TPACK下的數(shù)字信號(hào)處理課程信息化改革

韓建峰　宋麗麗　李春明　高志奇　戚偉世

摘 ?要 介紹TPACK的框架結(jié)構(gòu)及模型，針對(duì)目前數(shù)字信號(hào)處理課程存在的知識(shí)點(diǎn)繁多、教學(xué)方法單一、信息化程度不夠的問題，將課程內(nèi)容進(jìn)行單元?jiǎng)澐峙c學(xué)習(xí)，提出線上互動(dòng)方案，采用多種教學(xué)方法，引入TPACK理念，把信息技術(shù)和教與學(xué)進(jìn)行深度融合。

關(guān)鍵詞 TPACK;數(shù)字信號(hào)處理;信息化教學(xué);微課;網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái);翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號(hào)：G642.3 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）06-0107-03

1 前言

數(shù)字信號(hào)處理是電子信息類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，是信號(hào)與信息處理系列課程中承前啟后的核心課程，在知識(shí)體系中處于重要地位，具有較強(qiáng)的理論性[1]。將TPACK（Technological Pedagogical Content Knowledge）

理念引入課程，把信息技術(shù)和教與學(xué)進(jìn)行深度融合，積極探索并實(shí)踐數(shù)字信號(hào)處理課程的信息化教學(xué)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力并最終達(dá)成人才培養(yǎng)目標(biāo)具有重要意義。

2 TPACK理念及框架結(jié)構(gòu)

TPACK是美國(guó)學(xué)者科勒（Koehler）和米什拉（Mishra）于2005年在舒爾曼（Shulman）提出的學(xué)科教學(xué)知識(shí)（PCK）的基礎(chǔ)上提出的。實(shí)踐表明，對(duì)于TPACK的研究有利于提高教師掌握和運(yùn)用信息技術(shù)的能力。TPACK由內(nèi)容知識(shí)（Con-

tent）、教法知識(shí)（Pedagogy）和技術(shù)知識(shí)（Technology）組成，如圖1所示。內(nèi)容知識(shí)即教學(xué)的學(xué)科知識(shí);教法知識(shí)指關(guān)于教和學(xué)的過程、實(shí)踐和方法的深層知識(shí);技術(shù)知識(shí)指用于教學(xué)的信息技術(shù)[2]。TPACK理念就是把注意力指向內(nèi)容、教學(xué)法和信息技術(shù)的交互，如圖2所示。

面對(duì)飛速發(fā)展的教育信息化技術(shù)和紛至沓來(lái)的教育信息化理念、模式，高校教師如何選擇適合的教育信息化發(fā)展道路，特別是對(duì)于地方高校而言尤為重要。無(wú)論如何，“傳道、授業(yè)、解惑”是教師的天職，培養(yǎng)合格的學(xué)生是教育教學(xué)工作的最終落腳點(diǎn)，所以只要恰當(dāng)?shù)貙⒔虒W(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合在一起，能夠促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)、全面發(fā)展，就是好的教學(xué)，這也是TPACK理念的核心思想。簡(jiǎn)單地說，TPACK理念就為教學(xué)內(nèi)容選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法、采用適當(dāng)?shù)男畔⒓夹g(shù)實(shí)施。

TPACK理念下的信息化教學(xué)并不是僅僅沿用現(xiàn)有教學(xué)方法、單純利用信息技術(shù)將現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)，而是整合信息技術(shù)改善教學(xué)的同時(shí)，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和重新分配，采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法促進(jìn)教學(xué)，即信息技術(shù)與教與學(xué)的深度融合。

3 課程建設(shè)中存在的主要問題

數(shù)字信號(hào)處理是內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)首批認(rèn)定立項(xiàng)建設(shè)的雙語(yǔ)教學(xué)課程，多年來(lái)經(jīng)過精品課程和校級(jí)相關(guān)教研項(xiàng)目的建設(shè)，具備較好的基礎(chǔ)。但是目前隨著教育信息化的迅速發(fā)展和普及，用與時(shí)俱進(jìn)的眼光來(lái)衡量，用TPACK理念作為標(biāo)尺，數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)現(xiàn)還存在一些問題。

課程知識(shí)體系需優(yōu)化 ?數(shù)字信號(hào)處理與其先修課信號(hào)與系統(tǒng)作為電子、通信專業(yè)在信號(hào)系統(tǒng)與控制知識(shí)領(lǐng)域的核心課程，核心知識(shí)點(diǎn)存在部分重疊，如離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的分析、Z變換等。在這兩門課程的分離教學(xué)中，極易出現(xiàn)重疊教學(xué)內(nèi)容占用較多學(xué)時(shí)的問題。另外，數(shù)字信號(hào)處理課程的知識(shí)點(diǎn)較多，學(xué)生極易陷入多個(gè)概念的機(jī)械記憶中，對(duì)于整個(gè)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)很難形成較為清晰的認(rèn)識(shí)。

