基于雨课堂的“信号与系统”智慧课堂教学设计

周 芳 方 成 殷世民 李 华

（桂林电子科技大学生命与环境科学学院 广西·桂林 541004）

高校的中心工作是人才培养，肩负着为国家、为社会和为行业培养有理想、有担当的高级创新型人才，为社会主义现代化强国的建设提供强有力的人才支撑。课堂教学作为知识和技能传授的主阵地，对人才培养的质量起着关键性作用。教育部陈宝生部长于2017 年9 月在《人民日报》上发表文章，指出要把教学质量作为高等教育的生命线，加快内涵式发展，切实提升教育质量，实现“四个回归”。因此，作为一名高校教师，必须思考着如何提高课堂教学的有效性和提升人才培养的质量？随着新一代信息技术的迅猛发展，大数据、移动物联网等技术不断应用于高等教育教学中，为课堂教学的改革提供新的契机和思路。在此背景下，智慧课堂的概念应运而生，成为当前教育技术的研究热点。[1-4]文献[1]指出，通过信息技术构建富有智慧的学习环境，有利于教师实施优质的教学活动、学习者获得美好的学习体验，从而达到培养智慧型人才的目的。文献[2]详细阐述“三步十段”教学流程及其实施关键。文献[3]基于微信平台构建智慧课堂教学模式，通过大学物理课程教学试点，结果表明学生在学习主动性、知识理解等方面取得良好的效果。2016 年4 月，清华大学和学堂在线共同推出智慧教学工具雨课堂。作为信息技术与教育教学深入融合的产物，雨课堂实现教学全过程的智能化和数据化。文献[4]中，利用雨课堂开展智能车辆课程课内实验教学实践，通过自主学习和团队协作，学生的创新思维和解决问题能力得到提升。

课堂教学被赋予“智慧”元素，朝着信息化、智能化方向发展，表现在：课前的预习、课堂的教学互动、课后的个性化辅导及其教学全过程的数据支撑和评价反馈等方面。本文分析“信号与系统”传统课堂教学中存在的问题，基于雨课堂智慧教学工具，详细阐述“信号与系统”智慧课堂教学设计，希望为其它课程的改革和实施提供具体的借鉴。

1 传统课堂教学的不足

“信号与系统”是面向大二本科生开设的一门专业基础课，通过课程的学习，要求掌握信号和系统的基本理论和分析方法。[5]该课程是后续数字信号处理、图像处理等专业课程的基础。本课程的内容包括连续系统和离散系统的时域分析和变换域分析，具有很强的理论性，学生学习起来有一定的难度。“信号与系统”采取传统的课堂教学方式，教师是知识的传授者、组织者，控制着整个教学的进程，在教学中占主导地位；学生是知识传授的对象，是被动的接受者。以往的教学实践表明，传统教学方式教学效果不够理想，不利于学生学习能力、创新思维和团队意识培养。具体原因主要包括以下几个方面：

（1）没有体现“以学生为中心”。教师在教学中占主导地位，控制着整个教学进程。学生处于被动听课，不利于知识的深入理解与构建，学生的学习效果留存率低，学生自主学习和合作探究能力得不到锻炼。

（2）没有体现“个性化学习”。学生的学习基础和能力是存在差异的，如果采取“一个版本”教学，无法做到因材施教，不利于学生的个性化成长。

（3）教学决策不够精准。教师主要凭借教学经验或者作业反馈，判断学生对知识的掌握情况，往往存在偏差，不够准确。

2 智慧课堂教学及特征

智慧课堂有两种定义：[2]一种是基于信息化的视角，随着信息技术与教育教学的深度融合，传统课堂向信息化、智能化课堂发展；另一种是基于教育教学的视角，以“知识传授”为特征的传统课堂向以“综合能力培养”为核心的智慧课堂发展。这两种定义相互关联，依托大数据、物联网等新兴技术，构建充满智慧的教学环境，实施富有智慧的教学活动，最终实现学生的智慧发展。相比于传统课堂，智慧课堂教学具有以下主要特征：

（1）教学决策精准化。利用信息化手段，收集并分析课前、课中和课后全过程的教学数据，用数据说话，精准地掌握教学情况，为调整教学策略提供客观依据。

（2）教学互动全程化。基于智慧教学技术，打破时空限制，实现课内外的师生、生生之间的即时交流和互动。特别是采取小组协商讨论、合作探究的学习方式，充分调动学生的课堂参与度，真正体现以学生为中心。

（3）教学实施定制化。通过对学生的学习时长、作业完成率和答题正确率等学习过程数据进行全面分析，准确评估学生的个性化学习能力，从而制定“一对一”的教学方案和辅导策略。

3 “信号与系统”智慧课堂教学设计

3.1 智慧教学平台

“信号与系统”智慧教学平台选为简单易用、操作便捷的雨课堂。雨课堂以插件形式嵌入Powerpoint 中，不额外增加操作负担。基于微信平台，实现班级的管理、课件的上传、班级讨论等功能。雨课堂通过手机终端实现师生互联互通，赋予全新的教学体验，包括课前、课中和课后各个环节。雨课堂为教学全周期提供数据分析功能，为实现智慧教学提供强大的数据支撑。

