《數(shù)字信號(hào)處理》課程中的混合式教學(xué)

代喜望 張宇輝 吳昊天 趙巨峰

(杭州電子科技大學(xué) 浙江·杭州 310018）

1 混合式教學(xué)方法

數(shù)字信號(hào)處理課程是多數(shù)理工科學(xué)校都開展教學(xué)的一門通信類、電氣類等專業(yè)核心課程，主要針對(duì)數(shù)字系統(tǒng)中處理信號(hào)的基本理論和方法。該門課程以數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和分析方法為主，培養(yǎng)學(xué)生在確知信號(hào)方面的分析方法與處理技能，讓學(xué)生能夠應(yīng)用FFT計(jì)算線性卷積和頻譜分析，具有設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)FIR和IIR濾波器的基本能力，為日后分析數(shù)字系統(tǒng)和探索解決實(shí)際數(shù)字系統(tǒng)中存在的問題打下基礎(chǔ)[1]。課程基礎(chǔ)要求較高，涉及數(shù)字系統(tǒng)、高等數(shù)學(xué)、復(fù)數(shù)理論等內(nèi)容，知識(shí)覆蓋面廣，同時(shí)需要基礎(chǔ)理論與實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合[2]。然而，僅依靠線下教學(xué)方式，無法讓學(xué)生深刻體會(huì)各種信號(hào)處理方法以及相應(yīng)的工程體驗(yàn)，從而造成學(xué)生理論浮于表面，不能深入理解與思考，無法真正做到對(duì)理論知識(shí)的消化與吸收。學(xué)生解決實(shí)際問題能力較差，學(xué)習(xí)時(shí)的理解困難，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，使其缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性，造成課程教學(xué)效果較差[3]。

混合式教學(xué)是將傳統(tǒng)面對(duì)面線下教學(xué)方式與網(wǎng)絡(luò)化線上教學(xué)方式相結(jié)合的一種教學(xué)方法[4-6]。它充分利用線下教學(xué)中的教學(xué)互動(dòng)和學(xué)習(xí)氛圍優(yōu)點(diǎn)，并將現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化教學(xué)效果，提升教學(xué)質(zhì)量，形成了混合式教學(xué)。

混合式教學(xué)可以充分發(fā)揮教師和學(xué)生的自主性，更能充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。因此混合式教學(xué)在許多課程中得到應(yīng)用和推廣[7-11]。它不僅解決了理工科課程授課方式單調(diào)的問題，也可以應(yīng)用到像英語等文科課程之中。

為此本文將混合式教學(xué)方法應(yīng)用在《數(shù)字信號(hào)處理課程》之中，重構(gòu)傳統(tǒng)課堂教學(xué)，拓展教學(xué)的時(shí)間和空間，從而改變傳統(tǒng)線下教學(xué)因過分使用講授，而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高、認(rèn)知參與度不足、不同學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果差異過大等問題。本文首先介紹了混合式教學(xué)的具體應(yīng)用步驟，包括教學(xué)分析、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施和教學(xué)評(píng)價(jià)。最后給出混合式教學(xué)在課程中的具體應(yīng)用方法，對(duì)課前、課堂和課后三個(gè)階段的不同任務(wù)安排給出了詳細(xì)的解釋。

2 教學(xué)分析與設(shè)計(jì)

教學(xué)分析是教學(xué)的準(zhǔn)備準(zhǔn)備階段，要確定具體的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)。《數(shù)字信號(hào)處理》教學(xué)目標(biāo)主要包括對(duì)離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)相關(guān)科學(xué)的基本概念與原理，并應(yīng)用這些知識(shí)，來分析和解決復(fù)雜工程問題。而基于這個(gè)目標(biāo)，需要調(diào)整具體的教學(xué)內(nèi)容?；旌鲜浇虒W(xué)還需要補(bǔ)充一些網(wǎng)絡(luò)資源，加深學(xué)習(xí)的深度和廣度。比如在課程介紹時(shí)，可以利用線上授課方式，通過一些視頻展示方式，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行概括性介紹，給予學(xué)生一個(gè)直觀的感受。

