基于雨課堂的“信號與系統(tǒng)”智慧課堂教學(xué)設(shè)計

周 芳 方 成 殷世民 李 華

（桂林電子科技大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 廣西·桂林 541004）

高校的中心工作是人才培養(yǎng)，肩負(fù)著為國家、為社會和為行業(yè)培養(yǎng)有理想、有擔(dān)當(dāng)?shù)母呒墑?chuàng)新型人才，為社會主義現(xiàn)代化強國的建設(shè)提供強有力的人才支撐。課堂教學(xué)作為知識和技能傳授的主陣地，對人才培養(yǎng)的質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用。教育部陳寶生部長于2017 年9 月在《人民日報》上發(fā)表文章，指出要把教學(xué)質(zhì)量作為高等教育的生命線，加快內(nèi)涵式發(fā)展，切實提升教育質(zhì)量，實現(xiàn)“四個回歸”。因此，作為一名高校教師，必須思考著如何提高課堂教學(xué)的有效性和提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量？隨著新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，大數(shù)據(jù)、移動物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)不斷應(yīng)用于高等教育教學(xué)中，為課堂教學(xué)的改革提供新的契機和思路。在此背景下，智慧課堂的概念應(yīng)運而生，成為當(dāng)前教育技術(shù)的研究熱點。[1-4]文獻(xiàn)[1]指出，通過信息技術(shù)構(gòu)建富有智慧的學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于教師實施優(yōu)質(zhì)的教學(xué)活動、學(xué)習(xí)者獲得美好的學(xué)習(xí)體驗，從而達(dá)到培養(yǎng)智慧型人才的目的。文獻(xiàn)[2]詳細(xì)闡述“三步十段”教學(xué)流程及其實施關(guān)鍵。文獻(xiàn)[3]基于微信平臺構(gòu)建智慧課堂教學(xué)模式，通過大學(xué)物理課程教學(xué)試點，結(jié)果表明學(xué)生在學(xué)習(xí)主動性、知識理解等方面取得良好的效果。2016 年4 月，清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同推出智慧教學(xué)工具雨課堂。作為信息技術(shù)與教育教學(xué)深入融合的產(chǎn)物，雨課堂實現(xiàn)教學(xué)全過程的智能化和數(shù)據(jù)化。文獻(xiàn)[4]中，利用雨課堂開展智能車輛課程課內(nèi)實驗教學(xué)實踐，通過自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊協(xié)作，學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題能力得到提升。

課堂教學(xué)被賦予“智慧”元素，朝著信息化、智能化方向發(fā)展，表現(xiàn)在：課前的預(yù)習(xí)、課堂的教學(xué)互動、課后的個性化輔導(dǎo)及其教學(xué)全過程的數(shù)據(jù)支撐和評價反饋等方面。本文分析“信號與系統(tǒng)”傳統(tǒng)課堂教學(xué)中存在的問題，基于雨課堂智慧教學(xué)工具，詳細(xì)闡述“信號與系統(tǒng)”智慧課堂教學(xué)設(shè)計，希望為其它課程的改革和實施提供具體的借鑒。

1 傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足

“信號與系統(tǒng)”是面向大二本科生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過課程的學(xué)習(xí)，要求掌握信號和系統(tǒng)的基本理論和分析方法。[5]該課程是后續(xù)數(shù)字信號處理、圖像處理等專業(yè)課程的基礎(chǔ)。本課程的內(nèi)容包括連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的時域分析和變換域分析，具有很強的理論性，學(xué)生學(xué)習(xí)起來有一定的難度?！靶盘柵c系統(tǒng)”采取傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，教師是知識的傳授者、組織者，控制著整個教學(xué)的進(jìn)程，在教學(xué)中占主導(dǎo)地位；學(xué)生是知識傳授的對象，是被動的接受者。以往的教學(xué)實踐表明，傳統(tǒng)教學(xué)方式教學(xué)效果不夠理想，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維和團(tuán)隊意識培養(yǎng)。具體原因主要包括以下幾個方面：

（1）沒有體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”。教師在教學(xué)中占主導(dǎo)地位，控制著整個教學(xué)進(jìn)程。學(xué)生處于被動聽課，不利于知識的深入理解與構(gòu)建，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果留存率低，學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作探究能力得不到鍛煉。

（2）沒有體現(xiàn)“個性化學(xué)習(xí)”。學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力是存在差異的，如果采取“一個版本”教學(xué)，無法做到因材施教，不利于學(xué)生的個性化成長。

（3）教學(xué)決策不夠精準(zhǔn)。教師主要憑借教學(xué)經(jīng)驗或者作業(yè)反饋，判斷學(xué)生對知識的掌握情況，往往存在偏差，不夠準(zhǔn)確。

