“信号与系统”混合式教学改革探索

刘李漫，李 旭，陆雪松

（中南民族大学生物医学工程学院 湖北 武汉 430074）

“信号与系统”作为生物医学工程专业的一门专业基础课，以高等数学、电路分析等课程为基础，融入线性微分方程、积分变换、复变函数等数学课程。该课程理论性强且抽象[1]，对学生的数学基础要求很高，强调数学推导和变换，学生在学习过程中难免会感到厌烦，兴趣不高。因此，利用混合式教学方法来改革“信号与系统”课程的教学势在必行。高校应充分挖掘混合式教学模式的价值，打造高质量的“信号与系统”课堂。

1 “信号与系统”混合教学模式改革的需求分析

1.1 “信号与系统”教学现状

目前大多数高校采用的是传统的“信号与系统”课程教学方法，其主要特点和问题如下：

首先，不同学生的学习诉求不同。不同学生的学习基础及学习能力存在差异，在线下面授中难以同时满足所有学生的需求，讲得简单，基础好的学生不感兴趣，不认真；挖掘深度的话，基础薄弱的学生学着困难。并且教师的时间、精力有限，无法满足学生的不同诉求。

其次，课程内容多、抽象。“信号与系统”课程包含了一百多个重要知识点，且许多内容是建立在数学推导上，对学生的数学思维能力要求较高，而且学生单纯擅长数学也无法轻易学懂这门课，比如，只用数学推导很难形象理解三大变换的概念[2]。线下课程本来应该尽可能包含课本中的所有知识，但线下课堂的总课时无法满足此要求，强调所有知识点会导致每个知识点的挖掘深度达不到预期，但只着重于重点知识点又会造成课内关注面有限，无法做到系统地学习课程、整体地把握课程。

最后，监测学习过程和评估学习效果对教师而言存在困难。“信号与系统”课程通常采用大班教学，教师不可能实时监控所有学生的学习情况，也只能依据学生的平时随堂测试大致了解情况。

1.2 混合教学模式的应用价值

混合式教学的本质在于“重新思考和重新设计教与学的关系”[3]，这个问题一直是教育改革的关键。以往教师在讲台上滔滔不绝地讲，学生在台下单纯听的教学模式也一直在被学界专家批评，线上与线下交互的教学模式通过小组合作等不同的学习形式，引入不同方法来引导学生深入思考，学以致用，强调学习的主动性和积极性，从而形成教师为引导，学生为主体的学习模式。同时，信息技术的发展支持和促进了教育教学的变革。混合式教学充分利用网络技术，线上学习与线下沟通双管齐下，让学生系统地学习课程，这也为学生进一步学习打下了良好的基础。美国教育部发布的研究报告表明，与传统的课堂教学相比，混合式教学是最有效的方法[4]。

教师可拥有更多的教学选择。教师既能保留以往线下课堂的优点，也能借助线上优点弥补线下课堂的不足。例如，教师借助互联网搜集大量的教学资源，并选择合适的资源纳入教学材料中。课堂上，教师可以向学生播放多媒体课件，丰富教学内容，拓宽学生的知识面。另外，网络授课平台都提供了回看功能，教师可以回看自己的课堂，从中总结和反思，不断提高自己的教学水平。在混合式教学模式中，作业批改、考勤记录、问答记录、最终的成绩考核等工作的复杂程度有了大幅度的降低，一方面对学习过程的监测更加高效，另一方面也提高了评价的准确性。

学生拥有更多的学习选择。混合式教学注重将线上和线下结合起来，在这种模式下，学生有了更多的学习选择。除传统线下课堂学习以外，学生还可以在网上选择喜欢的学习视频，随时随地进行学习，不用受时间和地点的限制，更可以反复回看视频，咀嚼知识。学生还可以在预习时利用网络课程进行自习，更加便利地利用碎片化的时间，然后反馈自习时遇到的问题。在线下上课时，教师就可以结合学生自习时的反馈，更有针对性地组织教学内容。回看的功能对学生来说也是非常有价值的，因为它可以让学生更容易地消化和掌握那些他们没有听懂或没有充分掌握的知识，引导学生自主思考，发现问题，解决问题，有助于提高学生的学习质量。

