基于微信公众平台的"信号与系统"翻转课堂教学研究

龙慧 钟新跃

摘 要：“信号与系统”课程是电子、信息及通信类专业必修的重要专业基础课。针对传统的“信号与系统”的教学模式存在的问题，提出了借助互联网慕课平台创建网络教学资源，引入翻转教学模式，将学习金字塔模型的多种教与学的方法用于“信号与系统”课程的教学。新模式的创建对于高等院校的教学改革具有重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：微信公众平台;翻转课堂;信号与系统;慕课

Abstract：The "Signal and System" course is an essentially foundationally professional course for the electronics， information and communication majors. Aiming at the problems existing in the traditional "Signal and System" teaching mode， we use the WeChat public platform to create online teaching resources， guide the self-learning after class in the pre-course， introduce the flip teaching mode， and learn the various teachings of the pyramid model. The method of learning is used in the teaching of the "Signal and System" course. The creation of the new model has important reference value and reference significance for the teaching reform of colleges and universities.

Key words：weChat public platform;flipped-class;signal and system;moocs

0 引言

“信号与系统”是电子、信息及通信类专业非常重要的专业基础必修课程，更是各大高校该领域首选的考研课程，其重要性不言而喻。该课程以“高等数学”、“复变函数”和“电路”为基础，内容涉及众多的数学公式推导，内容晦涩难懂。如何激发学生的学习积极性，提高学习效率，加强学生的实践能力成为当前该课程急需解决的问题之一。

近年来，慕课[1]、微课和翻转课堂[2]正借助强大的互联网掀起了一场在线教育革命。近日根据我国QuestMobile发布的《移动互联网2018半年报告》[3]显示，在2018上半年，中国移动互联网用户已经达到了惊人的11亿人，微信的用户数量达到了9.3亿人，因此，借助微信平台和网络慕课开展在线教育将使教育发生革命性改变。

2 课程特点及存在问题

2.1 课程特点

“信号与系统”课程内容包括线性时不变系统传输与处理的基本概念和基本方法，从时间域到变换域、从连续到离散的基本原理和基本方法等等。学习理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的数学概念、物理概念与工程概念，掌握利用信号与系统的基本理论与方法来分析和解决实际问题的方法，为进一步学习后续课程打下坚实的基础。该课程已经被麻省理工大学电气工程与计算机学院列为六大核心主干课程之一。

2.2 存在问题

1） 授课内容晦涩难懂

“信号与系统”是一门以信号处理的傅立叶变换为核心的理论性很强的课程，传统的教学常常以理论的推导为主。授课过程围绕大量定理进行描述，充斥着公式推导和证明。这样就使得信号与系统的有关概念显得非常抽象，学生很难把教材中所讲的数学函数与实际的波形联系起来，给学习带来了很大的困难，尤其是部分数学稍弱的同学就会因为跟不上而放弃课程，这在很大程度上影响了本课程的教学效果。

2） 授课模式单一、学生参与度低

现有的课堂，授课模式单一，多数情况下是老师借助多媒体PPT进行讲授，学生需要紧跟老师的思维，如果当中有个别环节遗漏就可能跟不上来，一旦知识鏈出现断裂，后续的课程学习起来就很困难，甚至会出现应付式听课现象。学生被动学习，参与度低，造成知识吸收率低。

3） 作业模式不丰富

课后作业的作用是辅助学生掌握课堂知识的一种有效手段，还可以在一定的程度上查漏补缺，也是师生之间有效沟通的一座桥梁。现在大多数情况下传统的书面作业仍然是作业的最主要形式。这种机械的作业模式，让部分学生形成了“复制”作业的习惯。不利于不同层次学生发展的需求，阻碍了学生自主、合作、探究学习意识的形成与发展。

2.3 国内现有的教学模式

谢守清[4]提出通过整合教学内容和实验体系，构建开放性教学体系，提倡理论与实践并重。李丽芬提出以课程综合设计和毕业设计为主线，更注重学生实践和创新能力的实践培养。滕建辅[5]2009年引入伯克利大学教材[6]以选修课方式小班授课，以课程设计为切入点，推进小组合作。索丽敏[7]提出从工程角度出发，引入CDIO理念，增加工程模拟类实践环节，并在考试增加实践环节。

