考試成績分析與本科課程教學改革探索

張培尼，霍國平

（中國礦業大學〔北京〕 人工智能學院，北京 100083）

引言

時代發展和科技進步對高等教育人才培養質量提出了更高的要求［1］。構建新理念、新結構、新模式、新質量的教育體系，實施適應時代特點的教學改革迫在眉睫［2］。“數字信號處理”及其先修課程“信號與系統”是高等院校信息類本科專業扮演承上啟下角色的核心基礎課程。本文根據中國礦業大學（北京）機電與信息工程學院教學實踐，擬通過分析課程期末考試成績，并結合學生問卷調查和交流座談反饋信息，歸納總結影響課程教學質量的主要因素，探索推進課程教學改革的新思路和新舉措。

一、課程現狀與成績分析

“數字信號處理”及其先修課程“信號與系統”是中國礦業大學信息工程本科專業的必修課，是“數字圖像處理”等專業課程的基礎，起著承上啟下的重要作用。以我校信息工程本科專業為例，“信號與系統”課程總學時為64學時，其中理論教學54學時，實驗教學8學時，主要包含信號的時域分析和變換域分析等內容，重點在于建立信號表示與系統描述的基本概念和方法［3］；“數字信號處理”課程總學時為56學時，其中理論教學40學時，實驗教學16學時，主要包含數字信號分析和數字濾波器設計等內容，更加注重算法和應用［4］。

我校信息工程專業本科生2015級（1個班）32人，2016級（2個班）67人，“信號與系統”課程和“數字信號處理”課程兩屆學生的任課教師及期末考試試卷難度均保持穩定。

（一）“信號與系統”課程考試成績分析

表1是“信號與系統”課程的考試成績分布數據，包括各分數段人數百分比、最高分、最低分、平均分和及格率。從最高分、最低分、平均分和及格率上看，兩屆學生的考試成績基本相當，但各分數段學生人數占比存在明顯差異，如圖1所示，2015級成績分布曲線較為陡峭，2016級成績分布曲線則更加平緩。

圖1 “信號與系統”考試成績分布

表1 “信號與系統”考試成績統計

具體來看，80分以上高分段人數百分比2015級（18.75%）較2016級（23.88%）略低，而在70～79分中分段人數百分比2015級（40.63%）較2016級（29.85%）則明顯偏高，69分以下低分數段人數百分比2015級（40.63%）較2016級（46.27%）略低。整體上看，兩屆學生成績區別不大，2015級學生中分數段人數占比相對較大，高分數段人數偏少，而2016級學生中分數段人數占比相對較小，高分數段和低分數段人數占比相對較大，兩極分化程度也更為明顯。

（二）“數字信號處理”課程考試成績分析

表2是“數字信號處理”課程的考試成績分布數據，包括各分數段人數百分比、最高分、最低分、平均分和及格率（由于個別學生留級導致年級總人數有所變動）。從最高分、最低分、平均分和及格率看，兩屆學生考試成績總體上差別不大，但出現了一定程度上的指標背離現象，2015級學生的及格率相對較高但平均分卻相對較低。

表2 “數字信號處理”考試成績統計

從成績分布看，80分以上高分段人數百分比2015級（51.61%）較2016級（60.94%）顯著偏低，在70～79分中分段人數百分比2015級與2016級則基本一致，但69分以下低分數段人數百分比2015級（38.71%）較2016級（29.69%）明顯偏高。如圖2所示，兩級學生考試成績分布曲線都呈現“雙峰”形式，2015級考試成績由于高分段人數與低分段人數較為接近，分布曲線更加對稱，而2016級考試成績低分段人數相對較少，高分段人數相對較多，分布曲線峰值呈現“左低右高”。

圖2 “數字信號處理”考試成績分布

通過以上數據分析，與先修課程“信號與系統”考試成績相比，“數字信號處理”課程兩屆學生的考試成績中分段人數占比同時出現了急劇下降，兩屆學生同年級內部的兩極分化現象都變得更加突出。需要特別指出的是，與2015級學生相比，2016級學生“信號與系統”課程考試成績高分段人數占比優勢在“數字信號處理”課程中得以保持，而低分段占比劣勢得到了扭轉，在一定程度上體現了優秀學生群體的積極帶動作用。

（三）學生反饋信息

本次針對2016 級學生學習“數字信號處理”課程的情況開展了問卷調查和交流座談。其中，調查問卷內容為課程每章節內容的掌握情況（“完全理解”“基本理解”和“不理解”），65名學生無記名地填寫了調查問卷。表3 是調查問卷的統計結果，學生對于1 至3 項側重數學基礎公式的內容掌握情況相對較好，“完全理解”和“基本理解”人數占比達90%以上；學生對于第4 項引入濾波器概念的內容掌握程度開始出現下降，“不理解”人數占比顯現上升態勢；對于5 至6 項側重濾波器設計和應用的內容掌握程度相對較差，“不理解”人數占比顯著上升。以上說明，對于“數字信號處理”這門起著承上啟下關鍵作用的課程，在教學培養目標中占據最重要地位的“掌握基本類型的濾波器設計”環節仍然存在教學短板。

