在某個知識點講解結束后立即給學生安排隨堂測驗，檢查學生對該知識點的掌握情況；教師可基于線上教學理念，利用網絡教學平臺對學生的觀看時間以及進度、教學活動的參與情況等進行評價，引導學生根據小組任務制作PPT 并講解、制作并分享思維導圖，檢驗學生的應用能力。

4 關于“信號與系統”課程混合教學模式改革的思考

高校開展混合式教學的目的是建立新的、具有多元化的師生關系，創造一種有溝通的高質量課堂，并且通過教學模式的改變提升教學質量[6]。但從實踐驗證的結果看，不同教師的課程內容設計質量差別大，導致混合式教學的效果良莠不齊。為了確保混合式教學能在實踐中取得成效，須從教師教學和學校制度兩方面進行合理化設計。

4.1 教師教學方面

混合式教學改革早期，許多教師都會面臨課程部分內容翻轉還是全部翻轉的問題。教師在選擇課程內容時需要有一定的靈活性和掌控性。即內容必須有創新性和趣味性，由淺入深的知識過渡才能讓學生經歷一個逐漸適應的過程，如此才能讓學生更主動地理解與學習知識。

教師可以優先挑選學生感興趣且容易理解的知識點進行教學設計，大致可總結為以下幾類：①已經學習的知識點，比如周期信號和非周期信號等；②學生感興趣的和實際聯系密切的內容，比如無失真傳輸；③學生容易理解的邏輯性強的內容，比如采樣定理。但“信號與系統”原本就是知識點多且抽象的課程，所以對一些難度較大的知識點，如傅里葉變換，還是要以線下課堂為主，以線上資源為輔，推送一些形象的短視頻幫助學生理解。

教師和學生之間需建立起溝通的橋梁，保持良好的互動關系。線上教學時，教師與學生進行線上互動，包括彈幕交流、彈幕答題、章節測試等方法測評學生的學習情況和質量。學生與學生之間也可積極探討、交流、評價和完成小組作業，形成多義性的交流學習。

4.2 學校制度方面

首先，高校應針對混合式課程要做好條件保障。混合式教學必須有信息化技術的支持，高校還應優化和完善軟件平臺建設、數字化資源引進等，基于教育教學的需求和互聯網開發的新需求，研發出物有所值的物聯網產品。硬件設備和軟件程序必須簡單易用，寬帶網絡必須穩定，存儲、調取、媒體瀏覽等操作流暢自如，并且能夠支持講臺、黑板、教師終端和學生終端之間的交互式轉換。滿足這些條件的智慧教室，才能營造出豐富多彩的教學課堂。

其次，將實施適當的混合式教學政策，制訂詳細的方式方法，并對混合式教學改革進行科學測評。與此同時，還要依據課程教學方案、學習質量評估等，制訂科學的評價標準，從而引領高質量的教學實踐[7]。為此，混合式教學不應盲目推進和一刀切式的改革，應該遵循科學的教學發展規律，統籌兼顧、科學引導，從不同專業的教學中取其精華，尋找合適的教學方法和模式。

最后，要對教師進行培訓。高校應基于前瞻性的教學理念，有針對性地開展混合式教學方法等業務培訓，讓混合式教學改革可以穩定發展。

4 總結

綜上所述，在“信號與系統”的實際教學過程中，教師要做到線上與線下雙線并重，靈活運用線上資源輔助線下教學，關注學生的學習狀況，最大限度地發揮出混合式教學模式的作用，創造出一種有溝通的高質量課堂。對于學生而言，也需要配合教師的教學改革，產生理想的教學效果，并且積極地參與到教學活動中，獲得更加豐富的成果。