线上金课教学模式与实践

尹林子　孙克辉　阳军亮　丁家峰　吴建好

摘   要：线上金课是高等教育的发展趋势之一。文章针对学生注意力很难全程集中、学生和教师互动较少等问题，结合金课标准以及注意力曲线理论，提出一套科学、易操作的线上金课教学方案以及在线教学模式，并基于信号与系统国家一流课程开展教学实践。结果表明，该方法在全过程培养质量以及交流互动等方面具有较好的优势，教学效果良好。

关键词：金课;线上教学;信号与系统;注意力曲线

中图分类号：G642.3      文献标志码：A        文章编号：1673-8454（2022）02-0123-06

一、研究背景

随着金课标准的逐步推广，基于信息化手段的线上金课教学越来越受到高校的重视。线上金课不仅能够兼顾传统课堂的交互性以及MOOC的信息化优势，而且具有严格的教学课表，教师与学生之间存在固定的归属关联，能够开展针对性的教学活动。这些优势使线上金课成为未来教育的发展趋势之一。

与此同时，由于疫情的影响，中国高校在2020年开展了大规模的线上教学活动，极大地推动了线上教学的发展，涌现了大量的实践案例与理论分析成果，如大学物理[1-2]、热工过程控制系统[3]、高等数学[4]、电机学[5]等。此外，文献[6]总结了在线教学的三种主流模式，并分别阐述其实施方法及特色;文献[7]研究了构建线上教学质量“四位一体”的评价体系和四级联动的监控体系等。

作为教育改革的前沿课题，线上金课尚处在摸索与实践阶段，一些突出的问题包括学生注意力很难全程集中[1]、学生和教师互动较少导致朋辈效应消解[8]等。为此，本文基于信号与系统国家一流本科课程，结合注意力曲线理论以及金课标准，探索一种科学、可操作性强、学习效果良好的在线金课教学方法，并开展相应的教学活动，为线上金课理论研究与实践提供参考。

二、线上金课方案设计

（一）建设背景与思路

中南大学物理与电子学院信号与系统课程为国家一流本科课程，它是电子信息类专业的必修课程以及重要的专业基础课，具有较强的理论与应用背景。该课程目的在于通过学习信号与系统的基本分析方法，使学生牢固掌握信号与系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法，理解三大变换的数学概念、物理概念与工程概念。

为满足“两性一度”金课建设要求，在信号与系统教学过程中提出了针对性的改进，包括：①利用专题研究的形式，要求学生基于所学习的理论对实际的工程问题开展仿真分析，促进知识、能力、素质的有机融合。②将知识点与科技前沿技术关联，引导学生聚焦国际国内前沿。③在学生课前视频自学的基础上，重点突出知识梳理以及理论与实践的融合分析，提升学习挑战度。

此外，针对线上教学特征，基于注意力曲线理论，设置了科学的教学模式，确保学生的注意力和教学内容契合;灵活运用信息化手段，实现同步与异步的有机融合;针对性强化师生、生生交互，通过榜样以及重复性刺激的方式重构线上朋辈效应;构建以学生为中心的循环学习与监督体系，实现全过程考核与培养。

（二）在线教学方案设计

在线教学方案（见图1）包括三个部分：①基于可视化平台TronClass的异步学习模块（实线框）。TronClass是一个类似于MOOC的平台，用于发布教学资源、测试、作业、答案与成绩、调查问卷等，主要用于学生课后自学以及师生非实时交互。②基于腾讯课堂的同步教学模块（虚线框）。用于课堂时间的实时在线教学、知识与习题讲解、学生专题讲解、学生专题打分等。③基于QQ软件的交流模块。用于发布各类信息、与学生一对一交流、讨论问题等。

