基于“学生中心，能力本位”的混合教学模式探讨——以数字信号处理课程为例

汪淑贤，周宏敏

（桂林信息科技学院 信息工程学院，广西桂林 541004）

随着“互联网＋教育”的推进，逐渐形成“以学生为中心”的现代教育模式，其以培养学生思考能力、兴趣为侧重点，实现“学生主体，教师主导”的个性化培养。应用型本科院校应基于“学生中心”，开展理实一体化教学，培养学生核心能力素养。本文以数字信号处理课程为例，结合桂林信息科技学院应用型本科课程建设，优化课程教学，通过多元化的教学融合方式，培养学生实践能力与创新能力。

数字信号处理课程作为通信、电子类相关专业的重要专业必修课，集理论与实践、原理与设计应用为一体，在课程体系中发挥重要的枢纽作用[1]，其能够影响前沿科学研究，且被广泛应用于医疗、IT、航空等领域[2]。鉴于此，基于“学生中心，能力本位”，高校教师及相关学者进行了教学内容、教学方法和教学评价等方面改革的探讨及实践：王秋生等[2]引入面向工程实践的理念，优化课程建设模型、完善教学实践案例，以培养学生解决工程系统复杂问题的能力，并提出未来课程建设将集中于MOOC 平台；李秀坤等[3]基于“学生中心”，提出“三层次”教学内容设计思想，使学生掌握理论知识，提升解决问题的能力；钟苏川等[4]针对特定专业进行了课程思政教育的探索与实践，并进行推广。在教学模式方面，谈玲珑等[5]利用“云技术”和“云平台”搭建任务驱动式教学平台，通过视频公开课、MOOC 等优质共享教学资源，构建“主导—主体”式的混合教学模式，实现学生个性化学习；丁晨阳[6]采用SPOC 在线学习平台和微视频设计，加入翻转课堂、协作学习等，提升学生的课堂参与度和团队协作能力；张小青[7]基于学堂在线平台，用MATLAB 辅助实现混合模式教学；王晓莉等[8]提出基于OBE 理念的线上线下混合式教学，构建完整的闭环框架，有效促进学生获得知识和能力，并通过MATLAB、EDA、Python 等仿真平台的引入[9-11]，将抽象的知识直观化；曹斌芳等[12]基于MATLAB GUI 建立教学/实验辅助平台，有效提升了学生的应用能力、动手能力和创新思维；张海剑等[13]和黄琼丹[14]等分别从实际应用出发，探讨课程的建设及培养学生分析解决问题的能力。以上研究实例表明，融合传统课堂教学与在线学习的混合教学模式是实现“学生中心、能力本位”的有效途径，学生能通过自适应学习方式实现知识传授、能力培养、价值塑造。本文根据桂林信息科技学院学生学习数字信号处理课程的学情分析，探讨适合学生发展的教学模式。

1 数字信号处理课程的教学现状

1.1 教学内容抽象，理论与实践脱节

数字信号处理课程于大三上学期开设，在先修课程信号与系统的基础上，承接数字图像处理、通信原理、DSP 原理与应用等课程，其理论体系完整严密，概念及原理多且抽象，公式推导难以被理解。在传统教学过程中，教师强调理论知识的完整性，侧重理论知识的讲解，知识结构衔接不紧凑，框架式结构分析理论相对较少，且忽略了实际应用案例的设计。教师过多关注课程的知识点，未重视讲授知识点相关的育人思想，难以提升学生素养。教学过程缺少项目设计式实验和工程案例式教学，与理论相对应的实验均为验证性实验，由于时间有限，学生在未完全掌握理论知识的情况下，应用能力和创新思维提升不明显，导致理论与实践教学脱节，未体现应用型本科院校注重实践能力培养的特点。

1.2 师生缺少互动，学生被动学习

桂林信息科技学院数字信号处理课程采用大班制教学，每堂课学生人数超过90 人。在传统教学过程中，教师未设置预习任务，学生学习缺少主动性，课堂上，教师较少与学生互动，学生难以理解复杂的算法推导。课后，学生仅完成课本习题，自主学习能力弱的学生不知如何拓展所学内容。在教学内容方面，教师教学缺少应用案例，未能将语音、图像等以仿真的形式直观动态地呈现，学生难以深刻理解知识点及其应用方法，难以提高创新能力和解决问题的能力，难以持续性学习。

1.3 教学评价方式单一，评教评学不同步

在教学过程中，数字信号处理课程的综合评价成绩由纸质期末考试成绩与平时成绩按一定的比例构成，平时成绩涉及考勤、作业、课堂表现等，对课程的评价限于学生对教师的评论，未对学生的阶段性成果进行分析，缺乏个性化评价，不能有效推动课程教学方法的改进。

