汪淑賢，周宏敏

（桂林信息科技學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣西桂林 541004）

隨著“互聯(lián)網(wǎng)＋教育”的推進，逐漸形成“以學(xué)生為中心”的現(xiàn)代教育模式，其以培養(yǎng)學(xué)生思考能力、興趣為側(cè)重點，實現(xiàn)“學(xué)生主體，教師主導(dǎo)”的個性化培養(yǎng)。應(yīng)用型本科院校應(yīng)基于“學(xué)生中心”，開展理實一體化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生核心能力素養(yǎng)。本文以數(shù)字信號處理課程為例，結(jié)合桂林信息科技學(xué)院應(yīng)用型本科課程建設(shè)，優(yōu)化課程教學(xué)，通過多元化的教學(xué)融合方式，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力。

數(shù)字信號處理課程作為通信、電子類相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)必修課，集理論與實踐、原理與設(shè)計應(yīng)用為一體，在課程體系中發(fā)揮重要的樞紐作用[1]，其能夠影響前沿科學(xué)研究，且被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、IT、航空等領(lǐng)域[2]。鑒于此，基于“學(xué)生中心，能力本位”，高校教師及相關(guān)學(xué)者進行了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評價等方面改革的探討及實踐：王秋生等[2]引入面向工程實踐的理念，優(yōu)化課程建設(shè)模型、完善教學(xué)實踐案例，以培養(yǎng)學(xué)生解決工程系統(tǒng)復(fù)雜問題的能力，并提出未來課程建設(shè)將集中于MOOC 平臺；李秀坤等[3]基于“學(xué)生中心”，提出“三層次”教學(xué)內(nèi)容設(shè)計思想，使學(xué)生掌握理論知識，提升解決問題的能力；鐘蘇川等[4]針對特定專業(yè)進行了課程思政教育的探索與實踐，并進行推廣。在教學(xué)模式方面，談玲瓏等[5]利用“云技術(shù)”和“云平臺”搭建任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)平臺，通過視頻公開課、MOOC 等優(yōu)質(zhì)共享教學(xué)資源，構(gòu)建“主導(dǎo)—主體”式的混合教學(xué)模式，實現(xiàn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)；丁晨陽[6]采用SPOC 在線學(xué)習(xí)平臺和微視頻設(shè)計，加入翻轉(zhuǎn)課堂、協(xié)作學(xué)習(xí)等，提升學(xué)生的課堂參與度和團隊協(xié)作能力；張小青[7]基于學(xué)堂在線平臺，用MATLAB 輔助實現(xiàn)混合模式教學(xué)；王曉莉等[8]提出基于OBE 理念的線上線下混合式教學(xué)，構(gòu)建完整的閉環(huán)框架，有效促進學(xué)生獲得知識和能力，并通過MATLAB、EDA、Python 等仿真平臺的引入[9-11]，將抽象的知識直觀化；曹斌芳等[12]基于MATLAB GUI 建立教學(xué)/實驗輔助平臺，有效提升了學(xué)生的應(yīng)用能力、動手能力和創(chuàng)新思維；張海劍等[13]和黃瓊丹[14]等分別從實際應(yīng)用出發(fā)，探討課程的建設(shè)及培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力。以上研究實例表明，融合傳統(tǒng)課堂教學(xué)與在線學(xué)習(xí)的混合教學(xué)模式是實現(xiàn)“學(xué)生中心、能力本位”的有效途徑，學(xué)生能通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)方式實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造。本文根據(jù)桂林信息科技學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字信號處理課程的學(xué)情分析，探討適合學(xué)生發(fā)展的教學(xué)模式。

1 數(shù)字信號處理課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容抽象，理論與實踐脫節(jié)

