数字信号处理线上线下混合教学模式设计及研究

张竞成 黄爱爱 黄然 袁琳 饶欢乐

摘 要

2020年爆发的新冠疫情对全国高校的教学工作产生严重冲击，随着广大教师疫情期间对线上教学的熟悉和适应，如何在后疫情时代将线上与线下教学方式融合进行课程教学改革，成为高校教学改革的一个重要发展方向。笔者结合自身在数字信号处理这门工科专业课程上多年的教学经验，提出数字信号处理线上线下混合教学模式设计思考，具体包括：1）采用OBE理念的线上线下混合式教学;2）明确数字信号处理课程教学目标;3）数字信号处理线上线下混合教学模式设计;4）课程学习资源建设及使用原则;5）课程评估设计。希望通过对于该门课程线上线下混合教学模式的探讨为更多大学课程的改革提供思路。

关键词

线上线下;混合式教学;数字信号处理;教学模式改革

中图分类号： G434                      文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.16.003

2020年在全球爆发的新冠疫情对高校的教学工作产生严重冲击，在严峻的疫情防控形势和停课不停学的双重要求下，目前中国的多数高校在3月至4月间将传统的线下课程教学搬至线上，这一过程在给广大教师带来不便的同时，却使多数教师对原本不太熟悉的线上教学平台和手段有了更多的理解，并且逐渐认识到线上教学的种种优势。而这种改变和认识，恰恰是未来高校教学模式优化的契机。在后疫情时代，我们更应该思考如何将线上和线下的教学手段结合，丰富课程教学的形式，提升课程教学的效果，提高人才培养的质量。在这一背景下本文以数字信号处理这门工科专业课程为例，探讨其线上线下混合式教学的模式设计，为这一方向的教学改革与实践提供思路。

1 OBE理念的线上线下混合式教学

线上线下混合式教学是混合式教学（Blending learning）在互联网时代的一种延伸。其中，线下教学作为传统的教学方式，需要学生在教室环境里与教师进行面对面的教学。这种面对面的教学方式在信息的表达和传递效率，互动交流等方面目前仍然具有网络形式无法替代的优势。而线上教学是随着互联网技术出现的一种教学方式，在早期以电子教案及教学资料网络分享为主，近年来随着网络带宽的提升，开始出现直播、录播以及在线布置作业、答题、测试以及小组讨论等功能，大大提高了教学组织的效率。线上线下混合式教学能够更好地满足不同层次学生的个性化需求，而这种教学方式与成果导向教育OBE（Outcomes-based Education）理念高度契合[1]。OBE理念以学生的学习效果为中心，强调以学生的预期学习成果为目标进行教学设计，需要满足学生个性化的学习需求。在这种理念指导下，线上线下混合式教学既不是单纯地将教学内容迁移到网上，也不是线上和线下环节的简单相加，而是强调二者的有机融合，通过在课前、课中、课后的不同阶段将以符合学生学习规律及引发兴趣的方式合理组织教学内容，充分发挥线上与线下教学模式的优势，提升教学效果。

2 数字信号处理课程教学目标

数字信号处理作为通讯、电子、自动化、测控等工科专业的一门专业课程，其教学目标一方面是需要培养学生理解数字信号及系统的概念，掌握数字信号时域、频域分析的基本理论和方法，能够通过滤波器设计对数字信号进行处理和分析，解决所在专业中相关复杂工程问题。在课程的教学内容中，由于傅里叶变换等频率分析的思想理论性和数学性较强，理解难度较大，使得传统教学中教师常花大量时间精力通过公式推导、演算等形式教授课程的主要内容[2]。根据笔者多年在这门课程上的教学实践，上述做法实际效果并不理想，多数同学仍不清楚如何应用课程中的知识解决实际中的问题。因此，如何结合线上与线下的教学手段，通过应用中的问题激发学生思考，变被动教授为主动学习，是采用混合式教学需要解决的主要问题。

3 数字信号处理线上线下混合教学模式设计

数字信号处理线上线下混合的教学模式设计以BOPPPS模式为基础，将课程分为：导入（Bridge-in）、目标（Objective）、前测（Pre-test）、参与式学习（Participation）、后测（Post-test）、总结（Summary）等模块进行设计与组织。课程组织分课前、课中、课后三个环节进行设计[3]。课前环节主要通过线上进行，由教师准备课程内容的背景资料，课程内容概论等文字和视频在线上发布，供学生了解课程背景、知识结构及主要内容。并且在线上通过布置思考题的方式进行课程导入，引导学生主动查阅相关资料，在课堂中进行讨论。课中环节通过线上与线下混合的方式进行，由教师在线下进行课程内容的讲授，通过线上方式进行随堂问答及测验，并就课前布置的思考题组织讨论及小组汇报。课后环节主要通过线上进行，由教师在线上布置作业并进行批阅，同时将对课程重难点内容的讲解录制短视频在线上发布，以供学生巩固课程重要知识。此外，在线上对学生进行分组，由各组同学自行对课程不同章节进行复习小结并在课堂上带领全班同学进行复习，提高学习的主动性。此外，可以将项目制教学融入至课程教学设计中，针对如频谱分析、滤波器设计等一些课程主要内容，设计如语音、光谱等信号处理与分析任务，将任务及相关数据以课程项目的形式布置给学生，并与课程实验部分结合，引导学生灵活运用课程知识进行主动探索，在激发学生的学习热情的同时提高学生解决实际问题的能力。

4 课程学习资源建设及使用原则

数字信号处理线上线下混合的教学的课程学习资源大体包括：电子教案，线上网上公开课，演示性及技术应用教学视频，教师针对课程重点及难点知识专题录制的短视频，实验数据及算法案例库，习题库以及学生完成的课程小结、项目实验报告等资料。课程资料的使用以学生的接受程度，学习感受和学习效果为原则，在课程持续改进过程中对资料进行更新和筛选，不断优化课程学习资源的质量。

5 课程评估设计

数字信号处理线上线下混合教学的课程评估包括：课程参与度（10%）、作业及测试（20%）、项目及实验（10%）、课程汇报（10%）及期末考试（50%）五个方面。课程评价充分利用线上网络平台对课程资源浏览时长、次数，作业问答和测试等学习过程的数据记录功能，通过数據统计分析形成对课程学习的客观评价（表1）。

同时，课程还对学生学习态度、学习兴趣、课程目标达成度及学生学习感受进行分析和调查，对各评价指标项和调查问卷进行设计，在翔实数据的支撑下对课程教学效果进行客观评价[4]。在此基础上，分析教学过程中存在的问题，并回溯调整各个教学模块及课程教学资源，形成课程教学的持续改进。

参考文献

[1]温晓娟，梁彦清.基于OBE理念的混合式教学模式研究——以《管理学》课程为例[J].高等财经教育研究，2018，021（001）：45-49.

[2]胡学友，王颖，胡云龙."数字信号处理"教学改革与实践[J].高教论坛，2007（3）： 67-69.

[3]龚玉梅，周瑞丽.基于BOPPPS教学模型的线上线下混合式教学设计研究[J].工业和信息化教育，2019（12）：49-52.

[4]陈翔，韩响玲，王洋，等.课程教学质量评价体系重构与“金课”建设[J].中国大学教学，2019（5）：43-48.