TPACK下的数字信号处理课程信息化改革

韩建峰　宋丽丽　李春明　高志奇　戚伟世

摘  要 介绍TPACK的框架结构及模型，针对目前数字信号处理课程存在的知识点繁多、教学方法单一、信息化程度不够的问题，将课程内容进行单元划分与学习，提出线上互动方案，采用多种教学方法，引入TPACK理念，把信息技术和教与学进行深度融合。

关键词 TPACK;数字信号处理;信息化教学;微课;网络教学平台;翻转课堂

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）06-0107-03

1 前言

数字信号处理是电子信息类专业的一门重要专业基础课程，是信号与信息处理系列课程中承前启后的核心课程，在知识体系中处于重要地位，具有较强的理论性[1]。将TPACK（Technological Pedagogical Content Knowledge）

理念引入课程，把信息技术和教与学进行深度融合，积极探索并实践数字信号处理课程的信息化教学，对于培养学生的自我学习能力、实践能力、创新能力并最终达成人才培养目标具有重要意义。

2 TPACK理念及框架结构

TPACK是美国学者科勒（Koehler）和米什拉（Mishra）于2005年在舒尔曼（Shulman）提出的学科教学知识（PCK）的基础上提出的。实践表明，对于TPACK的研究有利于提高教师掌握和运用信息技术的能力。TPACK由内容知识（Con-

tent）、教法知识（Pedagogy）和技术知识（Technology）组成，如图1所示。内容知识即教学的学科知识;教法知识指关于教和学的过程、实践和方法的深层知识;技术知识指用于教学的信息技术[2]。TPACK理念就是把注意力指向内容、教学法和信息技术的交互，如图2所示。

面对飞速发展的教育信息化技术和纷至沓来的教育信息化理念、模式，高校教师如何选择适合的教育信息化发展道路，特别是对于地方高校而言尤为重要。无论如何，“传道、授业、解惑”是教师的天职，培养合格的学生是教育教学工作的最终落脚点，所以只要恰当地将教学内容、教学方法和教学手段有机结合在一起，能够促进学生有效学习、全面发展，就是好的教学，这也是TPACK理念的核心思想。简单地说，TPACK理念就为教学内容选择适当的教学方法、采用适当的信息技术实施。

TPACK理念下的信息化教学并不是仅仅沿用现有教学方法、单纯利用信息技术将现有教学内容呈现，而是整合信息技术改善教学的同时，将教学内容进行调整和重新分配，采用适当的教学方法促进教学，即信息技术与教与学的深度融合。

3 课程建设中存在的主要问题

数字信号处理是内蒙古工业大学首批认定立项建设的双语教学课程，多年来经过精品课程和校级相关教研项目的建设，具备较好的基础。但是目前随着教育信息化的迅速发展和普及，用与时俱进的眼光来衡量，用TPACK理念作为标尺，数字信号处理课程教学现还存在一些问题。

课程知识体系需优化  数字信号处理与其先修课信号与系统作为电子、通信专业在信号系统与控制知识领域的核心课程，核心知识点存在部分重叠，如离散时间信号与系统的分析、Z变换等。在这两门课程的分离教学中，极易出现重叠教学内容占用较多学时的问题。另外，数字信号处理课程的知识点较多，学生极易陷入多个概念的机械记忆中，对于整个课程的知识结构很难形成较为清晰的认识。

课程教学信息化程度不高，教学资源较单一  课堂教学中使用的视频主要来源于教材配套的教辅资源，可用于演示并辅助讲授，没有完整的知识点讲授过程，不适合学生自主学习、小组学习;教学课件主要围绕讲授式教学设计，不能完全满足教学改革的需要;与先进学校相比，采用的信息技术手段单一、与学生的线上互动少;课堂教学主要为讲授，学生参与课堂互动较少，态度不主动，不利于调动学生学习积极性，也不利于培养学生的学习能力。

4 TPACK理念下的数字信号处理课程教学信息化改革

教学内容的重构  通过不断地探索和教学实践，对信号与系统、数字信号处理两课的教学内容和课程体系进行优化和改革，前者重点分析信号与线性时不变系统的基本概念和理论，而后者则侧重离散时间信号的处理方法和系统结构[4]，在保持各自教学的完整性基础上，更好地衔接两门课程，提升整体教学质量。

针对数字信号处理课程知识点繁多，在教学内容组织上进行单元划分学习，以数字信号处理系统的组成为主线，注重前后知识点的联系，在课堂教学中时常将各组成部分与系统对照，明确相关理论和方法的目的及用途。课程选用教材为Sanjit K. Mitra编著的Digital Signal Processing： A Computer-Based Approach（Fourth Edition），按照学科内容知识与教学融合的设计思路，将主要教学内容分为10个单元[3]，如表1所示。

深化课堂教学的信息化建设

1）开拓线上教学平台。设计和完善课程知识体系，将各知识单元的难点和重点制作成微课/微视频，发布在学校所提供的网络教学平台上，共计20余个微视频已经上线。学生可以根据自己的学习情况自主安排，随时进行预习或复习。另外，使用网络教学平台多种功能，实现作业提交、答疑讨论、各类学习资源发布、课程通知等，如图3所示。建设包括移动端在内的一站式线上课程教学访问模式，可以随时随地开展学习指导、学生互助学习等。

2）改进教学方法。开展以PBL（Problem-based Lear-ning or Project-based Learning）为核心的探究式教学[5]、以学生为中心的同伴教学（Peer Instruction），以及翻转式课堂教学，以课程中重要原理为对象，设计具有一定工程应用背景的小项目或小课题;针对课程中的基本概念设计测试题，借助网络学习平台组织课堂教学，将传统的单一讲授模式变成基于问题的互动式小组学习，引导学生自主学习、协作探究。对于具有一定理论深度、较难理解和准确掌握的知识点，开展翻转课堂教学改革，以学习小组为单位，开展线上学习和线下研讨，通过练习、讨论、分享等环节，加深学生对于相关知识点的认知，教师加以针对性引导，使学生建立系统的、结构化的知识体系。

实践证明，基于课程深度信息化的建设，采用科学合理的教学方法，有利于調动学生学习积极性，增强学生学习潜能和信心，降低学生学习焦虑，能够促进学生自主学习能力和学习兴趣的提升。

5 结语

引入TPACK理念，深入改革数字信号处理课程教学，切实提升课程教学的信息化水平，将信息化技术与课程教学内容、教学方法深度融合，对于提高学生学习效率、培养学生批判式思维和创新能力，发挥该专业基础课程对整体课程体系的辐射和支撑作用，都具有重要意义。

参考文献

[1]教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委员会.高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范 试行[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]蔡敬新，邓峰.“技术-教学-学科知识”（TPACK）研究：最新进展与趋向[J].现代远程教育研究，2015（3）：9-18.

[3]张瑜慧.“信号与系统”与“数字信号处理”课程的整合优化研究[J].中国电力教育，2013（1）：100-101.

[4]Mitra S K. Digital Signal Processing： A Computer-Based Approach[M].4th Edition.北京：电子工业出版社，2012.

[5]赵正据，杨琛，罗菊英.PBL教学法在教学应用中的进展[J].湖北科技学院学报，2013（12）：200-202.