混合式教學(xué)挖掘與利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高教學(xué)質(zhì)量：線上基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)推送學(xué)生課程有關(guān)的資料，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)。教師在教師端要對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行解釋，合理設(shè)置相應(yīng)問題，并及時(shí)掌握學(xué)生預(yù)習(xí)情況；而學(xué)生端則要提前通過文字、視頻等資料，了解相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，帶著問題入課堂；圖1給出了課前預(yù)習(xí)安排的框架圖。

圖1：課前安排框架

混合式教學(xué)給《數(shù)字信號(hào)處理》課程提供了靈活多變的教學(xué)形式。對(duì)于課程中的基本理論部分可以采用面對(duì)面線下教學(xué)形式，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解；而對(duì)于輔助教學(xué)資源，可以利用線上教學(xué)方式，讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，自己合理調(diào)配時(shí)間進(jìn)行自主閱讀和學(xué)習(xí)。同時(shí)，也可以利用網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)行相關(guān)復(fù)雜問題的設(shè)置，讓學(xué)生進(jìn)行分析和解答，從而便于教師掌握學(xué)生知識(shí)理論掌握情況和實(shí)際解決問題的能力。

混合式教學(xué)可以將《數(shù)字信號(hào)處理》課程內(nèi)容中關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)，分別錄制小視頻，讓學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行預(yù)習(xí)、鞏固；便于線下課程中沒有掌握的同學(xué)再進(jìn)行學(xué)習(xí)；混合式教學(xué)也可以提供一些經(jīng)典的網(wǎng)上授課視頻供學(xué)生學(xué)習(xí)。多種多樣的教學(xué)方式，讓《數(shù)字信號(hào)處理》課程教學(xué)過程可以充分利用各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，選擇最合適的教學(xué)方式，從而提高教學(xué)活動(dòng)的效果。

3 教學(xué)實(shí)施與評(píng)價(jià)

《數(shù)字信號(hào)處理》課程中混合式教學(xué)的具體教學(xué)過程，可以分解為課前、課堂和課后三部分，如圖2所示方式。課前要學(xué)生自己安排時(shí)間，進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)習(xí)。重點(diǎn)是接下來的一些基本概念和知識(shí)點(diǎn)。教師可以根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)和作答情況，在上課之前了解學(xué)生掌握情況，從而在接下來的課堂上進(jìn)行針對(duì)性講解。

圖2：混合式教學(xué)的課前、課堂與課后閉環(huán)

課堂上，根據(jù)學(xué)生掌握情況，對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容和疑難問題進(jìn)行重點(diǎn)講授，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)掌握不好的同學(xué)，可以重點(diǎn)關(guān)注。同時(shí)教師可以融會(huì)貫通，梳理知識(shí)點(diǎn)的前后脈絡(luò)，讓學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)建立整體概念。

課后通過現(xiàn)代信息技術(shù)，發(fā)布一定的問題或作業(yè)，學(xué)生可以線上作答，教師可以線上評(píng)閱，并及時(shí)反饋給學(xué)生。學(xué)生可以依據(jù)自己作答情況，了解相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。教師可以根據(jù)所有學(xué)生數(shù)據(jù)，掌握整體情況，并據(jù)此在教學(xué)上做針對(duì)性的調(diào)整，動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)策略。

《數(shù)字信號(hào)處理》采用混合式教學(xué)后，其教學(xué)評(píng)價(jià)可以充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)資源，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)更為多元化和全面。線上平臺(tái)可以詳細(xì)記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，包括預(yù)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)成績(jī)等。結(jié)合線下測(cè)試成績(jī)，這些課前、課堂和課后綜合學(xué)生整體情況，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面評(píng)估，從而更加公平合理地進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語

在《數(shù)字信號(hào)處理》課程中引入混合式教學(xué)，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，利用現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮了教師和學(xué)生的主動(dòng)性，從而有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，讓學(xué)生可以獲得全方位的知識(shí)覆蓋。針對(duì)混合式在課程中的具體應(yīng)用，論文劃分了課前、課堂和課后三個(gè)階段，并對(duì)每個(gè)階段任務(wù)和安排進(jìn)行了總結(jié)。通過拓展學(xué)生學(xué)和教師教的時(shí)間、空間，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、增加其認(rèn)知參與度，從而提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。