该方案的特征包括：①以学生为主体的循环学习体系。包括一个常规的课程学习循环以及一个高阶性的专题研究循环，其特征为教师与学生交替，且以学生为主。例如，专题研究循环包括学生課前准备、教师审题、课堂专题演示、教师点评、学生打分以及教师发布成绩等。②信息化手段合理搭配。TronClass平台为类似于MOOC的教学平台，适合异步交互，具有强大的统计功能，能有效降低教师的工作负担;而腾讯课堂则适合于同步在线教学，搭配手写板后，可以方便地实现公式推导、习题讲解以及学生在线作品演示等。同步和异步的信息化手段搭配，可以实现完整的教学过程，并节约大量的时间。③快反馈机制。一般在课后12小时内给出作业评阅或者专题研究的分数，提升学生的学习积极性以及学习效果;同时，利用QQ交流，实时为学生答疑解惑。

（三）方案的特色与优势

1.强化师生交互，重构线上朋辈效应

针对文献[8]中提出的在线教学师生交互较少、朋辈间的人际互动消解问题，通过课堂实时交流、专题分享、分组学习、QQ交流、问卷调查等方式，与学生开展多样化的交互，既保证了整体又照顾了个体，并通过树立榜样的方式增加了同学之间的交流。交流的主要方式与特征如表1所示。

上述交互方式中，前两者占据课堂教学时长的50%，且为学生提供充足的展示机会以树立榜样，培养竞争意识，如图2所示。

包括：鼓励开展高阶性专题研究，让学生相互分享成果，并采取由全体学生打分的方式实现全员积极参与;在习题讨论环节，学生在讨论区回答问题，并让积极回答的同学（或者点名）讲解思路。该策略不仅赋予学生大量积极表现的机会，也有效防止了部分同学精神松懈。此外，专题分享更包含了大量的课后互动，如教师指导学生如何选题、开展研究以及在教师主页发布成绩等。

总之，本方案解决在线教学师生交互难题的核心在于增加大量的交互环节与时长。其特色在于结合具体的习题或者专题，树立学习榜样，通过短时重复性强化刺激，提升竞争意识，激发学生参与的积极性，构建活跃的教学氛围。

2.强化监督，实现全过程考核

主要体现在如下三个方面：①制订了严格的学习计划。基于可视化平台，通过作业、测试、讨论等功能进行每个学习阶段、不同学习环节的评价与学习进度跟踪;设置截止時间，要求学生在规定的时间内完成相关学习任务;对未按时完成相关学习任务的同学，通过可视化平台的催交功能以及一对一谈话及时提醒。②进行公正的实时在线考核。基于腾讯课堂，通过讨论区习题解答以及答题卡的统计情况等分析学习效果，并由教师给出课堂表现分;学生参加高阶性专题并向同学展示成果，然后由全体学生打分求平均，实现公正的高水平学术性考核。③基于QQ，随时回答学生的疑问，做好一对一针对性辅导。

3.基于金课标准开展线上教学

要求学生立足所学知识，与前沿的人工智能结合开展实际的语音、图像信号处理，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维能力。此外，鼓励学生在专题分享时引入思政内容，从行业、国家、国际等背景思考问题，培养科学精神与爱国主义精神。

三、线上教学模式与实践

（一）教学资源建设

在信号与系统线上教学实践过程中，完成了如下的资源建设。

视频资源。（见表2）包括：①用于参考的国外经典教学视频。②用于课前预习的主讲教师录播视频，该视频以知识点为核心，适合于MOOC教学与学生自学。③上课视频与习题课视频，由腾讯课堂生成实时回放用于学生复习。其中，因为需要严格按照教学大纲开展教学活动，故在线视频数量等同于信号与系统课程的教学时长，为56个。此外，还有4个实验教学视频，用于学生实验。

课件资源。由教师提供，并上传至可视化平台。包括课件PPT、习题PPT、奥本海姆版本的电子书、教学日历、专题研究题目等;其中专题研究既包括学生的自主选题，也含教师提供的参考选题，后者包含6个实践创新类以及26个理论分析类题目。

