王曉莉,陳分雄
(中國地質(zhì)大學(xué)〔武漢〕 機電學(xué)院,湖北 武漢 430074)
由于特殊情況對各行各業(yè)產(chǎn)生了影響,對高校教學(xué)更是產(chǎn)生了嚴重沖擊,全程線上教學(xué)是當(dāng)時嚴峻形勢下的被動選擇,但是對于廣大教師而言卻是一次寶貴的教學(xué)實踐。近兩年,有些地區(qū)實施線上教學(xué),另外有一些高校,則要求同時實施線上和線下教學(xué),以兼顧因特殊時期不能如期返校的學(xué)生。可以說,特殊時期背景下,不僅需要實施混合式教學(xué),而且要求線上線下的教學(xué)模式具有柔性調(diào)整的能力,以適應(yīng)不同形勢下的教學(xué)需求,提升課程教學(xué)的效果,達到人才培養(yǎng)的目標(biāo)。本文以“數(shù)字信號處理”課程為例,針對課程特點和培養(yǎng)目標(biāo),探討其線上線下混合式教學(xué)的柔性實施模式,為相關(guān)的教學(xué)改革與實踐提供借鑒。
數(shù)字信號處理是影響現(xiàn)代科學(xué)研究與技術(shù)發(fā)展的最重要的成果,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而不斷地發(fā)展完善,被應(yīng)用于各個現(xiàn)代化尖端領(lǐng)域[1]?!皵?shù)字信號處理”課程因其重要性,受到了國內(nèi)外理工科院校的普遍重視,已經(jīng)成為本科高年級或碩士低年級的必修課程或優(yōu)選課程,是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的基礎(chǔ)課程。與此同時,國內(nèi)外理工科院校開設(shè)“數(shù)字信號處理”課程成為普遍現(xiàn)象。該課程有如下特點。(1)基礎(chǔ)性:課程要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),以“信號與系統(tǒng)”為先修課程,并與信息處理類的其他課程如“數(shù)字圖像處理”“通信原理”等課程密切相關(guān)。(2)理論性:課程具有完整嚴密的理論體系,在離散化和系統(tǒng)化的概念、方法、原理的框架上,采用抽象的數(shù)學(xué)符號進行內(nèi)容的詮釋和推導(dǎo)。(3)工程性:是科學(xué)研究與工程實踐中共性問題的總結(jié),能解決工程實際中的相關(guān)問題,在各個領(lǐng)域,如航空航天、國防軍事、工業(yè)生產(chǎn)、地質(zhì)勘探、消費電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價值[2-3]。
課程教學(xué)目標(biāo)在總體上既需要進行課程的理論學(xué)習(xí),同時還要求能夠進行算法仿真和系統(tǒng)設(shè)計,進而進行工程實際運用的延伸,要求能夠運用課程理論和方法初步解決相關(guān)工程問題。這門課程的教學(xué)目標(biāo)可以分類為思政、知識、能力、素質(zhì)四個方面。(1)思政目標(biāo):將思政元素貫穿于課程學(xué)習(xí)當(dāng)中,通過課程學(xué)習(xí)使學(xué)生了解課程方法在各個領(lǐng)域的應(yīng)用,正視該學(xué)科國內(nèi)外研究差距,培養(yǎng)專業(yè)責(zé)任感和家國情懷,把個人奮斗同國家民族復(fù)興的偉大目標(biāo)結(jié)合起來[4]。(2)知識目標(biāo):通過課堂教學(xué),理論上要求學(xué)生深刻理解“數(shù)字信號處理”的相關(guān)理論、概念和分析方法,建立課程的理論體系框架,基本內(nèi)容包括離散信號和系統(tǒng),信號和系統(tǒng)的時域、頻域及復(fù)域分析方法,離散傅里葉變換及快速傅里葉變換,數(shù)字濾波器的分析和設(shè)計。(3)工程目標(biāo):通過課堂教學(xué)及上機實驗,綜合課程設(shè)計,使學(xué)生能掌握課程的工程設(shè)計方法和實驗研究方法,能夠運用理論解決實際問題。(4)素質(zhì)目標(biāo):引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀,培養(yǎng)學(xué)生嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度,鼓勵學(xué)生追求真知,勇于創(chuàng)新。
單純的線上或者線下教學(xué)各具特點和優(yōu)勢。作為傳統(tǒng)的教學(xué)模式,在教室環(huán)境中進行面對面的線下教學(xué),在教學(xué)效果和教學(xué)效率上,具有線上教學(xué)難以比擬的優(yōu)勢。線下教學(xué)最重要的一個特征就是上課本身是一項具有儀式感的活動,教師和學(xué)生在線下的教室環(huán)境中更容易全程投入,共同完成教學(xué)活動。線下教學(xué)具有集體學(xué)習(xí)的氛圍,師生之間、生生之間在學(xué)習(xí)過程中思維能夠相互啟發(fā)。教師視角能夠及時地捕捉學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),實時進行督促和激發(fā),以達到良好的課堂教學(xué)效果。
