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基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的信號基礎(chǔ)課程教學(xué)新模式
基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的信號基礎(chǔ)課程教學(xué)新模式黃亞飛 曾喆昭
（長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南長沙410004）
[摘要] 研究利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的輔教助學(xué)功能，實施“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”這兩門信號基礎(chǔ)課程理論與應(yīng)用并重的教學(xué)新模式。首先概括網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的主要優(yōu)勢，然后從柔性化教育的實施、面向應(yīng)用的學(xué)習(xí)導(dǎo)航的建立、研究型教學(xué)的開展等三個方面具體探討信號基礎(chǔ)課程教學(xué)模式的創(chuàng)新，分析教學(xué)實施中出現(xiàn)的問題并給出對策。網(wǎng)絡(luò)課程使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和問卷調(diào)查的反饋信息表明：新教學(xué)模式能充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)服務(wù)于信號基礎(chǔ)課程教學(xué)，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力的目的。
[關(guān)鍵詞] 信號與系統(tǒng)；數(shù)字信號處理；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺；教學(xué)模式
[中圖分類號]G642.0
[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A
[文章編號] 1005-4634 （2012） 06-0074-03
0 引言
隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展，多媒體教學(xué)得到普及，網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)也正發(fā)揮著越來越重要的作用。長沙理工大學(xué)于2011年投入使用清華教育技術(shù)研究所開發(fā)的“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺”，為教學(xué)模式“從以教師為中心轉(zhuǎn)變到以學(xué)生為中心”提供了又一有效途徑。由于目前處于建設(shè)初期，大部分教師對該平臺的認(rèn)識還比較淺顯。其強(qiáng)大的輔教助學(xué)功能沒有得到充分發(fā)揮。另外，在課程建設(shè)中，“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”作為通信、信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課，在后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)中起著重要作用，但因理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，不少學(xué)生反映比較難學(xué)�，F(xiàn)有研究對這兩門課程從教學(xué)方法、手段、層次以及考核方式等方面進(jìn)行了改革探索，為提升教學(xué)質(zhì)量提供了有益經(jīng)驗，但如何借助專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺創(chuàng)新信號基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式，這方面的探討還有待深入。
針對以上問題，本文以“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”這兩門課程為對象，研究基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺的信號基礎(chǔ)課程教學(xué)模式改革，結(jié)合作者在教學(xué)過程中的體會談一些看法。
1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺輔教助學(xué)之優(yōu)勢
長沙理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺與文獻(xiàn)[1]中的單門課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔導(dǎo)有所不同，該平臺通用性好、功能性強(qiáng)。平臺設(shè)置了包括管理員、教師和學(xué)生在內(nèi)的個性化空間，滿足了學(xué)校在教學(xué)管理、輔教助學(xué)、信息互動等方面的復(fù)雜需求。具體來說，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面。
1）能夠以課件、動畫、音視頻、案例等多種形式建立課程教學(xué)資源庫，有利于教育資源最大化共享，實現(xiàn)課堂教學(xué)在時間和空間上的延伸；
2）可不斷添加課程學(xué)習(xí)中的常見問題和解答，及時高效地解決學(xué)生的學(xué)習(xí)疑惑；
3）提供試卷庫和在線測試題庫建設(shè)及維護(hù)功能，有助于學(xué)生鞏固知識重點(diǎn)與難點(diǎn)，實時跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況；
4）為用戶提供了論壇、問卷調(diào)查、教學(xué)郵箱、日程安排等多種交互工具，便于師生、生生同步或異步靈活交流，開展研究型專題討論；
5）有利于課程知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián)教學(xué)，實現(xiàn)多門課程的整合，延伸課堂教學(xué)容量，提高教學(xué)效率。
2 信號基礎(chǔ)課程教學(xué)新模式的探討