3 学习金字塔和翻转课堂的教学模式

3.1 翻转课堂

近年来，“翻转课堂”教学正在兴起，它创造了一种混合使用技术和亲自动手活动的教学环境。在翻转课堂中，典型的课题讲解时间由实验和课内讨论等活动所代替，而课堂讲解内容则以视频等其他媒介形式由学生在课外活动时间内完成，其作为一种国际化创新型教学模式，有着传统教学所无法比拟的独特优势。

3.2 学习金字塔理论

美国缅因州国家训练实验室的学习金字塔理论是主要研究被动学习与主动学习之间的学习效果差异。该理论表明 “听课”模式两周后仅能记住5% ，声音图片、示范、小组合作、讨论、做中学则依次提高，而教会别人更是高达90%。结合上述多种教&学的方法，来建设教学资源为教学提供平台支撑，如图1所示。

借助互联网网络学习平台，建立学习资源库，以精熟学习法为主线，以翻转课堂为模式，将金字塔理论主动教与学的模式用于信号与系统课程学生学习体系和教师导学体系，帮助学生们进入自主学习状态。

3.3 微信公众平台

微信公众平台又称为微信公众号，是腾讯公司微信产品的拓展平台。通过这个平台，个人和企业都可以通过推文，实现和特定群體的文字、图片、语音的全方位沟通和互动[8]。高校学生群体是微信公众平台活跃的关注者，也是微信推文的传播者，更是推文制作的参与者。目前，很多高校、院系、社团等设立了公众号用于推广信息及提供更多服务，而在教师也开通了与课程相关的公众号服务于课堂教学和知识前沿的推送。将正在学习课程的知识的同学纳入微信公众平台编辑团队，参与知识的整理归纳总结，以新的模式来强化知识复习，整体提高学生学习的积极性和主动性。

4 基于微信公众号的信号与系统教学实施

本课程以2015～2016级四个班级共160名学生为实验对象，构建了基于微信公众号的信号与系统的翻转课堂教学研究，取得了良好的教学效果。同时，通过访谈等形式调查了翻转课堂的优点和过程中应注意的问题。

4.1 微信公众平台的资源建设

慧声绘设E课堂微信公众平台由E课堂、E测试、微课堂、拓展模块四大板块组成。学生以课堂“自己教”为目标，调动内驱力完成课前的“学与练”，微信平台提供E课堂模块提供了课前学习的任务书、学习视频。E测试提供了课前学习知识点的测试，微课堂提供了难点问题视频解析，如表1所示。

4.2 基于微信公众平台的教学环节设置

教学过程包括课前的学与练、课中学习和课后巩固3个阶段，如图2所示。

1） 课前，学生课前进入微信公众号 E课堂板块明确任务、学习视频。选择材料进行自主学习。学生课前还要进行知识点检测以检查主动学习的效果。

2） 课中，教与学课中的教与学过程包括3个方面：① 学生教的过程，以教促学，② 做中学，即小组合作完成项目任务，现在向大家展示部分同学的成果。 ③ 教师教。教师的实体课堂依托导航清晰、操作简便的多媒体课件，该课件色彩搭配协调，视觉效果好、案例丰富。

3） 课后，练如何解决课堂练习时间不够的问题，除了课堂做中学，还需要进行大量的课后练。

微信平台的E测试模块不仅为学生提供大量信号与系统考研题库，其测试模块，还能为课堂提供高效的随堂测试，微课堂更为课堂测试提供视频解析。

4.3 教学组织形式

依托微信公众平台，依据学习金字塔理论设计多种教与学的模式，如表2所示。

1） 学生教（教会别人）：课程的基础知识点部分采用小组合作，课堂的前十分钟用于学生上台教。学生梳理基本的知识点，并进行知识点的讲解，尝试用1-2个小习题为同学们加深知识点的理解。