2 智慧課堂教學(xué)及特征

智慧課堂有兩種定義：[2]一種是基于信息化的視角，隨著信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，傳統(tǒng)課堂向信息化、智能化課堂發(fā)展；另一種是基于教育教學(xué)的視角，以“知識傳授”為特征的傳統(tǒng)課堂向以“綜合能力培養(yǎng)”為核心的智慧課堂發(fā)展。這兩種定義相互關(guān)聯(lián)，依托大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)，構(gòu)建充滿智慧的教學(xué)環(huán)境，實施富有智慧的教學(xué)活動，最終實現(xiàn)學(xué)生的智慧發(fā)展。相比于傳統(tǒng)課堂，智慧課堂教學(xué)具有以下主要特征：

（1）教學(xué)決策精準(zhǔn)化。利用信息化手段，收集并分析課前、課中和課后全過程的教學(xué)數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)說話，精準(zhǔn)地掌握教學(xué)情況，為調(diào)整教學(xué)策略提供客觀依據(jù)。

（2）教學(xué)互動全程化?；谥腔劢虒W(xué)技術(shù)，打破時空限制，實現(xiàn)課內(nèi)外的師生、生生之間的即時交流和互動。特別是采取小組協(xié)商討論、合作探究的學(xué)習(xí)方式，充分調(diào)動學(xué)生的課堂參與度，真正體現(xiàn)以學(xué)生為中心。

（3）教學(xué)實施定制化。通過對學(xué)生的學(xué)習(xí)時長、作業(yè)完成率和答題正確率等學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，準(zhǔn)確評估學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)能力，從而制定“一對一”的教學(xué)方案和輔導(dǎo)策略。

3 “信號與系統(tǒng)”智慧課堂教學(xué)設(shè)計

3.1 智慧教學(xué)平臺

“信號與系統(tǒng)”智慧教學(xué)平臺選為簡單易用、操作便捷的雨課堂。雨課堂以插件形式嵌入Powerpoint 中，不額外增加操作負(fù)擔(dān)?；谖⑿牌脚_，實現(xiàn)班級的管理、課件的上傳、班級討論等功能。雨課堂通過手機終端實現(xiàn)師生互聯(lián)互通，賦予全新的教學(xué)體驗，包括課前、課中和課后各個環(huán)節(jié)。雨課堂為教學(xué)全周期提供數(shù)據(jù)分析功能，為實現(xiàn)智慧教學(xué)提供強大的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 智慧教學(xué)流程

“信號與系統(tǒng)”智慧課堂的“三段十步”教學(xué)流程，[2]包括課前、課中、課后三個階段以及學(xué)情分析、預(yù)習(xí)設(shè)計、預(yù)習(xí)反饋、情景創(chuàng)設(shè)、探究學(xué)習(xí)、課堂測試、總結(jié)提升、課后作業(yè)、作業(yè)輔導(dǎo)和反思評價十個步驟。該教學(xué)流程分別從教師“教”和學(xué)生“學(xué)”兩個方面描述教學(xué)活動以及它們之間的互動關(guān)系。本小節(jié)分課前、課中、課后三個階段具體闡述“信號與系統(tǒng)”智慧課堂教學(xué)設(shè)計。

圖1 “第3.4 節(jié)卷積和”預(yù)習(xí)設(shè)計

3.2.1 課前預(yù)習(xí)設(shè)計

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，課前階段的教學(xué)任務(wù)包括教師備課和學(xué)生預(yù)習(xí)。由于缺少對學(xué)生課前預(yù)習(xí)的分析，導(dǎo)致教師備課時無法做到有的放矢，合理安排。學(xué)生預(yù)習(xí)目標(biāo)不明確，缺乏導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)。師生、生生之間的課前活動相對獨立，缺少交流討論的平臺?；谟暾n堂智慧教學(xué)平臺，有望改變這一現(xiàn)象，達(dá)到以學(xué)定教，從憑借經(jīng)驗的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榛跀?shù)據(jù)的教學(xué)。首先，教師通過雨課堂推送學(xué)情分析調(diào)查表，掌握學(xué)生儲備的前修知識，便于教師預(yù)設(shè)本次課的教學(xué)目標(biāo)。其次，教師通過雨課堂推送課前預(yù)習(xí)資料，包括慕課、教學(xué)PPT和設(shè)置的測試題，學(xué)生完成教師指定的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，通過雨課堂反饋學(xué)習(xí)過程中遇到的問題并進(jìn)行相關(guān)的討論。通過課前預(yù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力?？紤]到大學(xué)二年級學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)重，為保證預(yù)習(xí)質(zhì)量，預(yù)習(xí)時間控制在15 分鐘完成。預(yù)習(xí)內(nèi)容根據(jù)需要靈活選取，可為相對簡單的2-3 頁教學(xué)課件以及對應(yīng)的慕課，原則上這部分內(nèi)容課堂不再講解。由于學(xué)生的數(shù)學(xué)知識相對薄弱、計算能力相對差，在課堂上需要花時間回顧之前學(xué)過的數(shù)學(xué)知識，因此將數(shù)學(xué)補充知識和計算訓(xùn)練作為課前預(yù)習(xí)內(nèi)容，為課堂講授作前期鋪墊。最后，教師分析雨課堂收集的預(yù)習(xí)反饋數(shù)據(jù)，完成課堂教學(xué)設(shè)計，明確教學(xué)目標(biāo)、重難點和教學(xué)方法，有序地規(guī)劃課堂教學(xué)活動。以“3.4節(jié) 卷積和”為例，雨課堂推送的預(yù)習(xí)作業(yè)如圖2 所示，預(yù)習(xí)內(nèi)容為PPT 課件第16-18 頁和慕課（v3.17 序列的時域分解），并完成相應(yīng)的測試題。通過課前預(yù)習(xí)，要求學(xué)生們掌握離散序列分解時選取的基本序列以及線性組合公式。

