基于微信公眾平臺的"信號與系統(tǒng)"翻轉課堂教學研究

龍慧 鐘新躍

摘 要：“信號與系統(tǒng)”課程是電子、信息及通信類專業(yè)必修的重要專業(yè)基礎課。針對傳統(tǒng)的“信號與系統(tǒng)”的教學模式存在的問題，提出了借助互聯(lián)網慕課平臺創(chuàng)建網絡教學資源，引入翻轉教學模式，將學習金字塔模型的多種教與學的方法用于“信號與系統(tǒng)”課程的教學。新模式的創(chuàng)建對于高等院校的教學改革具有重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：微信公眾平臺;翻轉課堂;信號與系統(tǒng);慕課

Abstract：The "Signal and System" course is an essentially foundationally professional course for the electronics， information and communication majors. Aiming at the problems existing in the traditional "Signal and System" teaching mode， we use the WeChat public platform to create online teaching resources， guide the self-learning after class in the pre-course， introduce the flip teaching mode， and learn the various teachings of the pyramid model. The method of learning is used in the teaching of the "Signal and System" course. The creation of the new model has important reference value and reference significance for the teaching reform of colleges and universities.

Key words：weChat public platform;flipped-class;signal and system;moocs

0 引言

“信號與系統(tǒng)”是電子、信息及通信類專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎必修課程，更是各大高校該領域首選的考研課程，其重要性不言而喻。該課程以“高等數學”、“復變函數”和“電路”為基礎，內容涉及眾多的數學公式推導，內容晦澀難懂。如何激發(fā)學生的學習積極性，提高學習效率，加強學生的實踐能力成為當前該課程急需解決的問題之一。

近年來，慕課[1]、微課和翻轉課堂[2]正借助強大的互聯(lián)網掀起了一場在線教育革命。近日根據我國QuestMobile發(fā)布的《移動互聯(lián)網2018半年報告》[3]顯示，在2018上半年，中國移動互聯(lián)網用戶已經達到了驚人的11億人，微信的用戶數量達到了9.3億人，因此，借助微信平臺和網絡慕課開展在線教育將使教育發(fā)生革命性改變。

2 課程特點及存在問題

2.1 課程特點

“信號與系統(tǒng)”課程內容包括線性時不變系統(tǒng)傳輸與處理的基本概念和基本方法，從時間域到變換域、從連續(xù)到離散的基本原理和基本方法等等。學習理解傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換的數學概念、物理概念與工程概念，掌握利用信號與系統(tǒng)的基本理論與方法來分析和解決實際問題的方法，為進一步學習后續(xù)課程打下堅實的基礎。該課程已經被麻省理工大學電氣工程與計算機學院列為六大核心主干課程之一。

2.2 存在問題

1） 授課內容晦澀難懂

“信號與系統(tǒng)”是一門以信號處理的傅立葉變換為核心的理論性很強的課程，傳統(tǒng)的教學常常以理論的推導為主。授課過程圍繞大量定理進行描述，充斥著公式推導和證明。這樣就使得信號與系統(tǒng)的有關概念顯得非常抽象，學生很難把教材中所講的數學函數與實際的波形聯(lián)系起來，給學習帶來了很大的困難，尤其是部分數學稍弱的同學就會因為跟不上而放棄課程，這在很大程度上影響了本課程的教學效果。

2） 授課模式單一、學生參與度低

現(xiàn)有的課堂，授課模式單一，多數情況下是老師借助多媒體PPT進行講授，學生需要緊跟老師的思維，如果當中有個別環(huán)節(jié)遺漏就可能跟不上來，一旦知識鏈出現(xiàn)斷裂，后續(xù)的課程學習起來就很困難，甚至會出現(xiàn)應付式聽課現(xiàn)象。學生被動學習，參與度低，造成知識吸收率低。

3） 作業(yè)模式不豐富

課后作業(yè)的作用是輔助學生掌握課堂知識的一種有效手段，還可以在一定的程度上查漏補缺，也是師生之間有效溝通的一座橋梁?，F(xiàn)在大多數情況下傳統(tǒng)的書面作業(yè)仍然是作業(yè)的最主要形式。這種機械的作業(yè)模式，讓部分學生形成了“復制”作業(yè)的習慣。不利于不同層次學生發(fā)展的需求，阻礙了學生自主、合作、探究學習意識的形成與發(fā)展。