數(shù)字信號處理課程于大三上學(xué)期開設(shè)，在先修課程信號與系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，承接數(shù)字圖像處理、通信原理、DSP 原理與應(yīng)用等課程，其理論體系完整嚴密，概念及原理多且抽象，公式推導(dǎo)難以被理解。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師強調(diào)理論知識的完整性，側(cè)重理論知識的講解，知識結(jié)構(gòu)銜接不緊湊，框架式結(jié)構(gòu)分析理論相對較少，且忽略了實際應(yīng)用案例的設(shè)計。教師過多關(guān)注課程的知識點，未重視講授知識點相關(guān)的育人思想，難以提升學(xué)生素養(yǎng)。教學(xué)過程缺少項目設(shè)計式實驗和工程案例式教學(xué)，與理論相對應(yīng)的實驗均為驗證性實驗，由于時間有限，學(xué)生在未完全掌握理論知識的情況下，應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維提升不明顯，導(dǎo)致理論與實踐教學(xué)脫節(jié)，未體現(xiàn)應(yīng)用型本科院校注重實踐能力培養(yǎng)的特點。

1.2 師生缺少互動，學(xué)生被動學(xué)習(xí)

桂林信息科技學(xué)院數(shù)字信號處理課程采用大班制教學(xué)，每堂課學(xué)生人數(shù)超過90 人。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師未設(shè)置預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生學(xué)習(xí)缺少主動性，課堂上，教師較少與學(xué)生互動，學(xué)生難以理解復(fù)雜的算法推導(dǎo)。課后，學(xué)生僅完成課本習(xí)題，自主學(xué)習(xí)能力弱的學(xué)生不知如何拓展所學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)內(nèi)容方面，教師教學(xué)缺少應(yīng)用案例，未能將語音、圖像等以仿真的形式直觀動態(tài)地呈現(xiàn)，學(xué)生難以深刻理解知識點及其應(yīng)用方法，難以提高創(chuàng)新能力和解決問題的能力，難以持續(xù)性學(xué)習(xí)。

1.3 教學(xué)評價方式單一，評教評學(xué)不同步

在教學(xué)過程中，數(shù)字信號處理課程的綜合評價成績由紙質(zhì)期末考試成績與平時成績按一定的比例構(gòu)成，平時成績涉及考勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)等，對課程的評價限于學(xué)生對教師的評論，未對學(xué)生的階段性成果進行分析，缺乏個性化評價，不能有效推動課程教學(xué)方法的改進。

2 數(shù)字信號處理課程混合式教學(xué)設(shè)計與實施

2.1 立足“學(xué)生中心”，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

課程以應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)目標為基準，立足“學(xué)生中心”，從用人單位對學(xué)生知識儲備和實踐能力需求出發(fā)，確立教學(xué)目標：以離散信號與系統(tǒng)的頻域／數(shù)字頻域分析、數(shù)字濾波器的設(shè)計及其在圖像、語音信號處理中的銜接為知識目標；以理論知識在圖像、語音、通信系統(tǒng)中的應(yīng)用能力和解決問題能力的提升為能力目標；以人文情懷、科技興國為素養(yǎng)目標。

根據(jù)學(xué)生知識儲備、學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)目標等方面的個體差異，教師對教學(xué)內(nèi)容進行分層設(shè)計，以了解、理解、掌握、應(yīng)用四個層次進行教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)?；诮虒W(xué)目標和課程結(jié)構(gòu)體系，教師為知識儲備少、學(xué)習(xí)能力不強的學(xué)生設(shè)計了解和理解層次的內(nèi)容，重點圍繞例題進行講解；對于需要深層次學(xué)習(xí)的學(xué)生，凝練教材知識點，搭建結(jié)構(gòu)清晰的知識架構(gòu)，適當融入MATLAB 仿真應(yīng)用實例和工程案例分析，拓展知識的深度和廣度，讓學(xué)生掌握知識并學(xué)以致用。

2.2 注重“能力本位”，融合多元化的混合教學(xué)模式

基于課程內(nèi)容架構(gòu)，在現(xiàn)代信息教育技術(shù)的推動下，教師在教學(xué)過程中展開線上線下混合式教學(xué)，融合項目驅(qū)動式教學(xué)和分層教學(xué)等，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，不斷提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、協(xié)作分析問題、解決問題和創(chuàng)新的能力。