测试习题资源。由教师提供，并在可视化平台生成测试题库以及具体试卷、讨论、作业等。测试由系统判分，知识点讨论以及作业支持教师批阅或者学生相互批阅。

（二）基于注意力曲线的在线教学模式

在信号与系统课程线上教学开展过程中，需要严格按照与线下相同的课表进行教学，分班情况与线下课堂一致，每次授课的总体时长为100分钟（包含10分钟休息时间），与MOOC碎片化知识点讲授的时长截然不同。

然而，注意力曲线理论表明，学生的注意力往往在10～15分钟范围内是最有效的。[9]文献[1]也指出，在 100 分钟的线上教学过程中，大部分同学很难全程保持注意力。因此，必须要求教学过程中张弛有度，合理划分，科学地帮助学生控制自己的注意力以提高学习的效率，为此，本文提出了基于注意力曲线的信号与系统在线教学模式，如图3所示。

该模式的第一阶段要求学生在上课之前先观看教学视频，包括教师录制的视频、奥本海姆英文版视频，或者学生自选的MOOC视频。由于教学视频侧重于碎片化的知识点讲解，容易导致学生缺乏一个宏观的认识，因此，需要利用本模式在课堂上进行知识梳理，在更高层次上解释知识之间的关联。由于学生注意力在15分钟之后会急速下降，且在线教学中教师难以明察学生的学习情绪和体态语言，更无法像平时课堂教学一样通过眼神、肢体动作等方式提醒学生加强注意力，因此，知识梳理环节的时间应控制在20分钟以内。

第二阶段让学生看重点视频。通过知识梳理过程，学生对所学知识，尤其是重点内容，有了新的认识，此时，通过重点视频再学习可以强化学习效果。同时，考虑到人的惰性，应该有部分同学没有在课前认真学习，该阶段的重点视频学习也是一个必要的补救环节。从学生负担以及注意力的角度而言，第一阶段和第三阶段强度偏大，因此，中间需要一个低强度的环节以平衡整个学习过程。

第三阶段为习题讲解。其流程如图4所示。

通常，需要准备3～5道题。在教师解释题目之后，预留3～5分钟让学生计算，并将结果在讨论区写出来;接下来，让学生举手讲解思路与解题步骤。利用腾讯课堂可以允许最多6人举手，教师从中选择一个同学（或者点名，如第一个给出正确答案的学生）讲解思路;在学生讲完之后，教师点评并给出其它的解题思路，最后开展适当的讨论。在整个流程中，学生举手讲解是一个非常重要的环节，它给积极活跃的同学提供了一个展示的舞台，为其他同学树立了一个良好的榜样。在教师讲解环节，可以提供不一样的、更加简洁的解题思路与解题技巧，提高学生的学习兴趣，并提升学生参与讨论的欲望。

整个在线教学过程的学习强度与注意力曲线的对比如图5所示。

由图5可知，本文教学模式的强度与注意力曲线具有良好的吻合性，呈“波峰—波谷—低波峰”的起伏发展规律，适合在线教学特征。此外，教学内容与学习强度紧密契合，在黄金时间进行知识梳理，使学生掌握课程的精华与要旨;在学生精神不济的青铜时间，通过视频学习，降低强度，并允许学生开展适当的放松活动;在注意力次高峰的白银时间进行习题练习，交流分享，提升学生综合能力。

（三）实践效果分析

1.教学实践统计

来自可视化平台TronClass的统计数据显示，本班同学24人，音视频查看次数1994次，参考资料查看及下载1236次，在线测试提交173次，讨论总帖子数42个，平台访问次数17967次。

在课堂上，教师对表现积极的学生予以表扬，在28次在线教学活动中，总计表扬135人次，所有学生在分享解题思路、专题研讨等环节均受到表扬，其中最优秀的学生被表扬18次。在专题研讨方面，出现了“图像信号的分析与合成”“LTI系统的频域分析”等优秀专题，深受学生喜爱，专题的平均评价达到了9.3分（总分10分），取得了良好的效果。

