摘 要 文章探討了新工科背景下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在數(shù)字信號處理課程教學中的應用效果和推廣的可行性。以四個平行班級為研究對象，兩個班級采用混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學，一個班級采用線下教學模式，一個班級采用線上教學模式。對采用混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學的班級，重組數(shù)字信號處理課程內(nèi)容，運用翻轉(zhuǎn)課堂教學培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，強化學生自主學習。采用目標達成度評價混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學、線下教學模式和線上教學模式。其中，混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學模式表現(xiàn)出良好的教學效果，為工程技術專業(yè)課程改革提供了新思路。

關鍵詞 翻轉(zhuǎn)課堂；混合式教學模式；數(shù)字信號處理；目標達成度

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.3.034

Practical Exploration of Blended Flipped Classroom

——Taking the course of \"Digital Signal Processing\" as an example

ZHANG Tong， CHEN Hongxu， LIAO Qihao

（Yibin University， Yibin， Sichuan 644000）

Abstract The article explores the application effect and feasibility of promoting the blended flipped classroom teaching mode in the teaching of digital signal processing courses under the background of new engineering disciplines. Taking four parallel classes as the research object， two classes adopt blended flipped classroom teaching， one class adopts offline teaching mode， and one class adopts online teaching mode. For classes that adopt hybrid flipped classroom teaching， restructure the content of digital signal processing courses， use flipped classroom teaching to cultivate students' innovative abilities， and strengthen their self-directed learning. Evaluate blended flipped classroom teaching， offline teaching mode， and online teaching mode based on goal achievement. Among them， the blended flipped classroom teaching mode has shown good teaching effects， providing new ideas for the reform of engineering technology courses.

Keywords flipped classroom; blended teaching mode; digital signal processing; goal achievement

隨著“中國制造2025”的提出和智能制造技術的蓬勃發(fā)展，市場急需大量的創(chuàng)新型工程人才。在此背景下，教育部對各高校提出了培養(yǎng)新型工科人才的要求。新工科建設強調(diào)培養(yǎng)復合型工科人才，大力培養(yǎng)學生獨立自主的學習能力，成為具有工程實踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)的人才[1]。

“數(shù)字信號處理”是機械電子工程專業(yè)的基礎課，培養(yǎng)學生應用數(shù)字信號處理技術解決工程技術問題的能力，掌握時域、頻域離散信號與系統(tǒng)的分析和濾波器的設計。作為理論與工程實踐密切結合的課程，其數(shù)學推導公式多，理論性很強，若采用灌輸式教學模式，教師缺乏和學生的互動，難以激發(fā)學生興趣，且課程考核方式單一，考核方向不明確。為了改善數(shù)字信號處理教學過程中存在的問題，本研究提出了混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，力求解決數(shù)字信號處理課程中學生學習興趣低等問題，對數(shù)字信號處理課程進行教學改革，探討新教學模式的推廣，并為其他課程教學改革提供參考依據(jù)[2]。

1" “數(shù)字信號處理”課程教學現(xiàn)狀分析

“數(shù)字信號處理”是一門專業(yè)基礎課，主要從設計方法與設計過程角度對數(shù)字濾波器設計內(nèi)容進行歸納和總結。課程包含復雜的數(shù)學推導過程，涉及高等數(shù)學、復變函數(shù)、信號與系統(tǒng)等課程的相關內(nèi)容，同時課程又強調(diào)與實踐緊密結合。因此在“數(shù)字信號處理”課程教學中，不僅要求學生掌握理論知識，而且要求學生具有很強的實踐能力。然而受到教材內(nèi)容、教學方式和考評方式的限制，以教師講授為主的傳統(tǒng)教學模式，存在以下三個問題。

1.1" 教材數(shù)學公式多，學生參與度不高

多數(shù)學生對數(shù)學公式的推導過程缺乏興趣，很難參與到課堂教學。其主動學習的意愿降低，成為被動型學習的學生。

1.2" 灌輸式教學，缺乏互動性

傳統(tǒng)教學以教師為主，在教學時數(shù)減少的情況下，教師注重教學進度，對學生掌握知識和技能的情況缺乏了解，忽略了學生的課堂體驗，造成課堂互動環(huán)節(jié)不足[3]。

1.3" 課程考核方式單一，考核方向不明確

學生成績通常由平時成績、實驗成績和期末試卷成績構成。而期末試卷成績又占據(jù)了過大的比例。學生為應付考試常常出現(xiàn)考前突擊背題的情況。學習過程考核不明確，無法培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力。

綜上所述，數(shù)字信號處理現(xiàn)有的教學模式難以滿足新工科對復合型人才培養(yǎng)模式的要求。因此，培養(yǎng)學生自主學習能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力已成為當務之急。

