混合式教学对创新思维的培养

【摘 要】创新思维是高校培养大学生的主要目标之一。本文以“信号与系统”的混合式教学实践为例，通过分析课程特点、教学过程设计和评价体系设计，介绍如何在混合式教学中培养学生的创新思维。

【关键词】创新思维;混合式教学;信号与系统

高校作为培养大学生的主阵地，在教学过程中培养学生的创新思维已成为共识。“信号与系统”作为电子信息类本科专业的基础核心课程之一，在创新思维培养中承担着不可忽视的作用。本文以“信号与系统”的教学实践经验为在混合式教学中培养学生的创新思维提供一些思考。

1  创新思维的定义

创新思维是指以新颖独创的方法解决问题的思维过程，通过这种思维突破常规思维的界限，以超常规甚至反常规的方法、视角去思考问题，提出与众不同的解决方案，从而产生新颖的、独到的、有社会意义的思维成果。习近平总书记指出：“问题是创新的起点，也是创新的动力源。”强调创新思维要以问题为导向，彰显出强烈的“问题意识”，通过发现问题、筛选问题、研究问题、解决问题，不断推动社会发展进步。因此，在创新思维的培养中，首先应该培养学生发现问题的能力，其次是多维度思考问题和解决问题的能力。

2   面向创新思维培养的混合式教学设计

2.1  “信号与系统”课程的特点

“信号与系统”是电子信息工程专业的一门专业基础课。该课程以高等数学、电路分析、复变函数等为先修课程，同时，它又是通信原理、数字信号处理、数字图像处理等课程的先导课程，在专业课程体系中起着承上启下的作用。通过该课程学习，学生能掌握基本的“信号与系统”的概念和分析方法，培养学生从数学、物理及工程的角度去分析问题和解决问题的能力。该课程通过数学工具对信号和系统建模，通过数学变换实现域的变换，通过解方程求解系统响应，因教学内容非常抽象，所以对学生的数学基础有较高要求。传统的“信号与系统”教学通常以课堂理论推导和实验仿真为教学手段，学生投入很大精力在数学运算上，却对数学反映的物理和工程问题反而模糊不清。混合式教学的主要目标是培养学生创新思维，使学生学会利用数学分析解决物理和工程问题，提高学生的应用和实践能力。近年来，很多高校开展了“信号与系统”的混合式教学改革[1-3]，但主要集中在教学方法的探讨上，对创新思维的培养讨论不多。

2.2  混合式教学过程设计

混合式教学是通过“线上+线下”的教学方式，引导学生主动参与学习过程，进行深度学习。混合式教学的关键是及时获取学生的学习状态并快速做出反馈，形成有效互动，促进学生主动思考问题和解决问题。目前，支持混合式教学的平台很多，其中，雨课堂是清华大学与学堂在线平台共同推出的一款新型智慧教学工具，能够与传统教学PPT相结合，快捷地应用在教学中的每个阶段，并将相关的教学信息数据反馈给教师，同时将教师的解答信息传递给学生。“信号与系统”借助雨课堂开展混合式教学，能在课前预习、课堂教学、课后复习和考核等各個环节有效建立师生沟通渠道。

雨课堂课件中可以嵌入学堂在线平台的MOOC视频，这为学生打开了另一个学习通道。笔者所在学校的“信号与系统”课程引入的是清华大学教师宫琴的MOOC视频。每次上课前，教师将带有MOOC视频和问题的课前预习课件推送到学生手机端的雨课堂。推送前，教师针对每个视频设置相应的思考问题是非常必要的，这会使学生带着问题去看视频，培养学生的问题导向思维习惯。学生看完视频后需要完成教师给定的预习问题。如在“傅里叶变换”这一章节教学中，在学生预习视频后，教师加入两个工程问题，一是如何获得信号的频谱？二是怎样观察信号的带宽？这两个问题能帮助学生理解傅里叶变换是分析频谱的工具，而不仅仅是一种数学计算。教师可以在雨课堂查看学生的预习情况和预习效果，了解学生预习掌握知识的程度，动态调整课堂讲授的内容和侧重点。

