面向创新实践的混合式教学法应用

刘晓莉 肖军华 王碧云

摘 要：混合式教学顺应了目前传统的学习环境和信息化学习环境并存的时代。本文针对电气工程专业本科学生对通信基础知识了解有限的情况，结合“现代通信系统原理”课程特点和学科本体分层结构，对混合式教学方法在电气工程专业选修课程“现代通信系统原理”中的实践方法进行了详细分析。实践效果说明混合式教学方法的有机应用有力提升了学生的专业素养和创新能力。

关键词：学科本体；交互内容；混合式教学；翻转课堂

作者简介：刘晓莉，博士，武汉大学电气工程学院副教授。研究方向：信号与信息系统、电力通信等；肖军华，武汉大学电气工程学院工程师。研究方向：高等教育管理；王碧云，博士，武汉大学教育科学研究院副教授。研究方向：高等教育学。（湖北 武汉 430072）

基金项目：本文系武汉大学电气工程学院教学改革建设项目“‘现代通信系统原理课程教学模式改革”的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2018）05-0030-03

随着我国智能电网建设的推进和能源互联网研究的发展，信息与通信技术在电力工业的“源-网-荷”各部分将发挥更加重要的作用。“现代通信系统原理”课程是武汉大学电气工程专业本科生的选修课，1.5学分，27学时。该课程不仅理论性较强，而且对学生熟练运用理论知识进行分析、设计和开发的实践能力要求也较高。在传统教学模式下，一方面由于学时限制，该课程的任课教师难以通过短暂的课堂时间与学生进行充分沟通交流来掌握学生的学习进展情况，不能很好地对学生的学习进行跟踪管理，并及时地提供指导与帮助，导致很多学生学习这门课程后感到内容偏难，不会应用。另一方面，当今互联网、大数据时代通信和信息技术飞速发展，新理论和新应用层出不穷，亟须学生建构相关知识的自主学习能力，并加强学生之间的协作和互动，以拓展思维方式，提升知识运用能力。因此，任课教师需要探索更有效的教学方式来促进学生对本课程内容的学习掌握，进一步有机融合信息通信技术与电气专业知识，努力培养学生的整体素养、综合能力和专业岗位胜任力。

一、基于学科本体分析的教学内容整合

“现代通信系统原理”课程的学习不应仅将教学目标定位于如“通信系统一般模型”“香农信道容量公式”等知识内容的记忆，教师授课的任务也不仅是将教材内容简单映射到学生的大脑当中，授课的结果不能仅仅满足于学生能对所学知识的复述或重复，而应该以学生为中心，由教师启发学生共同主动、积极地完成教学过程，使学生能够建立新学知识、已学知识、所掌握的知识簇之间的关联，做到融会贯通，进一步掌握解决问题的体系及应用方法，并转换为解决问题的能力。

从学科本体分析的角度出发进行教学内容整合，不仅可以充分考虑课程中所有知识点之间的关联，而且学生能够在学习每个知识点的基础上形成所需技能。针对“现代通信系统原理”所属的信息学科和授课学生所属的电气工程专业，授课教师需要深入、系统、全面地分析和挖掘该课程所要教授的知识，对应这些知识要培养的学生能力，要形成这些能力需要学生掌握的基础应用方法和决策性方法等。为此，可将“现代通信系统原理”课程学科本体分为概念层、方法层和控制层三个层次，如图1（P31）所示。其中，概念层集中于描述性的概念知识，主要是构成学科的基本概念、基本规律的属性及联系的描述性内容，包括通信系统模型、性能指标等；方法层包括与解决具体概念知识相对应的规律与操作规程，或者解决某些类别问题的方法和步骤，其中既包括方法性的知识，也包括对应的能力，如信号与频谱分析等；控制层是对多种概念层本体、方法层本体在不同情境和条件下进行组合和应用的知识与能力，包括模拟调制系统、正弦载波数字调制系统等内容。