“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”這兩門信號基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)是數(shù)學(xué)概念多、公式性質(zhì)繁，考慮到理論證明易使學(xué)生感到枯燥、失去學(xué)習(xí)的興趣，教師一般采用“淡化具體電路推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的分析和應(yīng)用；淡化數(shù)學(xué)分析，強(qiáng)調(diào)物理概念”的教學(xué)方法。(教育論文 www.panasonaic.com)然而，這樣處理也有不妥之處，學(xué)生對某些基礎(chǔ)理論理解不透徹，知其然而不知其所以然，由此導(dǎo)致獨(dú)立解決問題能力趨于表層化，知識應(yīng)用能力難以提高，也有礙于學(xué)生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。因此，需要探索新的教學(xué)模式，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的諸多優(yōu)勢，應(yīng)用包括課堂精講、課后鞏固、案例引入、在線交流、專題討論、研究型教學(xué)在內(nèi)的多管齊下的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，提高學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)，達(dá)到理論與應(yīng)用并重的教學(xué)目的。
2.1 教學(xué)新模式的改革內(nèi)容
1）發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺優(yōu)勢，以學(xué)生為主體實施“柔性化教育”。課程教學(xué)中的“柔性化教育”是指充分考慮學(xué)生多樣性，改變以教師為中心的灌輸式教學(xué)模式，注重因材施教和個性培養(yǎng)，實施以學(xué)生為主體的靈活教學(xué)方式。按照這一原則，作者結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的優(yōu)勢，對“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”的教學(xué)進(jìn)行了相應(yīng)改革。
對于信號基礎(chǔ)課程中涉及大量圖形及演變過程的概念和定理，如：信號分解、卷積的圖解表示、抽樣中的頻譜混疊現(xiàn)象、FFT算法的實現(xiàn)、濾波器的特性等，除在課堂上采用Flash動畫講解外，還要求學(xué)生課后進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，自己動手調(diào)整程序參數(shù)、操控動畫演示，以加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解。具體地，例如在講述濾波處理時，課堂演示某手機(jī)鈴聲信號的濾波過程，濾除一部分高頻分量，然后讓學(xué)生對比原信號和濾波信號的頻譜，并利用MATLAB中sound函數(shù)進(jìn)行樂音回放，用眼和耳感受兩者的不同，同時在網(wǎng)絡(luò)平臺提供在線演示程序，讓學(xué)生自己輸入濾波參數(shù)，通過對結(jié)果分析來理解濾波的原理與效果。另外，對概念中涉及到的科學(xué)家，如：傅立葉、吉布斯、切比雪夫等，在網(wǎng)絡(luò)資源中添加其生平介紹，讓學(xué)生了解科學(xué)背后的故事，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。
2）立足基礎(chǔ)面向應(yīng)用，建立適應(yīng)不同專業(yè)的課程學(xué)習(xí)導(dǎo)航。“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”的教學(xué)內(nèi)容既有明確分工又緊密關(guān)聯(lián)，構(gòu)成了信息與通信類學(xué)科的信號基礎(chǔ)理論，由于各專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)不同，對信號基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)要求也不同，但工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)受到普遍重視。為此，國內(nèi)其他院校開展了應(yīng)用型信號課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化整合和信號處理課程群建設(shè)等方面的探索，長沙理工大學(xué)也進(jìn)行了類似的教學(xué)改革，包括在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺設(shè)置面向應(yīng)用的課程學(xué)習(xí)導(dǎo)航。
學(xué)習(xí)導(dǎo)航的建立是按照課程大綱的要求，以知識點(diǎn)為主線設(shè)計目錄樹，通過鏈接方式關(guān)聯(lián)到資源庫中的具體知識點(diǎn)，這些知識點(diǎn)包括信號基礎(chǔ)課程本身的內(nèi)容，也包括先修和后續(xù)相關(guān)課程中的內(nèi)容。例如，對自動化專業(yè)的“信號與系統(tǒng)”教學(xué)，省略離散系統(tǒng)Z變換的內(nèi)容，在學(xué)習(xí)導(dǎo)航中將對應(yīng)內(nèi)容鏈接到“自動控制理論”的相關(guān)知識點(diǎn)，這樣能使學(xué)生更清晰地了解信號基礎(chǔ)課程在自己專業(yè)體系中的作用。又如，案例教學(xué)是開展應(yīng)用型教學(xué)常采用的方式，對于網(wǎng)絡(luò)平臺中信號處理的應(yīng)用案例，電氣工程專業(yè)關(guān)聯(lián)到電力系統(tǒng)中的諧波分析、長電力傳輸線的故障檢測等，而電子信息專業(yè)則關(guān)聯(lián)到音頻、視頻信號濾波處理等案例。這種分專業(yè)的學(xué)習(xí)導(dǎo)航使課程教學(xué)目的更具針對性。
3）適度開展研究型教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和能力。研究性課堂教學(xué)是基于強(qiáng)調(diào)學(xué)科原理形成過程和師生互動為主要特征的教學(xué)方式，要求從創(chuàng)設(shè)問題情境出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究和體驗知識的發(fā)生過程，還原原來的科學(xué)思維活動。