一方面，基于超星學(xué)習(xí)通平臺搭建任務(wù)驅(qū)動式的線上線下混合教學(xué)環(huán)境，構(gòu)建與教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的預(yù)習(xí)要點、工程案例、課程思政案例庫，難易分層的練習(xí)題庫及MOOC 共享資源庫等，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供資源。基于學(xué)生學(xué)習(xí)能力，教師按學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)組織交叉分組。課前，教師分配預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生在線上開展合作學(xué)習(xí)與總結(jié)；課中，教師根據(jù)學(xué)生線上學(xué)習(xí)效果，精心設(shè)計課堂教學(xué)過程，有針對性地展開重難點剖析；課后，學(xué)生獨立完成線下作業(yè)與線上練習(xí)，并拓展學(xué)習(xí)工程應(yīng)用實例。教師通過采用能力分層和線上線下混合教學(xué)的方式，培養(yǎng)學(xué)生分析問題能力和綜合設(shè)計能力。

另一方面，基于數(shù)字信號處理課程群，“以項目驅(qū)動教學(xué)實施為主線，以教師為引導(dǎo)，以學(xué)生為主體”，在課堂上，教師通過MATLAB 軟件平臺導(dǎo)入圖像處理、語音信號處理等項目實例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB 軟件的興趣，將課程之間的交叉知識融入項目教學(xué)，體現(xiàn)對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)要求。課后，教師根據(jù)學(xué)生能力的不同設(shè)置不同層次的項目，基于相關(guān)知識引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合原理概念加以思考分析，注重查閱資料，并在MATLAB 平臺上進行方案驗證。以語音信號處理為例，如圖1 所示，輸入30s 時長的“我的祖國”音頻信號，計算其標準采樣頻率，改變不同采樣頻率的音樂輸出，通過加入帶限噪聲分析加噪前后時頻域變化，并采用IIR/FIR 數(shù)字濾波器進行去噪，讓學(xué)生將先修課程的“時域采樣”、本課程的快速傅里葉變換、數(shù)字濾波器設(shè)計等知識相融合，實現(xiàn)關(guān)聯(lián)課程間的無縫鏈接，提升學(xué)生協(xié)同合作能力、應(yīng)用分析能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。

圖1 以“我的祖國”音頻信號為例的“采樣＋加噪＋去噪＋濾波”項目設(shè)計

2.3 推進“學(xué)教互評”，構(gòu)建合理的考核評價機制

教師從學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)方面入手，評價學(xué)生的“階段性成果”，了解學(xué)生由于個體差異而對知識點掌握情況的不同，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。教師將原理的應(yīng)用和實際方案的設(shè)計作為理論考查的重點，評價學(xué)生掌握理論知識并應(yīng)用的能力，總結(jié)課程教學(xué)效果，優(yōu)化下一年度的課程內(nèi)容和教學(xué)方式。整個課程的“綜合性評價”包括線上線下學(xué)習(xí)和拓展的項目設(shè)計等“預(yù)期學(xué)習(xí)成果”以及理論考查結(jié)果，將學(xué)生評價與教學(xué)評價相融合，從學(xué)生參加科創(chuàng)競賽和企業(yè)相關(guān)崗位的就業(yè)、問卷調(diào)查等方面進行教學(xué)反饋，推動“學(xué)教互評”，實現(xiàn)課程可持續(xù)建設(shè)。課程的評價機制如表1 所示。

表1 學(xué)生成績考核評價機制（多維度評價、定性評估及持續(xù)改進策略）

3 結(jié)語

本文通過分析數(shù)字信號處理課程的學(xué)情，發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中存在理論實踐融合度不高、學(xué)生被動思考及評價方式單一等問題，探討了基于“學(xué)生中心、能力本位”的混合教學(xué)模式，并從教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)模式多元化設(shè)計、考核機制合理化等方面進行課程改革。通過改革，學(xué)生知識掌握能力和實踐能力均有所提升，但如何將項目設(shè)計在線上平臺展現(xiàn)，需要進一步探討和完善。