2 数字信号处理课程混合式教学设计与实施

2.1 立足“学生中心”，优化教学内容

课程以应用型本科院校人才培养目标为基准，立足“学生中心”，从用人单位对学生知识储备和实践能力需求出发，确立教学目标：以离散信号与系统的频域／数字频域分析、数字滤波器的设计及其在图像、语音信号处理中的衔接为知识目标；以理论知识在图像、语音、通信系统中的应用能力和解决问题能力的提升为能力目标；以人文情怀、科技兴国为素养目标。

根据学生知识储备、学习能力和学习目标等方面的个体差异，教师对教学内容进行分层设计，以了解、理解、掌握、应用四个层次进行教学内容的重构。基于教学目标和课程结构体系，教师为知识储备少、学习能力不强的学生设计了解和理解层次的内容，重点围绕例题进行讲解；对于需要深层次学习的学生，凝练教材知识点，搭建结构清晰的知识架构，适当融入MATLAB 仿真应用实例和工程案例分析，拓展知识的深度和广度，让学生掌握知识并学以致用。

2.2 注重“能力本位”，融合多元化的混合教学模式

基于课程内容架构，在现代信息教育技术的推动下，教师在教学过程中展开线上线下混合式教学，融合项目驱动式教学和分层教学等，培养学生自主学习能力，不断提升学生发现问题、协作分析问题、解决问题和创新的能力。

一方面，基于超星学习通平台搭建任务驱动式的线上线下混合教学环境，构建与教学内容对应的预习要点、工程案例、课程思政案例库，难易分层的练习题库及MOOC 共享资源库等，为学生自主学习提供资源。基于学生学习能力，教师按学生的学习基础组织交叉分组。课前，教师分配预习任务，学生在线上开展合作学习与总结；课中，教师根据学生线上学习效果，精心设计课堂教学过程，有针对性地展开重难点剖析；课后，学生独立完成线下作业与线上练习，并拓展学习工程应用实例。教师通过采用能力分层和线上线下混合教学的方式，培养学生分析问题能力和综合设计能力。

另一方面，基于数字信号处理课程群，“以项目驱动教学实施为主线，以教师为引导，以学生为主体”，在课堂上，教师通过MATLAB 软件平台导入图像处理、语音信号处理等项目实例，激发学生学习MATLAB 软件的兴趣，将课程之间的交叉知识融入项目教学，体现对学生知识结构和能力结构的培养要求。课后，教师根据学生能力的不同设置不同层次的项目，基于相关知识引导学生结合原理概念加以思考分析，注重查阅资料，并在MATLAB 平台上进行方案验证。以语音信号处理为例，如图1 所示，输入30s 时长的“我的祖国”音频信号，计算其标准采样频率，改变不同采样频率的音乐输出，通过加入带限噪声分析加噪前后时频域变化，并采用IIR/FIR 数字滤波器进行去噪，让学生将先修课程的“时域采样”、本课程的快速傅里叶变换、数字滤波器设计等知识相融合，实现关联课程间的无缝链接，提升学生协同合作能力、应用分析能力，培养学生创新思维。

图1 以“我的祖国”音频信号为例的“采样＋加噪＋去噪＋滤波”项目设计

2.3 推进“学教互评”，构建合理的考核评价机制

教师从学生的知识结构和能力结构方面入手，评价学生的“阶段性成果”，了解学生由于个体差异而对知识点掌握情况的不同，调整教学内容和教学方法。教师将原理的应用和实际方案的设计作为理论考查的重点，评价学生掌握理论知识并应用的能力，总结课程教学效果，优化下一年度的课程内容和教学方式。整个课程的“综合性评价”包括线上线下学习和拓展的项目设计等“预期学习成果”以及理论考查结果，将学生评价与教学评价相融合，从学生参加科创竞赛和企业相关岗位的就业、问卷调查等方面进行教学反馈，推动“学教互评”，实现课程可持续建设。课程的评价机制如表1 所示。

表1 学生成绩考核评价机制（多维度评价、定性评估及持续改进策略）

3 结语

本文通过分析数字信号处理课程的学情，发现教学过程中存在理论实践融合度不高、学生被动思考及评价方式单一等问题，探讨了基于“学生中心、能力本位”的混合教学模式，并从教学内容重构、教学模式多元化设计、考核机制合理化等方面进行课程改革。通过改革，学生知识掌握能力和实践能力均有所提升，但如何将项目设计在线上平台展现，需要进一步探讨和完善。