課程教學(xué)信息化程度不高，教學(xué)資源較單一 ?課堂教學(xué)中使用的視頻主要來(lái)源于教材配套的教輔資源，可用于演示并輔助講授，沒有完整的知識(shí)點(diǎn)講授過程，不適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí);教學(xué)課件主要圍繞講授式教學(xué)設(shè)計(jì)，不能完全滿足教學(xué)改革的需要;與先進(jìn)學(xué)校相比，采用的信息技術(shù)手段單一、與學(xué)生的線上互動(dòng)少;課堂教學(xué)主要為講授，學(xué)生參與課堂互動(dòng)較少，態(tài)度不主動(dòng)，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

4 TPACK理念下的數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)信息化改革

教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu) ?通過不斷地探索和教學(xué)實(shí)踐，對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理兩課的教學(xué)內(nèi)容和課程體系進(jìn)行優(yōu)化和改革，前者重點(diǎn)分析信號(hào)與線性時(shí)不變系統(tǒng)的基本概念和理論，而后者則側(cè)重離散時(shí)間信號(hào)的處理方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[4]，在保持各自教學(xué)的完整性基礎(chǔ)上，更好地銜接兩門課程，提升整體教學(xué)質(zhì)量。

針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程知識(shí)點(diǎn)繁多，在教學(xué)內(nèi)容組織上進(jìn)行單元?jiǎng)澐謱W(xué)習(xí)，以數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的組成為主線，注重前后知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，在課堂教學(xué)中時(shí)常將各組成部分與系統(tǒng)對(duì)照，明確相關(guān)理論和方法的目的及用途。課程選用教材為Sanjit K. Mitra編著的Digital Signal Processing： A Computer-Based Approach（Fourth Edition），按照學(xué)科內(nèi)容知識(shí)與教學(xué)融合的設(shè)計(jì)思路，將主要教學(xué)內(nèi)容分為10個(gè)單元[3]，如表1所示。

深化課堂教學(xué)的信息化建設(shè)

1）開拓線上教學(xué)平臺(tái)。設(shè)計(jì)和完善課程知識(shí)體系，將各知識(shí)單元的難點(diǎn)和重點(diǎn)制作成微課/微視頻，發(fā)布在學(xué)校所提供的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，共計(jì)20余個(gè)微視頻已經(jīng)上線。學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況自主安排，隨時(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)。另外，使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)多種功能，實(shí)現(xiàn)作業(yè)提交、答疑討論、各類學(xué)習(xí)資源發(fā)布、課程通知等，如圖3所示。建設(shè)包括移動(dòng)端在內(nèi)的一站式線上課程教學(xué)訪問模式，可以隨時(shí)隨地開展學(xué)習(xí)指導(dǎo)、學(xué)生互助學(xué)習(xí)等。

2）改進(jìn)教學(xué)方法。開展以PBL（Problem-based Lear-ning or Project-based Learning）為核心的探究式教學(xué)[5]、以學(xué)生為中心的同伴教學(xué)（Peer Instruction），以及翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)，以課程中重要原理為對(duì)象，設(shè)計(jì)具有一定工程應(yīng)用背景的小項(xiàng)目或小課題;針對(duì)課程中的基本概念設(shè)計(jì)測(cè)試題，借助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)組織課堂教學(xué)，將傳統(tǒng)的單一講授模式變成基于問題的互動(dòng)式小組學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作探究。對(duì)于具有一定理論深度、較難理解和準(zhǔn)確掌握的知識(shí)點(diǎn)，開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革，以學(xué)習(xí)小組為單位，開展線上學(xué)習(xí)和線下研討，通過練習(xí)、討論、分享等環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知，教師加以針對(duì)性引導(dǎo)，使學(xué)生建立系統(tǒng)的、結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系。

實(shí)踐證明，基于課程深度信息化的建設(shè)，采用科學(xué)合理的教學(xué)方法，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能和信心，降低學(xué)生學(xué)習(xí)焦慮，能夠促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣的提升。

5 結(jié)語(yǔ)

引入TPACK理念，深入改革數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)，切實(shí)提升課程教學(xué)的信息化水平，將信息化技術(shù)與課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法深度融合，對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)學(xué)生批判式思維和創(chuàng)新能力，發(fā)揮該專業(yè)基礎(chǔ)課程對(duì)整體課程體系的輻射和支撐作用，都具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]教育部高等學(xué)校電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì).高等學(xué)校電子信息科學(xué)與工程類本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范 試行[M].北京：高等教育出版社，2010.

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