对分课堂下的数字信号处理课程教学改革研究

张 刚，董江涛

(重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065)

高校教学体系经历了从线下向线上再向两者相结合的教学转变。要加强线上线下教育融合，让这种融合型教育转变为长期性、常态化、正规化的教学模式是高校教学改革中的研究重点之一。同时，积极响应《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》提出的应探索新型教育服务供给方式[1]。

线上和线下教育都有各自的优势，线下教育交流更紧密，组织更加稳定清晰，线上教育时间和空间更灵活，教学主体更加多元。如今，国内外多种新型教学形式纷纷涌现，由传统的课堂教学已发展到对分课堂、翻转课堂、雨课堂[2]、腾讯课堂[3]等多种形式。对分易作为对分课堂(the Presentation-Assimilation-Discussion Class，PAD Class)官方教学平台，得到了广泛应用，真正做到以学生为中心，教师回归到引导者和帮助者的角色上，为学生留出自主学习的空间，减少学生机械性接受知识的情况，提高学生的学习动力，避免学生出现高分低能的现象。

数字信号处理作为本科通信专业学生的核心课程之一，是学生学习数字通信理论的必修基础。如今，数字信号处理课程教学面临着诸多挑战，同时也是传统教学模式所面临的主要挑战，主要表现在以下两个方面：一是在移动设备流行的时代，学生对手机严重依赖；二是授课教师基本采用的是传统讲授式教学模式，影响了学生的思维发散与创造能力。本研究将对分易平台与数字信号处理课程相融合，对课程进行优化，实现线上与线下相结合的新型教学模式，充分借助对分易平台的优势提高教学过程中学生的参与程度和学习积极性。

1 对分课堂

对分课堂是由复旦大学心理系的张学新教授[4]以国内外高校的教学现状并结合心理学所提出的一种新型教学模式。该模式下的教学理念结合传统的教师传授和西方模式的课堂讨论等优势对教学过程进行有效划分，一部分时间是教师遵循传统课堂教学重点，引领学生初步了解所学知识；另一部分时间是引入西方课堂模式中的讨论环节，鼓励教师和学生之间进行学术互动。

该模式的创新之处是将讲授知识的时间和互动讨论的时间有序错开，例如，将讨论时间延迟一周，学生可在课下根据教师布置的任务自主安排学习时间，这样可以调动学生的学习积极性，使其自主吸收知识。学业考核中，这种模式更看重学生的学习过程、对知识的吸收和学生自身的学习需求。对分课堂有三个主要过程，分别是讲授知识、内化吸收和互动讨论[5]。这三个主要过程对应的英文分别为Presentation、Assimilation、Discussion，对分课堂也简称为PAD课堂。

2 对分课堂在数字信号处理课程中的应用

对分易教学平台是在对分课堂教学模式下搭建的教学平台，支持电脑客户端与移动设备APP同步使用。课堂上结合该平台可有效完成对分课堂教学模式的核心思想环节，即讲授知识-内化吸收-互动讨论的学习过程，使学生对课程知识点进行多次学习，提高对知识点的理解程度，实现线上线下互动式教学，为师生提供统计考勤、无纸化作业提交、成绩单、讨论区、课程资源分享等诸多功能。

2.1 课前准备

与以往传统教学不同，课程开始之前，教师可以利用对分易平台创建班级并设置课程信息，将创建好的班级通过二维码的方式分享给学生，每个学生通过扫描二维码即可加入班级。在课程开始之初，学生可通过平台看到教师提供的一些课程相关资料及分组情况，大致了解数字信号处理课程的教学计划、教学内容、教学重点，有利于学生提前规划自己的学习进程。教师可以提前发布课程的主要教学目标。例如，要求学生掌握离散时间信号与系统的基本理论；学会离散时间系统的时域分析；熟练运用Z域变换、离散傅里叶变换和快速傅里叶变换的理论计算方法；能够学会无限脉冲响应数字滤波器和有限脉冲响应数字滤波器的结构并可独立设计。学生通过教师提前发布的内容，可提前了解一些课程基础知识，课堂中可以更好地参与其中，同时也能够在后期课程有一些针对性学习。