2） 教师教：教师理清学生教过程中不清晰的地方，进一步深入讲解难点知识，布置相应的案例操作部分。

3） 小组讨论：采用多媒体动画、学生讨论的形式，让学生讨论知识难点，如傅里叶变换的频谱图绘制等内容。

4） 工程实践：布置matlab案例实践，以小组合作完成任务，并要求小组必须录制视频上传慕课平台，形成全员互动。

5） 信息化手段促学：充分利用微信平台的小测试，超星慕课的单元测试用于随堂测试、课前、课后测试。讨论功能、问卷调查、作品show、课堂选人等，实现多重角色互动的信息化教学。

4.5 教学效果及需要注意的问题

1） 教学效果

传统的课堂教师讲授新内容，课后以习题的方式巩固，而课程本身理论性强使得学生的参与度较低。有学生曾经夸张的形容：“弯腰捡个笔，再起来就可能跟不上”。但是在地方普通二本院校中，这样前后关联大的知识有一个地方落下就会导致后面跟不上。采用翻转课堂以后，课前学生可以跟着老师给出的主线来预习知识点，再通过习题来测试对知识的掌握情况。对于难点问题，课中能有侧重点的听课并使用研讨、讨论等多种方式学习。

在我校开展翻转教学以来，对学生进行两次考试发现，期中考试成绩中实验班和对照班的学生成绩平均值分别为68.9和63.6， 标准差分别为为14.4和12.3，优秀率分别为8%和0%。期末考试成绩中实验班和对照班的学习成绩平均值分别为79.5和72.5，标准差分别为13.2 和13.2，优秀率分别为13.5%和2%。这说明实验班的成绩整体水平较高，其标准差稍大，是因为优秀的比例较高。相对而言，对照班同学成绩在整个阶段都表现较弱。

2） 优势及需要注意的问题

经调查，同学们认为课堂上当小老师教会别人对自己的推动促进作用更大。在线测试环节的利用率最高，错题视频解析对学生最有价值。这也说明翻转课堂能让学生带着问题预习后在参与课堂学习，提高了学习效率。课堂上的上台教授别人，带给学生台上一分钟台下十年功的体验，能更专注更深刻的思考学习内容以便教会别人。由于需要持续的帮助教师和同伴，学习的主动性得到了很大的提高，学习兴趣不断高涨，其语言表达、问题解决、团队协作能力也得到了很大的提高。

通过访谈汇总得出以下一些需要注意的问题：在教学组织的过程中，需要提早发布教学资源;运行的初期需要多次提醒学生参与;测试讲解需要及时反馈;对于学生的留言和评论及时反馈;教学视频的制作不宜过长;在线测试的成绩、期中在线测试的成绩因作为期末成绩的一部分能更有效的调动学习积极性。

5 总结

与传统教学模式相比，基于微信公众平台的“信号与系统”教学新模式，能充分体现学生在学习中的主体作用，发挥学生的主动学习热情，教师致力于多方面引导，设计合理的环节和项目案例，协助课堂小组分工合作以及管理，充分调动学生的积极性和主动性，提高自学能力。这种新的教学模式必将有利于提高学生的综合素质。

参考文献

[1] 汤敏.慕课革命—互联网如何变革教育[M].北京：中信出版社，2015.

[2] 钟晓流，宋述强，焦丽珍. 信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J]. 开放教育研究，2013，19（1）：58-64.

[3] QuestMobile研究院.中国移动互联网2018半年大报告[EB/OL]. （2018-07-18） http：//www.questmobile.com.cn/research/report-new/33.

[4] 谢守清，许丹奇，袁国祥. 信号类课程开放性教学体系的研究与实践[J]. 长春师范学院学报，2007（6）：37-41.

[5] 滕建辅，关欣，白煜.信号与系统的结构与解释课程的教学体会[J].电气电子教学学报，2010， 32（5）：21-24.

[6] Edward A Lee， Pravin Varaiya. Structure and Interpretation of Signals and Syst ems[ M] .北京：机械工业出版社， 2004.

[7] 索丽敏，富爽，邸国辉. 基于CDIO模式的研究生信号处理课程的教学改革与实践[J]. 教育教学论坛，2015（16）：140-141.

[8] 王雁南，孟凤林，卢媛，等.基于微信公众平台的大型仪器开放共享探索[J].实验技术与管理，2019（1）：274-277.

（收稿日期：2019.04.06）