表3 課程內容掌握情況的調查統計（2016級）

此外，通過與部分學生進行座談交流，對學生提出的比較有代表性的問題進行了梳理。（1）學習環境：易受宿舍學習風氣影響，集體活動少，同學交流少。（2）學習狀態：興趣不足、找不到動力，被動應付考試，看手機、玩游戲導致學習不專心或擠占學習時間，“臨時抱佛腳”，渴望教師主動關心學習情況，不希望掉隊。（3）教學情況：概念的來龍去脈講得不夠透徹，知識點有時存在跳躍性、接不上，講課形式單一、不生動，講知識多、講學習方法少，實驗課堂驗證多、探索少、團隊合作少，考試考核評價形式單一。

二、影響課程教學質量的主要因素

針對以上期末考試成績分析及學生反饋信息，通過與教研組其他成員進行討論交流，對影響課程教學效果的主要制約因素進行了歸納總結，主要包括以下五個方面。

（一）社會問題

隨著社會生活網絡化、虛擬化程度的不斷加深，部分學生在課堂上低頭看手機、沉迷網絡游戲現象較為突出［5］，由此導致學生有效學習時間和學習質量大打折扣，這類學生人數比例約8%，與表2中不及格人數平均占比大致相當。

（二）學風問題

除去生源因素外，學生所處環境對學習風氣的影響尤為關鍵，除本文所涉及的兩門課程任課教師外，其他課程教師也反映學習風氣呈現出的宿舍化、班級化、年級化特點比較明顯，集體氛圍對成績的影響更加突出。

（三）單向教學問題

以教師為主體的教學模式難以有效激發學生的主觀學習意志，教師與學生間的互動不足，學生的學習熱情持續性較差，自我學習能力培養不夠。此外，單向教學模式導致學生被動參與，教師對學生學習程度和特點的差異性照顧不夠。

（四）課程內容問題

新版培養方案對課堂教學學時進行了壓縮，但課程內容的精簡不夠細致，內容安排不夠系統、科學，先修課程和后續課程存在內容重復和銜接脫節問題。此外，理論教學與實驗教學內容設計較為制式化，雖然重視從理論學習到實驗學習的銜接，但理論教學課堂缺乏對學生實驗熱情的激發和引導，以實驗學習促進理論學習的閉環反饋考慮不足。

（五）成績評價問題

期末考試在課程學習成績評價中所占權重過大，階段性的考核評價形式單一且權重過低，導致對學生學習過程評價的重視程度不夠，教師不能有效及時地根據學生學習程度采取針對性措施，難以有效預防和遏制兩極分化現象。此外，成績評價的形式和內容不夠豐富，評價要素過于偏重課程知識本身的掌握情況，由此導致考試成績難以全面體現學生的綜合學習能力，評價指標存在“失真”隱患。

以上集中體現了課程教學活動中遇到的問題和制約因素，對改革教學模式、教學內容和成績評價機制提出了迫切要求。

三、教學改革建議

根據“數字信號處理”課程及其先修課程“信號與系統”的特點，對該課程的教學改革方案提出如下建議。

（一）構建以學生為中心的教學模式

以學生為中心體現的是教育體系和培養模式的目標導向，要始終明確學生在實施教育過程中的中心地位，要將激發學生的主動學習熱情和培養學生的自主學習能力作為教學改革的關鍵內容［6］。

1.激發學生的主動學習熱情。“數字信號處理”課程及其先修課程“信號與系統”包含的數學演算推導內容較多，針對學生的學習興趣不足、方法不強、主動性不夠等問題，應從引導和啟發學生建立學習目標入手，打牢興趣基礎，繼而將學生引入學習知識和培養解決實際問題能力的良性軌道上來。另外，還要注意加強教學活動中的師生互動，要充分利用互聯網工具，建立各個教學環節快捷高效的信息傳遞機制，鼓勵學生參加課題研究，促進學生對學科前沿和工程實際的熟悉程度，引導學生自主檢索和搜集文獻，主動構建知識體系，以此促進師生間和學生間建立更加緊密的聯系，通過良好的集體氛圍增強學生的學習動力。

2.培養學生的自主學習能力。要改變以教師為中心的傳統教學模式，打破原有的“教”與“學”的主從關系［7］，將“學”放在主體地位，以“學”促“教”。教師應將主要精力放在營造學習環境和構建學習平臺上來，主動從教育者向指導者轉變，引導學生主動獲取知識，充分發揮主觀能動性。努力破除“教師講，學生聽”的單一教學模式，可采用引導式、討論式等多元化的教學方式，調動學生學習的積極性和主動性，從源頭上提高學生課堂上的注意力，從“要我學”到“我要學”進行轉變。

