混合式教学在留学生“数字信号处理”课程中的应用

张 莉

（重庆大学电气工程学院，重庆 400030）

随着我国综合国力与教育水平的不断提高，高等教育的国际化已成为我国高等教育发展的必然趋势[1]。越来越多的海外学子到我国高等院校留学深造，开展面向来华留学生的专业课程的全英文教学改革，建立适应留学生特点的教学模式，对提升我国高等教育的国际化水平和国际竞争力具有重要的现实意义。

笔者承担了我校电气工程学院面向留学生开设的全英文课程“数字信号处理”的教学，根据课程特点和面向教学对象的特点提出了混合式教学模式，并将其应用于课程教学中。本文将对这一教学实践进行总结。

1 留学生专业课教学面临的问题

作为电子电气信息类专业课程，“数字信号处理”课程的难度较大，课程内容与工程实践紧密相关，既包含理论性知识又具有技术性内容[2]。课程的学习需要高等数学、信号与系统等先修课程的知识基础。我院的留学生主要来自东南亚、非洲等国家。留学生的教育水平参差不齐，先修课程的掌握程度也有较大差异，这就使留学生专业课教学面临着较大的困难和挑战[3-4]。在留学生专业课的全英教学中仍然完全采用传统教学法授课，以教师为主体，以课堂讲授为中心的方式进行教学，并没有考虑到留学生的接受能力，使他们常常处于被动接受状态，再加之课程难度较大，学生在课程学习过程中难以产生学习兴趣，因而往往出现留学生学习主动性不高、学习效果不太理想等问题。尽管相较于中国学生而言，留学生在课堂上喜欢提问，但有些问题涉及先修课程知识，导致在课堂上要花时间补充和解释相应的知识，从而拖慢了教学进度。

2 混合式教学模式在课程教学中的应用探索

2.1 混合式教学模式构建

笔者在教学过程中将传统教学、以问题为导向的教学（Problem based learning，PBL）与网络化教学这三种教学方法进行结合，建立了混合式教学模式，以提升“数字信号处理”这门面向留学生的专业课程的教学效果。

每个留学生的教育背景不同，先修课程的知识储备不同，学习要求和偏好往往也不相同。在考虑教学对象特点的基础上，构建混合式教学模式，旨在让教师有效使用三种教学方法，以在正确的时间将正确的课程内容以正确的方式提供给学习需求不同的学生。多种方式的结合旨在相互补充，促进留学生课程学习成效。

构建基于PBL的混合式教学模式的目标是在课程教学过程中转换学生和教师的角色，让留学生成为学习的主体，充分调动他们学习的主动性和积极性。PBL是基于问题的教学方法，学生通过问题解决进行学习。采用PBL进行教学，教师不再担任知识的主要传授者，而是作为学生学习的促进者，通过问题的提出帮助引导学习过程；学生需要进行自我导向学习，然后应用他们学习到的新知识来解决问题，并对所学到的知识和所采用的策略的有效性进行反思。

互联网信息和通信技术正在改变社会生活的方方面面，也已经成为高等教育变革创新的巨大推力。因此，网络化教学也作为构建的混合式教学模式的重要组成部分，以在课程教学过程中更大限度地满足留学生个性化的学习需求，为他们提供不受时间、地点或情况限制的开放网络学习平台，方便他们能够随时随地连接到网络学习平台，通过网络以独立或协作的方式进行课程相关知识学习。并且，为了避免出现学生参与程度不够，学习效率低下的现象，在网络化教学中给予学生必要的约束。

本文进行的混合式教学模式设计具体包括两个方面：其一是教学方法的融合。构建的混合式教学模式将传统教学、PBL与网络化教学这三种教学方法有效融合，强化教师和学生共同作为教学活动主体的地位。其二是学习模式的融合。一方面是线下学习和线上学习的融合，其中线上学习通过网络学习平台进行，而线下学习则是在更传统的课堂环境中进行，即使是线下学习也是通过网络学习平台协助开展，例如线上进行课前的学习引导、课后在线答疑、课堂测试等，此外，也通过网络学习平台提供课件材料和学习资源。另一方面是自主学习和协作学习的融合，自主学习是由学生自己安排或控制的进度独自进行按需学习，而协作学习则是在学生之间开展线上、线下交流，从而实现知识共享。

2.2 课程教学设计

简单来说，混合式教学是采用多种教学方法开展多个交互的教学环节的有效整合。然而，面向具体课程的混合式教学的设计和实现是复杂的，需要满足“数字信号处理”课程的教学目标这一具体需求，也需要考虑课程内容、课程资源、授课对象特点等因素，才能完成适用于“数字信号处理”课程全英文教学的教学设计。“数字信号处理”这门面向留学生的课程的混合式教学设计主要包括教学活动、教学内容、教学材料的设计，如表1所示：

表1 课程混合式教学设计

教学活动包括课堂教学、线上教学、综合性设计三类。其中，课堂教学采用传统教学与PBL教学相结合的方法，讲授离散信号和系统的分析方法和系统模型、离散傅立叶变换、快速傅里叶变换、离散时间系统的结构、数字滤波器设计等核心课程内容；线上教学采用PBL教学与网络化教学相结合的方法，引导学生完成部分教材内容自学，课程知识拓展、工程应用实例分析等学习任务；综合性设计是课堂教学和线上教学的重要补充，学生需要利用在课堂教学和线上教学活动中获取的完成综合设计所必需的理论知识，并学习使用MATLAB软件进行信号分析、系统设计与仿真，从而完成综合性设计任务。支撑上述教学活动开展所使用的教学材料包括选用的全英文教材及参考书目[5-6]、教师制作的全英文电子课件、线上学习材料、工程应用案例资料、课程视频资源、综合性设计参考资料等。