2" 翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學模式的優(yōu)勢

數(shù)字信號處理課程教學有線下教學、線上教學和混合式教學三種教學模式[4]。教學組提出了基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學模式及考核評價方法。

翻轉(zhuǎn)課堂改變了教師與學生的課堂角色。以教師為主的課堂講授，學生聽課為輔的教學模式翻轉(zhuǎn)過來，變成學生自主學習為主，教師只起引導作用，進行問題解決、合作探究等深層次的學習活動。充分發(fā)揮教師和學生的自主性，體現(xiàn)了學生作為學習過程主體的主動性、積極性和創(chuàng)造性，從而獲得更好的教學效果[5-6]。

混合式翻轉(zhuǎn)課堂是線上和線下學習的混合，采用翻轉(zhuǎn)課堂可以重新分配課上和課下的時間和教學形式。把原來課上簡單的、互動性差的內(nèi)容放到課下讓學生自己完成，而把一些互動性好、需要協(xié)作完成的內(nèi)容放到課堂上進行，以便讓課堂更活躍、更生動、發(fā)揮更大的作用[7]。

混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的優(yōu)勢如下：

①學生自主學習與合作討論相融合，強化其自學能力，增強學習興趣。

②師生協(xié)作探究。教師引導學生高效思考，提出新的思路，師生主動交流，共同進行教學探究。

③改變考核方式，將成績測評轉(zhuǎn)化為自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。注重學習過程的考核，使考核評價更趨于合理和公平。

3" “數(shù)字信號處理”課程教學環(huán)節(jié)設計

3.1" 重組教學內(nèi)容，突出綜合運用能力培養(yǎng)

為了培養(yǎng)學生的工程應用能力，課程組重新梳理了教學內(nèi)容。課程內(nèi)容包含基礎知識、頻譜分析和數(shù)字濾波器?；A知識主要是基本概念和基礎理論，由信號時域分析、信號頻域分析、系統(tǒng)時域分析和系統(tǒng)頻域分析四部分組成。頻譜分析由頻域采樣理論、離散傅里葉變換和快速傅里葉變換構成。數(shù)字濾波器由IIR數(shù)字濾波器設計、FIR數(shù)字濾波器設計和數(shù)字濾波器結構組成。

3.2" 混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學，多元化考核，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

翻轉(zhuǎn)課堂是混合式教學的一種有效形態(tài)，所謂“翻轉(zhuǎn)”是指教學主動權從教師到學生的轉(zhuǎn)移，突出強調(diào)了學生的“學”要優(yōu)先于教師的“教”?；旌鲜椒D(zhuǎn)課堂教學實施方案步驟如下。

3.2.1" 視頻預習在“先”

教師通過雨課堂錄制好預習材料的視頻，并提前發(fā)給學生，這些資料包含了知識重點、學習目標及具有針對性的思考練習題和視頻學習資料，可以幫助學生獲得必要的前期知識。鼓勵學生積極思考，尋找問題答案。在該過程中，使學生掌握學習的目標，構建學習的知識框架。

3.2.2" 課堂探討激“活”

翻轉(zhuǎn)課堂改變了傳統(tǒng)教學模式。在翻轉(zhuǎn)課堂上，教師與學生發(fā)生了角色變化。學生成為課堂的主角，主動發(fā)現(xiàn)問題，在課堂上探究解決問題的方法和途徑，教師則是學生學習過程的引導者。具體方式為：在課堂上，教師組織學生分成小組，由學生提出問題并給出解答方案，學生分小組進行討論，組與組之間對問題進行辯論，小組之間交叉點評。在問題解決后，每組選出一位學生進行總結，教師綜合評價學生小組任務完成情況，同時要適時拋出新的問題，引導學生深入思考。

3.2.3" 鞏固拓展要“深”

為增強學習深度，必須抓好課后的鞏固環(huán)節(jié)。教師可以在雨課堂網(wǎng)絡平臺設置討論話題，學生通過網(wǎng)絡進行互動交流。教師將學生的課堂討論和解決方案整理匯總，分享給每一位學生，并對表現(xiàn)好的小組進行獎勵，實現(xiàn)正向激勵。教師在教學平臺及時收集學生反饋意見，找到教學中應改進之處，提高后續(xù)教學質(zhì)量。

3.3" 構建教學、科研、理論、實踐和協(xié)作的混合式教學體系，強化學生自主學習能力

為了實現(xiàn)課程目標，總體教學設計思路應圍繞立德樹人的根本任務，建設教學資源，從混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學的應用入手，強化學生的理論分析能力，提高其實踐操作能力，提升團隊協(xié)作水平，構建混合式教學模式，優(yōu)化教學評價體系，不斷深化和完善教學、科研、理論、實踐和協(xié)作為一體的混合式教學體系。