依据图1的“现代通信系统原理”课程的学科本体分层结构，对不同层次、不同类型的知识点应采用不同的教学方法。

第一，概念性知识是对客观世界的认识，主要是以文字、符号等方式将事物的属性、内在规律、事物之间的关系等描述出来的知识，其教学的关键是还原知识的本来面目，让学生通过多种感官获得知识、体验知识。除了课堂讲解，主要采用以实际生活学习中的常见现象为例的方式，帮助学生理解内容，掌握概念。例如，在讲授调制概念时，如果仅说“调制就是将基带信号加载到高频载波上进行传输的过程”，即使附加图解，学生也较难理解。但是，如果将调制过程比作货物通过车辆运输过程，货物好比基带信号，货车好比高频载波，高速公路好比信道，学生不仅马上理解了概念，而且可以举一反三，牢固掌握。

第二，方法性知识及操作能力需要提供解决问题的方法，转化需要应用方法的环境，其教学的关键是营造有效的环境，使学生有机会系统应用方法、解决问题、理解和体验方法，形成解决问题的能力。例如，授课教师可以安排学生在学习了香农信道容量公式后，利用该公式中各物理量之间的关系分析和比较调频系统和幅度调制系统的性能，并说明通信系统有效性和可靠性之间的关系。

第三，控制性知识及驾驭能力包括分解问题、选择方法、集成结果、调度过程、获得新知、抽取信息等方法与能力，关键是设计好问题体系，通过问题驱动学生，训练学生系统而深入地驾驭、应用知识的能力。例如，在讲授数字载波调制系统内容时，针对专业特点要求学生完成设计题：针对低压电力载波通信信道干扰多、信道带宽有限的情况，设计一种调制方式，使得在保证一定误码率的前提下，获得较高的信道利用率。

二、混合式教学方法实践

混合式学习一般是指多种学习方式的混合，特别是指在线学习和面对面的课堂学习的有效组合。考虑到电气工程专业本科生的通信基础知识有限，为高效利用课上时间，课程组结合“现代通信系统原理”课程特点和图1所示的该学科本体分层结构，首先对在线学习和面对面的课堂学习的交互内容进行设计，以充分体现以学生为中心的教学过程中学生的自主性与创造性，同时发挥教师引导、启发、掌控的作用，使课程在教学交互中达到最优效果。其次，利用在線学习的丰富课程资源、友好交互和课外拓展协作、交流、讨论，通过翻转课堂形式提供给学生有效的个性化支持与快乐的学习体验。最后，课堂内更集中于让学生探讨课前在线学习中遇到的问题，教师提供指导及对重要知识点的讲解。

1. 交互内容设计。在“现代通信系统原理”课程混合式教学设计中，按照图1所示的课程本体分层结构，将交互内容设计分为经验性、针对性和创新性三个设计层次。概念层内容一般根据经验选择交互内容：授课教师根据自己一节课的教学设计和安排，认为哪些环节和步骤可以应用就使用。例如，针对香农信道容量公式这一重要概念设计了扩频通信系统、调频系统等多个交互内容，使学生在理解基本概念的基础上学习应用香农信道容量公式设计通信系统的方法；方法层内容一般采用针对性设计，授课教师根据一节课的教学设计和安排，分析每一个教与学步骤，准确找出整合点，按照整合点选择合适的技术支撑方式开展应用；控制层内容一般采用创新性设计，在研究一节课最佳的学习方式与方法、构思理想学习过程的基础上，找出内容整合点，并选择合适的技术支撑方式和软件开展应用。例如，将模拟信号数字化、基带传输系统和正弦载波数字调制系统三章内容整合，要求学生利用所学理论知识和Matlab软件设计并仿真实现一个语音信号发收系统。

2. 翻转课堂应用。电气工程专业以专业选修课形式开设“现代通信系统原理”课程，学时少。尽管先修课程有“信号与系统”，但是相比电子与信息专业的学生，本专业学生在“概率论与数理统计”“随机信号分析”等方面的相关数学背景知识有限，在讲授和学习“信号与频谱”章节中功率谱与自相关函数的关系、平稳随机过程等内容时，学生难以理解和掌握。为此，通过翻转课堂，课前要求学生预习如自相关函数等指定的参考资料和在网上搜集的素材，并回答要求掌握的相关知识点问题，课上针对学生回答问题的情况给予分析和讲解，并提出延伸问题让学生进一步思考和加深理解，以提高学生应用相关知识分析和解决实际工程问题的能力。此外，现代通信系统某些概念在日常生活中应用广泛，如自相关函数概念在4G手机、WiFi路由器中普遍应用。因此，针对类似应用广泛的知识点设计课后思考和上机练习作业题帮助学生加深理解。通过课前、课上、课后的认识、理解、巩固的混合式教学过程，学生不仅全面理解和掌握了相关概念，而且能灵活运用，有效提升了学生的专业素养和理论联系实际的能力。