2.学生与督导评价

中南大学尤其重视学生对教师教学的评价，分别在中期以及期末组织学生对教学进行评价。学校评价系统的结果如表3所示。

由表3可知，信号与系统教学中上课教师以及该线上教学方法受到了学生的广泛认可，评价分均远高于学校平均分，排名进入该学期所有上课教师排名的前20%（该系统能够显示的最靠前的排名）。此外，满意率指标100%，需要改进率指标为0。一些典型的评价包括“老师特别认真，自己录上课视频作为网课资源，把所有知识都给我们讲了一遍，并且还坚持上了每一堂课，划重点讲习题，上课非常注重互动，经常抽问题，所以大部分同学都学得不错，而且老师很亲切，上网课沟通很愉快”“网课比线下上得还好”等。

同行督导也对该在线教学模式以及教学效果给予了肯定，被评为2020年度中南大学春季学期在线教学（课程思政）优秀案例。

3.成绩分析

信号与系统课程的试卷来源于课题组命卷，因此，成绩具有良好的指示性。2020年线上教学成绩分布与2019年线下教学成绩对比如图6所示。图的纵坐标为不同分数段学生占总人数的比例。

从图6中可见，2019年成绩具有良好的正态分布特征，2020年线上教学的改进则主要体现在如下几点：①90-100分区间比例提升。主要原因在于线上教学比线下的互动更多，提供了更灵活的学生展现形式，更有利于激发学生的学习积极性;②无不及格现象。主要原因在于信息化手段可有效提升全过程培养质量。例如，TronClass平台可以随时查看学生学习进度，并自动督促、提醒学生完成各项任务，做到所有学生不掉队。此外，线上教学平均成绩79.6分，比2019年高了4.5分;最高分为99分，比2019年高了4分。上述数据表明，本文所提的线上教学方法效果良好。

四、结论

结合信息化手段以及金课标准，本文提出了一套有效的线上金课教学方法。该方法灵活配置同步教学以及异步学习系统，易于实现全过程培养;结合注意力曲线特征，实现教学内容与学习强度的有机融合，能有效提升学习效率;通过习题分享、专题研究等方式，给予学生较大的展现机会，有助于提高学生学习积极性。在信号与系统课程中的教学实践表明，相比传统课堂教学，本方法在全过程培养质量以及交流互动等方面具有较好的优势，教学效果良好。

参考文献：

[1]尹伟，万星星，李萍.大学物理线上教学实践与体会[J].高教学刊，2021（11）：26-29.

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[3]王鸿懿.疫情期间的金课建设思考[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2020（10）：39-40.

[4]白忠玉，陈娜娜.“高等数学”线上“金课”建设对策探究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2020（7）：38-39.

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[7]张季谦，黄守芳，许新胜，等.高校课程线上教学质量评价与监控体系的构建[J].中国教育信息化，2020（19）：32-36.

[8]鲍威.疫情中走下“神坛”的线上教学[J].高等理科教育，2020（3）：7-9.

[9]何善亮.注意力曲线的内涵及其教学意蕴[J].教育科学研究，2017（5）：44-48.

作者简介：

尹林子，中南大学物理与电子学院副教授，邮箱：yinlinzi@csu.edu.cn;

孙克辉，中南大学物理与电子学院院长、二级教授;

阳军亮，中南大学物理与电子学院副院长、教授;

丁家峰，中南大学物理与电子学院副教授;

吴建好，中南大学物理与电子学院讲师。

Abstract： Online golden course is one of the development trends of higher education. As students’ attention is difficult to concentrate covering the whole process and the less interaction between students and teachers， this paper proposes a set of scientific and easy-to-operate online golden teaching schemes and online teaching modes based on the golden class standards and the theory of attention curve. Meanwhile， we carry out teaching practice with the national first-class course of signal & systems. The results show that the method has better advantages in the whole process of training quality， communication and interaction， and teaching effect.

Keywords： Golden course; Online teaching; Signal & systems; Attention curve

編辑：王天鹏   校对：王晓明