2.3 國內現(xiàn)有的教學模式

謝守清[4]提出通過整合教學內容和實驗體系，構建開放性教學體系，提倡理論與實踐并重。李麗芬提出以課程綜合設計和畢業(yè)設計為主線，更注重學生實踐和創(chuàng)新能力的實踐培養(yǎng)。滕建輔[5]2009年引入伯克利大學教材[6]以選修課方式小班授課，以課程設計為切入點，推進小組合作。索麗敏[7]提出從工程角度出發(fā)，引入CDIO理念，增加工程模擬類實踐環(huán)節(jié)，并在考試增加實踐環(huán)節(jié)。

3 學習金字塔和翻轉課堂的教學模式

3.1 翻轉課堂

近年來，“翻轉課堂”教學正在興起，它創(chuàng)造了一種混合使用技術和親自動手活動的教學環(huán)境。在翻轉課堂中，典型的課題講解時間由實驗和課內討論等活動所代替，而課堂講解內容則以視頻等其他媒介形式由學生在課外活動時間內完成，其作為一種國際化創(chuàng)新型教學模式，有著傳統(tǒng)教學所無法比擬的獨特優(yōu)勢。

3.2 學習金字塔理論

美國緬因州國家訓練實驗室的學習金字塔理論是主要研究被動學習與主動學習之間的學習效果差異。該理論表明 “聽課”模式兩周后僅能記住5% ，聲音圖片、示范、小組合作、討論、做中學則依次提高，而教會別人更是高達90%。結合上述多種教&學的方法，來建設教學資源為教學提供平臺支撐，如圖1所示。

借助互聯(lián)網網絡學習平臺，建立學習資源庫，以精熟學習法為主線，以翻轉課堂為模式，將金字塔理論主動教與學的模式用于信號與系統(tǒng)課程學生學習體系和教師導學體系，幫助學生們進入自主學習狀態(tài)。

3.3 微信公眾平臺

微信公眾平臺又稱為微信公眾號，是騰訊公司微信產品的拓展平臺。通過這個平臺，個人和企業(yè)都可以通過推文，實現(xiàn)和特定群體的文字、圖片、語音的全方位溝通和互動[8]。高校學生群體是微信公眾平臺活躍的關注者，也是微信推文的傳播者，更是推文制作的參與者。目前，很多高校、院系、社團等設立了公眾號用于推廣信息及提供更多服務，而在教師也開通了與課程相關的公眾號服務于課堂教學和知識前沿的推送。將正在學習課程的知識的同學納入微信公眾平臺編輯團隊，參與知識的整理歸納總結，以新的模式來強化知識復習，整體提高學生學習的積極性和主動性。

4 基于微信公眾號的信號與系統(tǒng)教學實施

本課程以2015～2016級四個班級共160名學生為實驗對象，構建了基于微信公眾號的信號與系統(tǒng)的翻轉課堂教學研究，取得了良好的教學效果。同時，通過訪談等形式調查了翻轉課堂的優(yōu)點和過程中應注意的問題。

4.1 微信公眾平臺的資源建設

慧聲繪設E課堂微信公眾平臺由E課堂、E測試、微課堂、拓展模塊四大板塊組成。學生以課堂“自己教”為目標，調動內驅力完成課前的“學與練”，微信平臺提供E課堂模塊提供了課前學習的任務書、學習視頻。E測試提供了課前學習知識點的測試，微課堂提供了難點問題視頻解析，如表1所示。

4.2 基于微信公眾平臺的教學環(huán)節(jié)設置

教學過程包括課前的學與練、課中學習和課后鞏固3個階段，如圖2所示。

1） 課前，學生課前進入微信公眾號 E課堂板塊明確任務、學習視頻。選擇材料進行自主學習。學生課前還要進行知識點檢測以檢查主動學習的效果。

2） 課中，教與學課中的教與學過程包括3個方面：① 學生教的過程，以教促學，② 做中學，即小組合作完成項目任務，現(xiàn)在向大家展示部分同學的成果。 ③ 教師教。教師的實體課堂依托導航清晰、操作簡便的多媒體課件，該課件色彩搭配協(xié)調，視覺效果好、案例豐富。

3） 課后，練如何解決課堂練習時間不夠的問題，除了課堂做中學，還需要進行大量的課后練。

微信平臺的E測試模塊不僅為學生提供大量信號與系統(tǒng)考研題庫，其測試模塊，還能為課堂提供高效的隨堂測試，微課堂更為課堂測試提供視頻解析。

4.3 教學組織形式

依托微信公眾平臺，依據學習金字塔理論設計多種教與學的模式，如表2所示。

1） 學生教（教會別人）：課程的基礎知識點部分采用小組合作，課堂的前十分鐘用于學生上臺教。學生梳理基本的知識點，并進行知識點的講解，嘗試用1-2個小習題為同學們加深知識點的理解。