为进一步帮助学生理解、掌握和巩固所学知识，针对“现代通信系统原理”课程内容较抽象、实践性强的特点，一方面，课程组利用学生已知的Matlab软件在课前编写制作部分微课程，课上通过翻转课堂讲解相关内容，并鼓励学生对微课程提出意见和建议、参与微课程的制作。这样的交互设计不仅对学生理解和掌握课程内容大有帮助，而且通过参与多样的学习方式，提升了学生对Matlab等软件的熟练运用能力，让学生在多样的教学交互中进一步培养和拓展了自己的学习能力和实践能力。另一方面，在“现代通信系统原理”课程的教学实践中，课程组建立了QQ互动平台，学生可以在平台上下载课件、共享学习心得、课前课后答疑反馈；课堂教学中利用“微助教”完成签到、课堂问答等。借助这些信息化教学手段，丰富了教学内容、活跃了教学过程，使得学生的参与度大大增强，学生普遍反映上课更加有趣和富有吸引力。

3. 教学效果评价。从基于学科本体分析的教学内容整合出发，课程组进一步构建了基于QQ、微信等信息化教学平台，包括课程内容重点与难点讲授、课程资源的收集整理、微课程的设计与开发、学习动机的激发、课堂讨论交流答疑、小组协作研究课题、学习活动的选择和设计等。相应地，教学效果评价不仅关注学生的课程学习成绩，而且从多方面发现和发展学生能力，从多个方面开展评价，将讨论与交流、拓展学习、课堂学习测评、基于项目作业的协作学习和指导等都记入课程总评成绩。在教学实践中，以总成绩满分100分计，课外作业、工程设计问题、讨论与交流、拓展学习、课堂测评、小测验以及期末考试分别占比为5分、10分、5分、5分、10分、25分、40分。

通过上述对“现代通信系统原理”课程教学内容进一步整合和混合式教学方式的有机应用，学生的学习兴趣和课堂参与度显著提高。学生选课人数、总评成绩及教学效果评价得分等均稳步提升。

三、结论

针对电气工程专业选修课程“现代通信系统原理”学时少、学生相关背景知识有限的情况，基于学科本体分析对教学内容进行了整合优化，借助混合式教学方法使线上-线下、课前/课中/课后的教学有机结合。实践表明：混合式教学方式的应用激发了学生自主学习该课程及相关知识的兴趣，提高了学生多方面的能力，培养了学生创新实践、团结协作的多元复合能力，达到了更好的教学效果。但是，在教学实践中也发现了混合式教学中的一些不足，如为了使课堂效果吸引眼球而引入大量网络语言，导致教授效果偏于形式而忽略了基本概念和内容。因此，如何更好地利用混合式教学来改善传统教学中的一些弊端，还需要不断实践和改进。

参考文献：

[1] 王艳艳，袁荣高，任红兵，陈娟.五年制高职“药物制剂技术”课程混合式学习的实证研究[J].江苏教育研究，2017（18）：26-31.

[2] 贾志宇，陈健.基于虚拟学习环境的混合式学习设计与实践研究[J].中国医学教育技术，2015，29（3）：257-259.

[3] 张武威，曾天山，黄宇星.微课程与翻转课堂相结合的教学方法创新应用[J].课程·教材·教法，2014，34（7）：10-16.

[4] 钟绍春，王伟.关于信息技术促进教学方法创新的思考[J]. 中国电化教育，2013（2）：106-110.

[5] 別敦荣.大学教学方法创新与提高高等教育质量[J].清华大学教育研究，2009，30（4）：95-101+118.

责任编辑 秦俊嫄