3.2.2 課堂教學(xué)設(shè)計

在課中階段，傳統(tǒng)課程教學(xué)包括教師講授和學(xué)生聽課，課堂互動以教師提問為主。教師是知識的傳授者和控制者，學(xué)生處于被動狀態(tài)，主動參與性不高。借助于雨課堂提供的投稿、分組等功能，有利于打破這一局面，從“以教為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)為中心”，從“知識學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳芰ε囵B(yǎng)”。教師充當(dāng)主持人的角色，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。教師應(yīng)該營造師生平等和諧、學(xué)生間團(tuán)結(jié)協(xié)作的課堂氣氛，合理引導(dǎo)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等方式完成知識探究，從而培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，團(tuán)隊協(xié)作和語言表達(dá)等綜合能力。以“第3.4 節(jié)卷積和”為例，詳細(xì)闡述一系列的課堂教學(xué)活動，包括知識點導(dǎo)入、協(xié)作探究、成果展示、課堂測試和教師總結(jié)等環(huán)節(jié)，詳見表1。

表1 “第3.4 節(jié)卷積和”課堂教學(xué)安排

3.2.3 課后作業(yè)及個性化輔導(dǎo)

在課后階段，傳統(tǒng)課堂教學(xué)是學(xué)生完成教師布置的課后作業(yè)，教師通過批改作業(yè)反饋教學(xué)效果。作業(yè)布置針對所有同學(xué)是統(tǒng)一的，作業(yè)批改費時，作業(yè)反饋和講評是滯后的?；谛畔⒒夹g(shù)，雨課堂在作業(yè)分層推送、及時批改、個性化輔導(dǎo)以及教學(xué)反饋等方面具有明顯的優(yōu)越性。首先，針對不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，教師通過雨課堂方便地推送分層作業(yè)，設(shè)置必做題和擴展題。擴展題面向?qū)W習(xí)能力強的同學(xué)，加深學(xué)生的知識深度和拓展學(xué)生的知識廣度。其次，學(xué)生根據(jù)自己的進(jìn)度安排及時提交作業(yè)。雨課堂及時自動批改客觀題并提供答題解析。學(xué)生通過平臺查看作業(yè)批改情況，并與教師、同學(xué)在線討論交流。另外，雨課堂提供詳細(xì)的答題數(shù)據(jù)分析，包括答題完成率、答題正確率以及分?jǐn)?shù)分布情況，教師據(jù)此有效地評估學(xué)生知識點掌握情況，指導(dǎo)下次備課，以利于及時改進(jìn)和實施有針對性的教學(xué)。

4 結(jié)語

作為新一代信息技術(shù)和高等教育融合的產(chǎn)物，智慧課堂教學(xué)代表著未來高等教育的趨勢，有望改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)在教學(xué)精準(zhǔn)化、教學(xué)互動和個性化輔導(dǎo)等方面存在的問題。作為高校教師，應(yīng)該適應(yīng)時代的發(fā)展，主動接納新技術(shù)。然而，我們應(yīng)清醒認(rèn)識到，教育只有技術(shù)不可行，不要讓新技術(shù)主導(dǎo)教學(xué)設(shè)計。教師應(yīng)該以教學(xué)設(shè)計為根本，從學(xué)習(xí)者視角出發(fā)，通過教育技術(shù)支持教學(xué)過程。只有這樣，教育技術(shù)才能更好地服務(wù)于教學(xué)，為教學(xué)提供強有力的技術(shù)支撐。