课堂上采用雨课堂授课，可以实现实时答题、弹幕互动、答题统计结果及时反馈等众多功能。由于课堂时间有限，传统课堂的师生互动难以覆盖全班学生。与传统课堂提问不同，雨课堂可以让所有学生参与答题，并统计出每个学生的参与度与正确率，因为会实时反馈答题结果，这大大激发了学生的参与度和好胜心，使更多学生更加积极地思考。创新思维的建立以独立思考为前提，如何让学生养成主动思考问题而不是被动接受知识的习惯，是培养创新思维的关键。混合式教学模式下，教师在课堂上不能再按部就班讲知识点，而是要不断提出问题让学生思考和讨论，特别是要多设计开放性的问题，让学生从多角度开展讨论。

如教师在“信号与系统”教学结束后，设计一个让学生总结课程内容的问题。有的学生给出了总结：一种系统（线性时不变系统）、两种信号（连续时间与离散时间）、三大变换（傅里叶变换，拉普拉斯变换，Z变换）。还有学生给出了另一种总结：信号篇（信号的表示、运算，时频域分析）和系统篇（系统的建模、响应求解和性能分析）。第一种偏向从数学的角度总结，第二种偏向从工程问题的角度总结，都很精炼，是从不同角度思考的结果。

教师课后在雨课堂推送作业和单元测试题，系统能自动批改客观题，并统计每道题的全班正确率。教师可以通过统计数据掌握每个学生的学习效果和全班的学习情况，根据反馈及时发现和修正教学中的问题。但“信号与系统”毕竟属于理工科课程，教师需要培养学生的逻辑表达能力，所以教师可以在作业中设置一定比例的主观题，让学生通过拍照上传解题过程。雨课堂网页版给教师提供了批改主观题的功能，能较为清晰地标注错误之处，并留下批语。

总之，通过雨课堂，可以完整记录学生学习的全过程数据，不但能给教师提供充分的教学数据作为后续教学改进的依据，还可以为学生提供反复学习、自省的机会。

2.3  混合式教学的学生考核体系设计

与传统教学不同，混合式教学更加注重过程考核，雨课堂提供的过程数据为过程考核提供了有力支撑。“信号与系统”在实施混合式教学后，考核方式也发生了重大变化，由原先的平时成绩（30%，包括作业和考勤）+期末考试（70%），调整为现在的平时成绩（50%，包括预习、签到考勤、课堂问答与参与度、作业得分、单元测试及实验）+期末考试（50%），学生学习的全过程均纳入考核范围，并有原始数据记录，供学生查询。在每学期开学，教师首先详细介绍考核方法，让学生了解如何计算考核成绩，清楚学习过程的重要性。在学期中，教师可以定期查看学生的平时成绩，对每个学生的学习状态进行跟踪，对平时成绩得分较低的学生给予适当的提醒和督促。

2.4  “信号与系统”混合式教学的效果

基于雨课堂的“信号与系统”混合式教学，在笔者所在学校的信息学院电子信息工程专业本科生中已经开展了三届，师生的频繁互动、轻松有趣的课堂氛围、公平透明的考核评价体系，获得了很多学生的点赞。同时，随着教学资源和方法的不断完善，教学效果也在不断提升，主动思考的学生越来越多，参加专业竞赛的学生人数和获奖人数逐年增加，本科生发表高水平论文的人数也在逐年增加，创新思维的培养效果得到了初步体现。

随着我国高校教育改革的深入，混合式教学将成为未来理工科类专业高等教育主要教学方式之一。在新工科教育理念和工程教育认证的要求中，创新能力被反复提起，因此，教师在教学中注重培养学生的创新思维，也是未来高校教学改革的主要目标之一。良好的教学改革效果，离不开对课程各阶段的内容、实现方案和激励机制的精心设计，更离不开学生的积极配合，只有教师和学生共同努力，改革才会取得越来越好的成效。

【参考文献】

[1]孟繁杰，郭宝龙，张玲霞，等.新时代“信号与系统”课程教学探索[J].电气电子教学学报，2020（3）.

[2]王力谦，解培中.结合雨课堂的“信号与系统”线下教学方法研究与思考[J].教育教学论坛，2020（44）.

[3]宋权华，廖守琴.基于翻转课堂的混合式教学模式的探索与实践[J].微型电脑应用，2018（7）.

【作者简介】

黄志华（1976～），女，汉族，湖南衡阳人，硕士研究生，副教授。研究方向：语音信号处理。