3.加大差異化教學嘗試。針對課程考試成績體現的兩極分化現象，應對“好、中、差”不同學習程度的學生采取差異化施教措施。在教學實踐中發現，成績較差的學生多數缺乏良好的學習習慣，如課堂缺勤、聽講不專注、被動應付作業，甚至出現作業抄襲行為。因此，在教學環節中可通過多提問、多上臺演示等方式提高學生的關注度，增加測驗的靈活性和生動性，及時跟蹤記錄學生的出勤情況、課堂狀態和作業完成質量，掌握學生學習動態并采取針對性措施。為照顧學生學習程度的差異性，各個考試測驗環節均可增加必做題和選做題的設計。必做題側重課程的基本知識點的掌握；選做題較必做題有一定程度的難度，將“保底不封頂”真正體現在教學的全流程上，促進各類學生的整體進步。

（二）打造重點突出、銜接緊密的教學內容

教學內容是開展教育活動的基礎，教學內容的合理性對教學效果和質量起著尤為關鍵的作用。根據我校課程教學實踐，對優化教學內容提出如下建議。

1.突出教學內容的重點。明確“信號與系統”與“數字信號處理”兩門課程的側重點，即“信號與系統”課程突出信號的基本概念和原理，“數字信號處理”課程突出數字化方法和技術應用，根據概念和理論的生成演化邏輯，精簡兩門課程的重疊內容，在保持邏輯連貫的前提下合理加大公式推導的理解程度，減輕機械記憶公式負擔，強調公式的實際使用意義和價值，注重實際應用和解決問題能力。

2.建立理論與實驗教學的緊密銜接。“信號與系統”和“數字信號處理”兩門課程具有很強的工程應用背景，理論教學與實驗教學緊密聯系，相輔相成。學生在課堂上學習的基礎理論和原理并不能帶來直觀的理解和價值感受，實驗課程決定著理論學習能否真正地落地。目前，實驗課程設計容易出現的問題有實驗內容機械化、實驗方式制式化等，導致學生動手實踐和理論學習之間相互的正向激勵和支持不夠。其中，關鍵問題在于教師對理論課程和實驗課程的主動銜接設計不夠。因此，應在課堂教學中增加啟發性和探究性內容，設計能促進討論和參與的開放式問題，預留疑問和伏筆，激發學生的好奇心，制造能夠引發更多獨立思考和探索的動因。實驗教學環節要以解決課堂教學留下的疑惑和問題，完成開放性項目或案例為抓手，大力培養學生的主動思考、創新設計和交流合作能力，注重建立從實驗結果自主反推理論解釋的能力，訓練科學素養，激發科學探索精神，由此形成課堂教學和實驗教學互助相長的培養模式。

（三）探索多元化的學習成績評價機制

為適應新時代人才培養要求，各高校應對學生學習成績評價體系進行積極的改革探索。針對學生成績評價存在“失真”的問題，為更加有效地體現成績的公平和激勵作用，需要對學習成績評價機制進行優化。

1.要注重對學習過程的成績評價。過程評價的情景應包括實體課堂、課后線下學習、課后線上學習等，過程評價的階段設計應與教學進度相匹配，要便于動態掌握學生的學習程度，及時發現掉隊學生，采取靈活機動的教學措施；過程評價的權重要合理分配并適度加強，改變“一錘定音”式的期末考試獨大格局，降低期末成績的比重，增加階段考試成績占比，降低期末考試前臨時突擊的作用，對防止兩極分化和促使學生重視學習過程起到基礎性作用。

2.要豐富和優化成績評價的要素、形式和內容。評價的要素應包括學科基礎素質、學術綜合素質、團隊合作素質等，要素的構成要以學生未來的工作實踐為指引進行科學設計；評價的形式要與評價的情景相對應，應包括課堂出勤率、復習預習情況、基礎作業情況、方案設計質量、文獻檢索能力、交流合作能力等方面；評價的內容要以檢驗學生的綜合學術素質和學習能力為目標，題目設計應側重吃深、吃透重要基礎概念，提高開放性設計類題目的占比，鼓勵創新思維，增加團隊合作題目，培養集體解決問題的能力。以上改革方向對教師團隊的工作能力提出了更高的要求，也更加充分地體現出人才培養的目標導向。

結語

考試成績是學生學習情況和教師教學效果最直觀的體現。本文以“數字信號處理”課程及其先修課程“信號與系統”的教學實踐為例，通過關聯對比和深入分析不同年級學生的考試成績，并結合學生問卷調查和交流座談反饋信息，對教學模式、教學內容、成績評價機制等方面進行了有益探索并提出了教改建議。