線上的教學(xué)方案是伴隨互聯(lián)網(wǎng)而產(chǎn)生的一種教學(xué)模式,線上教學(xué)能夠打破空間的局限,擴展教育的邊界。近年來,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提升及移動互聯(lián)網(wǎng)的興起,線上教學(xué)的功能也隨之?dāng)U充,開始出現(xiàn)直播、錄播,以及在線布置作業(yè)、測試、小組討論等功能,也極大提高了教學(xué)組織的效率。線上平臺具備超強的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能,從課堂的實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計到課后客觀的數(shù)據(jù)分析,對于教師組織教學(xué)活動極具參考價值。在特殊時期是課程學(xué)習(xí)的主要手段,在正常情況下則是課程學(xué)習(xí)的有效補充和得力工具。
混合式教學(xué)是依據(jù)OBE教學(xué)理念[5],根據(jù)課程特點,將線上和線下教學(xué)因素進行有機融合,貫穿課程的整個教學(xué)過程,爭取實現(xiàn)課程教學(xué)效果的最大化。
在學(xué)習(xí)效果最佳的目的驅(qū)動下,充分考慮課程的內(nèi)容特點,依據(jù)課程的培養(yǎng)目的和要求,實施線上線下混合式教學(xué),使得基于BOPPPS[6]的教學(xué)模式形成真正意義上的完整閉環(huán)框架,如圖1所示。通過對客觀數(shù)據(jù)的分析,對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況,包括課程學(xué)習(xí)時長、目標(biāo)達成度及學(xué)生對內(nèi)容的難易感受度等方面進行分析和對比[7]。在此基礎(chǔ)上,分析教學(xué)過程中存在的問題,并及時調(diào)整相關(guān)教學(xué)模塊及課程教學(xué)資源,形成課程教學(xué)的持續(xù)改進。
圖1 課程教學(xué)的閉環(huán)框架
具體的實施環(huán)節(jié)則是通過在課前、課中、課后的不同階段將以符合學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律及課程特點的方式合理組織教學(xué)內(nèi)容,主要包括課前導(dǎo)學(xué)、課中講授、課后鞏固三個階段。
1.課前導(dǎo)學(xué)。根據(jù)教學(xué)大綱制定教學(xué)計劃,梳理教學(xué)內(nèi)容,設(shè)置課程章節(jié);依托學(xué)習(xí)通或者雨課堂建立網(wǎng)絡(luò)課程,并進行課程資源建設(shè),如建立作業(yè)庫和試卷庫等,方便學(xué)生利用碎片化的時間進行學(xué)習(xí);導(dǎo)學(xué)還應(yīng)該包含拓展的內(nèi)容:如課程的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。
2.課中講授。以課堂教學(xué)為主,將線上平臺作為輔助教學(xué)手段。講授內(nèi)容突出課程內(nèi)容的理論和概念,根據(jù)課程內(nèi)容及重點和難點精心組織課堂教學(xué),并對學(xué)生反饋回來的一些共性問題進行重點講解。同時充分利用線上平臺資源組織互動。
3.課后鞏固。課堂講授的是理論知識,為了檢驗課堂學(xué)習(xí)效果,達到鞏固知識的目的,在課后可以給學(xué)生布置線上或者線下的學(xué)習(xí)任務(wù),包括習(xí)題及發(fā)布一些主題討論,同時也必須安排一定數(shù)量的上機作業(yè),要求學(xué)生完成實驗報告并上傳。
根據(jù)不同特殊時期形勢,不同的教學(xué)要求,課程的混合式教學(xué)又體現(xiàn)為以下三種不同的實現(xiàn)模式,如圖2所示。
圖2 混合式教學(xué)的具體實現(xiàn)模式
在正常情況下,教師和學(xué)生都能到校,一般是采用模式1,其中包含了師生直接面對面的課堂知識傳授,具有直觀、效率高的優(yōu)勢,同時穿插課堂互動,利用手機進行簽到、測試及討論,線上線下能夠優(yōu)勢互補,達到較好的課堂教學(xué)效果。模式2則用于教師和大部分學(xué)生能夠來到課堂,而少部分學(xué)生因特殊時期無法正常到校的場合,這種情況下教師仍然能夠在教室組織課堂的面授教學(xué),同時在網(wǎng)絡(luò)端和手機端開通直播,以兼顧不能到場的學(xué)生。如果教師和學(xué)生均不能到場的話,模式3就是唯一的選擇項,在這種情況下,教學(xué)活動的各個環(huán)節(jié)均在線上進行。
對于“數(shù)字信號處理”課程來說,課程混合式教學(xué)的柔性實現(xiàn)不是簡單地將線下內(nèi)容直接生搬硬套到線上,更不是線上和線下內(nèi)容的簡單拼接,而是強調(diào)二者的有機融合,優(yōu)勢互補,并且能夠根據(jù)實際情況,柔性地進行調(diào)整,同時,為應(yīng)對突發(fā)事件,具備授課模式迅速切換的能力。