2.2 课堂教学

在课堂教学中，根据对分易平台中的各项功能，教师可在原定教学内容基础上更灵活地展开教学活动。通过课前准备中学生的反馈，教师通过对教学计划的调整进一步提升教学质量。

针对教学中的各个环节，对分易平台都提供了专项功能：(1)高效考勤。考勤一直是课堂中耗时费力的一环，尤其是大型公共课，而对分易平台提供的考勤功能只需要学生在平台上输入教师提供的考勤码即可参与堂上考勤，并且该平台会自动记录每个学生的考勤记录，对缺勤人数进行统计；(2)课堂提问。教师根据课堂上学生的积极性自行设置提问方式，如随机抽签、抢答等，通过全新的提问方式优化课堂氛围，推动教学进程。教师还可以将每位学生课堂回答问题的记录作为日常成绩的参考；(3)随堂练习。当遇到重难点问题时，为了检测学生是否掌握，就可以采用随堂练习功能。例如，在讲解到快速傅里叶变换的求解问题时，将事先准备好的小题上传至系统，让学生随堂完成，将所学知识立刻运用到实际的题目当中，提升学生对快速傅里叶变换求解的理解程度。

2.3 课后提升

适量的课后作业是巩固课堂所学知识的必备途径之一，教师在对分易平台中发布的作业可以支持各种格式提交，不只局限于书面，还可以是视频材料、音频材料等。学生在截止时间前提交作业，教师可以选择自己批改还是学生互评，批改后的分数均会记录在系统中，学生可自行查询。课后提升时的思辨讨论也必不可少，例如，运用所学数字信号处理知识对一些普通系统中信号的采集、传送和处理等相关问题进行分析。理论结合实际也是必不可少的学习过程。例如，利用所学知识对一些实际问题进行建模描述，求得该问题的离散解等。以上的课后提升问题，教师只需在对分易平台的讨论区发布即可，之后系统会自动推送到班级中每个学生的微信。学生们可通过讨论区对问题进行讨论，深化复习所学知识，学以致用。

2.4 考核方式

传统的考核方式存在某些同学临时抱佛脚的情况，应当对考核模式进行改革，要重过程、重能力、轻分数，将考核过程分布在学习的各个阶段，更加注重学生能力的培养，从而达到创新型人才培养的目标。

针对数字信号处理进行分布式考核，考核公式如下：总成绩=平时成绩×10%+期中成绩×10%+期末成绩×30%+汇报成绩×30%+实验成绩×20%。其中，平时成绩包括课堂表现和平时作业，期中考试和期末考试根据不同阶段题目设计灵活，重知识点的分析与应用，真正做到融会贯通，汇报成绩由学生和教师共同得出，实验成绩则根据仿真效果给出。这种分布式考核方式将总成绩分散在整个学习过程中，既保证知识的讲授，又锻炼学生的综合学习能力，促进学生全方面发展，培养高素质复合型人才。

3 对分课堂应用在数字信号处理课程中的优势

传统的教学方式虽然也有完备的体系，但是教师只能顾及学生在课堂上的时间，对于其他时间的课前准备及课后提升无法实时了解，只能依靠学生的自觉性。相较于传统教学模式，对分易平台针对课前准备、课堂教学、课后提升已有相当完备的教学体系。几乎可以做到学生在讲授知识-内化吸收-互动讨论的学习过程中与教师、其他同学随时进行交流互动。同时，移动设备教学中也充分发挥了正向作用，减少了移动设备对学生的负面影响，提升了学生的课堂参与度。

传统教学中师生课后联系沟通不足，教师无法掌握学生的学习进度，学生在作业中存在的困惑无法得到及时解决，而平台中提供的即时互动功能有效解决了这一问题。学生在加入课程时会填写自己的姓名、学号并上传头像，课后沟通可以让教师及时了解每个学生的课程进度，对学生进行针对性指导，在一定程度上提高学生对学习的主观能动性。

4 结语

对分课堂的新型教学模式致力于课堂时间的有效划分，贯穿以学生为中心的教育理念。通过讲授知识-内化吸收-互动讨论的过程让学生对所学知识进行充分吸收消化，虽然减少了教师讲授知识的时间，但并不影响知识的有效传递。教师可通过对分易平台将线上线下教学充分融合，建立从课前准备到课堂教学再到课后提升的完备体系，弥补以往教学的诸多不足。该模式能够充分调动学生的学习积极性，在学生与教师之间均获得了良好的反馈。