在探索信號基礎(chǔ)課程研究型教學(xué)過程中，根據(jù)制定的大學(xué)生科研訓(xùn)練實施計劃，設(shè)立科研興趣小組，鼓勵成員撰寫信息處理方面的小論文、專題報告和各類專利。例如，為配合系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性的教學(xué)，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中布置“實際物理系統(tǒng)的特性分析”的研究型專題訓(xùn)練內(nèi)容，即給出某實際系統(tǒng)（高通或低通濾波器）的電路圖，要求學(xué)生以小組為單位自行查閱資料，從理論分析入手，編寫仿真程序進(jìn)行系統(tǒng)頻率特性分析、系統(tǒng)類型判別，并總結(jié)問題探究過程中的科學(xué)知識，寫出研討報告�？蒲杏�(xùn)練旨在培養(yǎng)本科生創(chuàng)新思維能力。使學(xué)生感受科研的樂趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，實現(xiàn)教學(xué)和研究的統(tǒng)一。
2.2 教學(xué)實施中的問題及對策
1）信號基礎(chǔ)課程知識點(diǎn)的表達(dá)離不開圖形和數(shù)學(xué)公式，但在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中圖形和公式的錄入比較困難，給學(xué)生網(wǎng)上提問、師生在線實時交流帶來不便。解決的辦法是不斷完善課程常見問題集，將具有普遍性的新問題陸續(xù)添加到常見問題集中，引導(dǎo)學(xué)生使用自動答疑功能，鼓勵學(xué)生利用手機(jī)拍照功能，將問題直接以圖片形式上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺。
2）教學(xué)硬件條件及學(xué)生的經(jīng)濟(jì)條件限制了部分學(xué)生不能隨時隨地進(jìn)入教學(xué)平臺，致使錯過與大家一起交流解決問題的時機(jī)；教師不能及時登陸平臺解答學(xué)生提問，影響了學(xué)生在線學(xué)習(xí)的積極性。解決的辦法是盡量將課程教學(xué)資源以網(wǎng)頁形式而不是以文件下載的方式呈現(xiàn)，方便學(xué)生用手機(jī)登陸閱讀、發(fā)帖等，教師應(yīng)養(yǎng)成定期登陸教學(xué)平臺的習(xí)慣。同時制定獎勵機(jī)制，將上網(wǎng)提問、在線練習(xí)、參與討論等記錄在平時成績中，對表現(xiàn)突出者在課堂上給予表揚(yáng)，以此提高學(xué)生的主動參與性。
3）學(xué)生反映在網(wǎng)絡(luò)平臺提交作業(yè)、討論交流相比傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)、師生面對面答疑更耗時間；由于作業(yè)、測試都是電子文檔形式，復(fù)制抄襲、網(wǎng)上尋求答案變得容易，導(dǎo)致教師對學(xué)生的平時評價及考核較難。因為長沙理工大學(xué)己要求所有課程建立課程資源庫，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)之初多花點(diǎn)時間了解網(wǎng)絡(luò)平臺的系統(tǒng)環(huán)境，熟悉利用各種圖形、公式編輯軟件，將能為其他課程的學(xué)習(xí)節(jié)約很多時間。針對學(xué)生作業(yè)和測試抄襲問題，引入競爭激勵機(jī)制，比如對作業(yè)可按提交時間先后階梯式遞減評分，測試采用從題庫隨機(jī)抽題、限定每題答題時間、客觀題自動判卷的方式，能有效避免作業(yè)復(fù)制，從而更準(zhǔn)確評價學(xué)生學(xué)習(xí)情況。
2.3 新模式的教學(xué)效果
經(jīng)統(tǒng)計，在“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程建設(shè)的近一年時間，兩門課程的生均點(diǎn)擊量為8次左右，進(jìn)入本課程瀏覽時間生均約為2.1小時。網(wǎng)上輔導(dǎo)答疑和交流互動通過課程討論區(qū)的話題、教學(xué)郵箱以及常見問題集等形式進(jìn)行，其中課程討論區(qū)的主題42個，參與回復(fù)100多人次，利用教學(xué)郵箱進(jìn)行答疑20余次，學(xué)生瀏覽常見問題次數(shù)生均1次以上。通過網(wǎng)上師生、生生之間的答疑交流，學(xué)生的問題獲得及時解答并促進(jìn)了同學(xué)間的相互學(xué)習(xí)。
為更好地了解學(xué)生對教學(xué)新模式的適應(yīng)情況，筆者在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開展了問卷調(diào)查，從學(xué)生的反饋信息看，絕大部分學(xué)生喜歡這種借助專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺輔助信號基礎(chǔ)課程教學(xué)的形式，認(rèn)同在線演示程序、課程學(xué)習(xí)導(dǎo)航的使用對課程學(xué)習(xí)很有幫助，認(rèn)為研究型專題訓(xùn)練雖有一定難度，但能培養(yǎng)自身分析、解決問題的能力。
3 結(jié)束語
長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院自2003年合校成立以來，一直積極進(jìn)行信號基礎(chǔ)課程的探索和改革，先后多次修改教學(xué)大綱，加強(qiáng)課程信息化建設(shè)。目前，“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”已被立項為校級精品課程，主編的《信號與系統(tǒng)》教材被評為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材、高等學(xué)校電氣信息類規(guī)劃教材。作為專業(yè)任課教師，要充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助、服務(wù)課程教學(xué)，創(chuàng)新教學(xué)模式，進(jìn)一步提升課程教學(xué)質(zhì)量。
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