混合式教學(xué)模式之間的切換,對于任課教師來說,是壓力更是挑戰(zhàn),不僅要求教師有課程扎實的理論基礎(chǔ),同時還必須能夠熟練使用學(xué)習(xí)通、雨課堂等線上教學(xué)平臺,在教學(xué)實踐中不斷地積累經(jīng)驗,進而能夠進行課程講授和平臺應(yīng)用的合理組合。一般來說,模式的切換,特別是切換到線上授課,需要在一些環(huán)節(jié)做出調(diào)整,主要體現(xiàn)在以下幾點。
1.內(nèi)容的表達方式進行調(diào)整,學(xué)生面對電子屏幕時專注力會有所下降,線上授課不適合長時間大篇幅的推導(dǎo),而“數(shù)字信號處理”有完整的理論體系,里面有很多的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和公式證明,理解難度較大,傳統(tǒng)教學(xué)中,教師常需花費大量時間精力進行公式推導(dǎo)和演算。這種方式如果直接搬移到線上,不管是錄屏還是直播,效果會大打折扣。實際上課程中的很多概念有對應(yīng)的物理含義,教師在進行公式講解的時候,可以強調(diào)其物理意義,進而根據(jù)學(xué)生不同的專業(yè)背景,列舉出相關(guān)實例。比如旋轉(zhuǎn)機械的振動信號進行傅里葉變換,可以根據(jù)變換結(jié)果來進行裝置的運行監(jiān)控和故障診斷。通過知識點的應(yīng)用延伸來提升教學(xué)效果。
2.加強仿真環(huán)節(jié)對于課程教學(xué)的輔助作用,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,每個學(xué)生都有個人終端,線上比線下更適合演示編程仿真環(huán)節(jié),而“數(shù)字信號處理”課程不僅有很強的理論性,還有很強的工程性,理論和實踐并重是課程的一個重要特點,實驗的仿真編程環(huán)節(jié)能有效加深學(xué)生對于理論知識的理解。比如IIR濾波器的設(shè)計,就是一整套完整的方法和公式、圖表的直接套用,而FIR濾波器在窗函數(shù)的選擇對性能的影響上,教師完全可以在線上對照濾波器設(shè)計步驟,通過MATLAB仿真編程演示每一個過程,并將結(jié)果以數(shù)值或者是圖形的方式進行清晰展示。
3.增加課堂互動的環(huán)節(jié),讓學(xué)生積極參與課堂互動。線上授課欠缺師生面對面直接的交流和溝通,教師不能實時地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài),這些可以通過適當(dāng)?shù)卦黾泳€上互動環(huán)節(jié)來進行彌補,包括手機簽到,設(shè)計課堂交互的測試和討論,開放彈幕引導(dǎo)學(xué)生進行思考,利用詞云進行結(jié)論歸納等,吸引學(xué)生積極地參與課堂教學(xué),將學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性充分地調(diào)動起來。
4.課程的評估方式進行相應(yīng)調(diào)整,最后的課程評分需要充分兼顧線上和線下環(huán)節(jié),目的是能夠客觀全面地反映學(xué)生對課程的掌握程度,以及評價學(xué)生運用課程知識解決問題的能力。在堅持過程評價的基礎(chǔ)上,混合式教學(xué)的課程評估包括以下四個方面:課程參與度(15%)、作業(yè)及隨堂測試(25%)、項目及實驗(20%)及期末考試(40%)。評分的數(shù)據(jù)來源包括兩部分,一種是線上數(shù)據(jù),可以充分利用線上網(wǎng)絡(luò)平臺的一些數(shù)據(jù),包括簽到率,課堂討論的參與度,對課程資源瀏覽總時長,作業(yè)問答和測試等學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)記錄,通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析形成對課程學(xué)習(xí)的客觀評價。另一種是線下的紙質(zhì)數(shù)據(jù),包括平時的作業(yè)和最后的課程考試,需要人工進行統(tǒng)計。當(dāng)然,如果采用全線上教學(xué),則所用的評分數(shù)據(jù)均來自線上的課程平臺。
在當(dāng)前的大環(huán)境下,結(jié)合“數(shù)字信號處理”的課程性質(zhì)和培養(yǎng)目標(biāo),本文提出了基于OBE的混合式教學(xué)閉環(huán)反饋框架,對混合式教學(xué)進行分析,并針對具體特殊形式需求的混合式教學(xué)柔性實施策略進行了探討。本文提出的方法,對其他理工科課程建設(shè)有很好的參考價值。
主講教師作為教學(xué)過程的設(shè)計者,課堂節(jié)奏的掌控者,在整個線上線下混合式教學(xué)活動中起著至關(guān)重要的作用。但是也需要指出的是,教學(xué)能否達到預(yù)期的目的,還和其他的一些因素相關(guān),比如說進行教室課堂直播時,需要網(wǎng)絡(luò)暢通,進行線上授課時,需要學(xué)生有良好的自律,這需要大學(xué)的管理者,相關(guān)部門、教師和學(xué)生的共同努力。