3.2 智慧教学流程

“信号与系统”智慧课堂的“三段十步”教学流程，[2]包括课前、课中、课后三个阶段以及学情分析、预习设计、预习反馈、情景创设、探究学习、课堂测试、总结提升、课后作业、作业辅导和反思评价十个步骤。该教学流程分别从教师“教”和学生“学”两个方面描述教学活动以及它们之间的互动关系。本小节分课前、课中、课后三个阶段具体阐述“信号与系统”智慧课堂教学设计。

图1 “第3.4 节卷积和”预习设计

3.2.1 课前预习设计

在传统的课堂教学中，课前阶段的教学任务包括教师备课和学生预习。由于缺少对学生课前预习的分析，导致教师备课时无法做到有的放矢，合理安排。学生预习目标不明确，缺乏导学环节。师生、生生之间的课前活动相对独立，缺少交流讨论的平台。基于雨课堂智慧教学平台，有望改变这一现象，达到以学定教，从凭借经验的教学转变为基于数据的教学。首先，教师通过雨课堂推送学情分析调查表，掌握学生储备的前修知识，便于教师预设本次课的教学目标。其次，教师通过雨课堂推送课前预习资料，包括慕课、教学PPT和设置的测试题，学生完成教师指定的学习任务，学习目标明确，通过雨课堂反馈学习过程中遇到的问题并进行相关的讨论。通过课前预习，培养学生自主学习和解决问题的能力。考虑到大学二年级学生学习任务重，为保证预习质量，预习时间控制在15 分钟完成。预习内容根据需要灵活选取，可为相对简单的2-3 页教学课件以及对应的慕课，原则上这部分内容课堂不再讲解。由于学生的数学知识相对薄弱、计算能力相对差，在课堂上需要花时间回顾之前学过的数学知识，因此将数学补充知识和计算训练作为课前预习内容，为课堂讲授作前期铺垫。最后，教师分析雨课堂收集的预习反馈数据，完成课堂教学设计，明确教学目标、重难点和教学方法，有序地规划课堂教学活动。以“3.4节 卷积和”为例，雨课堂推送的预习作业如图2 所示，预习内容为PPT 课件第16-18 页和慕课（v3.17 序列的时域分解），并完成相应的测试题。通过课前预习，要求学生们掌握离散序列分解时选取的基本序列以及线性组合公式。

3.2.2 课堂教学设计

在课中阶段，传统课程教学包括教师讲授和学生听课，课堂互动以教师提问为主。教师是知识的传授者和控制者，学生处于被动状态，主动参与性不高。借助于雨课堂提供的投稿、分组等功能，有利于打破这一局面，从“以教为中心”转变为“以学为中心”，从“知识学习”转变为“能力培养”。教师充当主持人的角色，学生是学习的主体。教师应该营造师生平等和谐、学生间团结协作的课堂气氛，合理引导学生通过自主学习、协作学习等方式完成知识探究，从而培养学生自主学习，团队协作和语言表达等综合能力。以“第3.4 节卷积和”为例，详细阐述一系列的课堂教学活动，包括知识点导入、协作探究、成果展示、课堂测试和教师总结等环节，详见表1。

表1 “第3.4 节卷积和”课堂教学安排

3.2.3 课后作业及个性化辅导

在课后阶段，传统课堂教学是学生完成教师布置的课后作业，教师通过批改作业反馈教学效果。作业布置针对所有同学是统一的，作业批改费时，作业反馈和讲评是滞后的。基于信息化技术，雨课堂在作业分层推送、及时批改、个性化辅导以及教学反馈等方面具有明显的优越性。首先，针对不同层次学生的学习需求，教师通过雨课堂方便地推送分层作业，设置必做题和扩展题。扩展题面向学习能力强的同学，加深学生的知识深度和拓展学生的知识广度。其次，学生根据自己的进度安排及时提交作业。雨课堂及时自动批改客观题并提供答题解析。学生通过平台查看作业批改情况，并与教师、同学在线讨论交流。另外，雨课堂提供详细的答题数据分析，包括答题完成率、答题正确率以及分数分布情况，教师据此有效地评估学生知识点掌握情况，指导下次备课，以利于及时改进和实施有针对性的教学。

4 结语

作为新一代信息技术和高等教育融合的产物，智慧课堂教学代表着未来高等教育的趋势，有望改变传统课堂教学在教学精准化、教学互动和个性化辅导等方面存在的问题。作为高校教师，应该适应时代的发展，主动接纳新技术。然而，我们应清醒认识到，教育只有技术不可行，不要让新技术主导教学设计。教师应该以教学设计为根本，从学习者视角出发，通过教育技术支持教学过程。只有这样，教育技术才能更好地服务于教学，为教学提供强有力的技术支撑。