2） 教師教：教師理清學生教過程中不清晰的地方，進一步深入講解難點知識，布置相應的案例操作部分。

3） 小組討論：采用多媒體動畫、學生討論的形式，讓學生討論知識難點，如傅里葉變換的頻譜圖繪制等內容。

4） 工程實踐：布置matlab案例實踐，以小組合作完成任務，并要求小組必須錄制視頻上傳慕課平臺，形成全員互動。

5） 信息化手段促學：充分利用微信平臺的小測試，超星慕課的單元測試用于隨堂測試、課前、課后測試。討論功能、問卷調查、作品show、課堂選人等，實現(xiàn)多重角色互動的信息化教學。

4.5 教學效果及需要注意的問題

1） 教學效果

傳統(tǒng)的課堂教師講授新內容，課后以習題的方式鞏固，而課程本身理論性強使得學生的參與度較低。有學生曾經夸張的形容：“彎腰撿個筆，再起來就可能跟不上”。但是在地方普通二本院校中，這樣前后關聯(lián)大的知識有一個地方落下就會導致后面跟不上。采用翻轉課堂以后，課前學生可以跟著老師給出的主線來預習知識點，再通過習題來測試對知識的掌握情況。對于難點問題，課中能有側重點的聽課并使用研討、討論等多種方式學習。

在我校開展翻轉教學以來，對學生進行兩次考試發(fā)現(xiàn)，期中考試成績中實驗班和對照班的學生成績平均值分別為68.9和63.6， 標準差分別為為14.4和12.3，優(yōu)秀率分別為8%和0%。期末考試成績中實驗班和對照班的學習成績平均值分別為79.5和72.5，標準差分別為13.2 和13.2，優(yōu)秀率分別為13.5%和2%。這說明實驗班的成績整體水平較高，其標準差稍大，是因為優(yōu)秀的比例較高。相對而言，對照班同學成績在整個階段都表現(xiàn)較弱。

2） 優(yōu)勢及需要注意的問題

經調查，同學們認為課堂上當小老師教會別人對自己的推動促進作用更大。在線測試環(huán)節(jié)的利用率最高，錯題視頻解析對學生最有價值。這也說明翻轉課堂能讓學生帶著問題預習后在參與課堂學習，提高了學習效率。課堂上的上臺教授別人，帶給學生臺上一分鐘臺下十年功的體驗，能更專注更深刻的思考學習內容以便教會別人。由于需要持續(xù)的幫助教師和同伴，學習的主動性得到了很大的提高，學習興趣不斷高漲，其語言表達、問題解決、團隊協(xié)作能力也得到了很大的提高。

通過訪談匯總得出以下一些需要注意的問題：在教學組織的過程中，需要提早發(fā)布教學資源;運行的初期需要多次提醒學生參與;測試講解需要及時反饋;對于學生的留言和評論及時反饋;教學視頻的制作不宜過長;在線測試的成績、期中在線測試的成績因作為期末成績的一部分能更有效的調動學習積極性。

5 總結

與傳統(tǒng)教學模式相比，基于微信公眾平臺的“信號與系統(tǒng)”教學新模式，能充分體現(xiàn)學生在學習中的主體作用，發(fā)揮學生的主動學習熱情，教師致力于多方面引導，設計合理的環(huán)節(jié)和項目案例，協(xié)助課堂小組分工合作以及管理，充分調動學生的積極性和主動性，提高自學能力。這種新的教學模式必將有利于提高學生的綜合素質。

參考文獻

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[2] 鐘曉流，宋述強，焦麗珍. 信息化環(huán)境中基于翻轉課堂理念的教學設計研究[J]. 開放教育研究，2013，19（1）：58-64.

[3] QuestMobile研究院.中國移動互聯(lián)網2018半年大報告[EB/OL]. （2018-07-18） http：//www.questmobile.com.cn/research/report-new/33.

[4] 謝守清，許丹奇，袁國祥. 信號類課程開放性教學體系的研究與實踐[J]. 長春師范學院學報，2007（6）：37-41.

[5] 滕建輔，關欣，白煜.信號與系統(tǒng)的結構與解釋課程的教學體會[J].電氣電子教學學報，2010， 32（5）：21-24.

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[7] 索麗敏，富爽，邸國輝. 基于CDIO模式的研究生信號處理課程的教學改革與實踐[J]. 教育教學論壇，2015（16）：140-141.

[8] 王雁南，孟鳳林，盧媛，等.基于微信公眾平臺的大型儀器開放共享探索[J].實驗技術與管理，2019（1）：274-277.

（收稿日期：2019.04.06）