4" 教學實施效果評估

課程目標達成度是教學效果達到教學目標的關鍵指標。評價過程中注重對學生語言表達、提出問題、分析問題、總結歸納能力的評價，注重學生多元化能力的培養(yǎng)。

根據(jù)數(shù)字信號處理課程的培養(yǎng)方案，課程目標分別對應支撐的畢業(yè)要求指標點。調(diào)查四個班級，兩個班級采用翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學模式，一個班級采用線下教學模式，一個班級采用線上教學模式，全面考查數(shù)字信號處理課程目標達成情況。課程考核主要由過程性考核和期末考核組成。過程性考核主要包括作業(yè)、期中檢測、實驗；期末考試采取閉卷筆試。

三種教學模式課程目標達成度評價結果如表1所示。

從表1中可知，混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的課程總目標達成度為0.781，線下教學模式的課程總目標達成度為0.753，線上教學模式的課程總目標達成度為0.736。說明混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學模式課程總目標達成情況優(yōu)于線上教學模式和線下教學模式。在工程知識、問題分析和運用現(xiàn)代工程工具三個方面的具體課程目標達成度也均優(yōu)于其他兩種教學模式。

5" 教學建議和反思

混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學模式顯著提升了學生的學習能力、學業(yè)表現(xiàn)，更加符合學生進入工作崗位的學習模式。

5.1" 培養(yǎng)專業(yè)興趣，拓展學生思維

隨著科學的發(fā)展，學科間的交叉和滲透，任課教師應及時了解學科的發(fā)展動態(tài)，歸納整理網(wǎng)絡資源，在授課過程中適時地將前沿信息傳達給學生，培養(yǎng)他們的專業(yè)興趣并拓寬其視野。

5.2" 打造高水平高素質(zhì)的教學團隊

混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學模式不僅可以提高教師的教學能力，同時拓展了教師的知識面，逐步打造出一支高水平的教學團隊。

5.3" 促進工程實踐

混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，為教學提供了新的模式，既可以提升教師的工程實踐教育水平，促進專業(yè)課教師隊伍的建設，又可以培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)新能力，激發(fā)學生的主觀能動性和創(chuàng)新性。

6" 結語

本文首先分析了數(shù)字信號處理課程教學現(xiàn)狀，其次進行混合式翻轉(zhuǎn)課堂的教學設計，最后通過達成度對教學模式進行評價?；旌鲜椒D(zhuǎn)課堂教學模式不僅提高了學生學習的積極性，增強了教學互動，還促進了學生學習方式和教師教學方式的轉(zhuǎn)變，達到“教學相長”的效果，同時為工程技術專業(yè)課程改革提供了新思路。

基金項目：2023年宜賓學院校級項目“采用三層項目驅(qū)動進行多元化教學方法創(chuàng)新與實踐——以‘數(shù)字信號處理’課程為例”（XXGK202306）； 2022年宜賓市科技局項目“電動履帶式多功能田園管理一體機的研發(fā)與應用示范”（2022NY00902）；2022年宜賓學院校級項目“‘課程思政’示范課程——畫法幾何與機械制圖”（XKCSZKC202211）；2021年宜賓學院本科質(zhì)量工程項目“線上線下混合式一流課程——數(shù)字信號處理”（XYLKC202112）。

參考文獻

[1] 聶學方，朱路，周天清.新工科背景下“數(shù)字信號處理”教學模式探索[J].教育教學論壇，2021（7）：97-100.

[2] 王艷芬，張曉光，張林，等.以“數(shù)字信號處理”課程為例進行漸進混合式教學模式的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2020，37（12）：244-249.

[3] 徐以濤，江漢，童曉兵，等.聚焦“四力”培養(yǎng)的“數(shù)字信號處理”課程教學改革[J].電氣電子教學學報，2021，43（6）：42-46.

[4] 鐘黎萍，丑永新，劉繼承.基于工程教育認證的課程教學大綱的設計與實施——以“數(shù)字信號處理”課程為例[J].教育觀察，2018，7（15）：104-109.

[5] 孟凡奇，王文匯，王敬東.大數(shù)據(jù)背景下計算機類專業(yè)混合式教學模式的研究[J].工業(yè)和信息化教育，2022（7）：12-16.

[6] 李海洋，曹鳳才，程怡安，等.聚焦解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的《MATLAB在數(shù)字信號處理中的應用》教學探索[J].高教學刊，2021，7（12）：75-80.

[7] 曹玉東，王冬霞，周城旭，等.基于工程教育認證和OBE理念的教學大綱設計——以數(shù)字信號處理課程為例[J].大學教育，2021（3）：88-90.