2.3 课程教学实施

（1）课堂教学采用传统教学与PBL教学相结合的方式，具体实施环节主要包括：教师提出问题—学生收集资料—学生课堂回答问题—教师课堂讲授—教师引导学生讨论和总结—教师布置课后任务—学生课后完成任务—课堂讨论和讲解。针对留学生性格活跃、爱问问题，但数学及专业基础较薄弱的特点，教师在课堂教学前会提前向学生发布预习任务，以及需要他们在课堂上解答的问题，让学生带着老师给出的问题完成预习任务，查阅资料找到相关问题的答案，这样可有效弥补留学生课程基础知识参差不齐的不足。在课堂上，首先会让学生陈述他们对这些问题的答案，然后教师再对问题涉及的课程知识点进行梳理和讲解，并且会通过课堂上的讨论和总结环节帮助学生对课程内容进行巩固。此外，教师会布置任务让学生在课后去完成，以进一步提升课程理论知识学习效果，课后任务包括作业习题和仿真任务两种形式。

（2）线上教学依托雨课堂和课程QQ群实施教学活动。教师制作适应智能手机的雨课堂课件，课件内容包括课前引导学生进行预习的问题、教师课堂讲授的教学内容、布置的作业题等。教师也通过雨课堂向学生推送相关的参考资料、网络学习资源等，为学生提供丰富的线上学习资源。教师会向学生发布线上阅读任务，这些任务在推送至学生端后，会设置相应的完成时间节点，从而给学生必要的约束。教师通过雨课堂反馈信息掌握学生线上阅读任务完成情况。此外，当学生在学习过程中遇到难点或疑问时，可以在QQ群中及时向教师咨询，这样教师可对学生反馈的疑问及时进行有针对性的解答，通过课程QQ群进行沟通交流，及时掌握学生课程学习包括课堂学习和线上学习的成效。在线上教学中，除了布置统一的线上阅读任务外，教师会发布多个课外学习任务供学生选择学习，学生完成选择的自主学习任务后，需进行归纳总结，并制作PPT用以在课堂上进行展示和汇报，汇报结束后需回答教师针对线上学习任务提出的问题。

（3）综合性设计由学生在课后自主完成。教师在课程学习的中后期发布多于学生人数的数字滤波器设计题目。学生从中自由选题，根据设计题目中提出的信号处理需求，确定无限冲击响应数字滤波器或有限冲击响应数字滤波器的技术指标，选用适当的滤波器设计方法并利用MATLAB完成满足技术指标要求的数字滤波器设计，通过分析滤波器的频率响应，滤波器的输入、输出信号时域波形及频谱图对所设计的数字滤波器性能进行测评。学生在课后通过阅读相关书籍和资料，自学利用MATLAB进行数字滤波器设计的相关知识，他们在设计过程中有任何疑问可通过课程QQ交流群与老师、同学线上交流讨论。滤波器设计完成后需要按照科技文献的格式撰写设计报告，在报告中介绍完成数字滤波器设计所使用的设计方法，呈现滤波器设计和性能测试的步骤和程序代码，并对滤波器滤波结果进行分析，并得出结论。

2.4 混合教学模式下的课程考核

混合教学模式下的课程考核构成包括三部分，如表2所示。课堂学习情况的考核是依据学生的课堂表现，出勤率，作业/任务完成情况，以及课堂随堂测试情况给出考核分值。其中，随堂测试是通过雨课堂来开展的，学生需在规定时间内完成一定数量的选择题，老师在手机上即可收集到学生的测试结果，基于此进行评分。线上学习情况的考核是通过考查学生完成线上阅读任务的情况（例如：在规定时间内完成推送的学习资料阅读任务的情况）、完成线上自选任务的情况、线上参与交流和讨论的情况来进行评价。教师依据学生汇报内容的准确性、合理性，汇报时表达的逻辑性、流畅性，回答问题的准确性等对学生线上自选任务的完成情况进行评分。综合设计的考核是由教师依据学生对综合设计任务的完成度来给出相应的成绩，具体考核指标包括：滤波器类型和技术指标选择的合理性，滤波器设计方法选择的合理性，利用MATLAB进行滤波器设计的正确性，信号滤波的有效性，滤波结果展示、分析和讨论的合理性，设计报告的完整性、规范性和条理性。

表2 混合式教学的课程考核组成

3 结语

为了提升面向留学生的“数字信号处理”课程的全英文教学质量，建立了适应留学生特点的混合式教学模式。从混合式教学实践效果来看，相较于传统的教学模式而言，混合式教学通过课堂教学方式的调整、线上学习和设计实践环节的增加，即能充分发挥教师在整个教学过程中的引导功能，又能提升留学生对本课程的学习兴趣，调动留学生的学习主动性和积极性，充分发挥他们的学习主体作用。混合式教学模式通过互联网通信技术为教师引导和参与各个教学活动的有效性提供了保障，使线上学习与线下学习的融合、自主独立学习和协作学习的融合得以实现，促进了留学生课程学习效果的提升。混合式教学的开展对教师提出了更高的要求，需要教师转换教学理念，应用新的教学方法和技术，合理统筹规划教学活动和教学内容，精心收集、选择、制作教学材料。因此，混合式教学的开展有利于教师自身教学能力的全面提升，也有助于教师个人教学特色的发挥。从面向留学生的“数字信号处理”课程的教学实践效果来看，符合课程特点和教学对象特点的混合式教学模式是值得深入探索的。本文根据笔者在“数字信号处理”课程中的教学实践，对基于传统教学、PBL教学、网络化教学的混合式教学模式进行了初步探索，后期将进一步完善课程教学设计、有效衔接各项教学活动、丰富课程学习资源，使构建的混合式教学模式进一步完善，为其他课程的全英文教学改革提供参考。