2 “信号与系统”混合教学模式改革的应用策略

混合式教学同时拥有线上学习和线下课堂的优点，在实施过程中会更加灵活，但也增加了更多变化的可能，这种多变性对教师来说是一个很大的挑战。教师应利用线上互动来检查学生的在线学习，帮助其掌握、消化知识，推动他们进入更高的学习层次，实现线上教学与线下教学相结合，形成“预习＋合作＋复习”的科学学习步骤。

2.1 虚拟课堂：提前预习

课前预习是有效课堂教学的第一个环节，是学生接受新知识的开端。与传统的线下教学相比，在线预习能让学生自主选择课程内容，打破时间与空间上的局限，满足学生不同的学习诉求，有助于提高学生的自主学习能力。课前，教师先建立班级群，并发布指导性学习任务，前置学习目标，例如给学生布置“信号的分类”等问题，让学生带着学习任务观看网络课程，查阅相关的资料。课前预习给学生提供了自主选择的机会，也给学生前置了学习目标，锻炼了学生解决问题的能力。

2.2 真实课堂：合作探索

在传统的“信号与系统”课中，课本就是教师向学生教授知识的唯一参考，课本虽包含了大量的重要知识，但在高速发展的现在，知识也在更新变化中，只集中于课本进行教学远远不够。教师应基于混合式教学理念有效地发掘互联网的优质资源，并将其整合到在线课程教学中，向学生介绍适当的课外内容，丰富“信号与系统”课程的学习资源。

线下课堂教学能帮助学生熟悉、掌握新知识，在师生互动中给学生带来新的思路。当学生对本课程有了更深入地理解之后，可以小组为单位布置了一些“模拟滤波器设计”等创新性实验，帮助学生思考和表达自己的想法，通过追问引导学生对知识进行深层次的思考，完成对知识的探索，养成良好的思考习惯。

线下课堂教学充分利用了传统教学的优势，即有情感的互动交流，进行小组讨论和小组展示之类的活动，以及动手操作，把知识运用到实际任务，让学习变得更具体更有针对性，学以致用。在面对面的学习中，师生互动加深学生对知识的认识。教师通过对学生学习过程的观察，结合学生的表现动态调整教学的进度[5]。线下课堂，教师和学生之间存在着情感传递，克服了网络教学中的冷漠感，教师的言行举止对学生起着潜移默化的作用，这是线下教学的天然优势。

2.3 虚拟课堂：温故知新

课后巩固训练是学习最重要的一部分，它帮助学生归纳、总结知识，对知识形成进一步理解，加强记忆。利用线上课程可提高课后复习的成效。首先，线上学习资源可重复使用，帮助学生掌握先前模糊的知识点，从而巩固知识；然后，教师通过网络平台给学生发布随堂作业和实践任务，可实时检查学生的学习成效。

2.4 评价指标：改进丰富

传统的教学评价只是一味地依据出勤率、课堂互动次数、阶段考试成绩等来评价学生，工作量大，评价也不全面。为了高效地给出客观的课堂评价，教师可借助线上与线下并重的模式，增加过程评价，即根据学生的学习参与度和表现再进行评价。比如，在线下课堂，教师在某个知识点讲解结束后立即给学生安排随堂测验，检查学生对该知识点的掌握情况；教师可基于线上教学理念，利用网络教学平台对学生的观看时间以及进度、教学活动的参与情况等进行评价，引导学生根据小组任务制作PPT 并讲解、制作并分享思维导图，检验学生的应用能力。

4 关于“信号与系统”课程混合教学模式改革的思考

高校开展混合式教学的目的是建立新的、具有多元化的师生关系，创造一种有沟通的高质量课堂，并且通过教学模式的改变提升教学质量[6]。但从实践验证的结果看，不同教师的课程内容设计质量差别大，导致混合式教学的效果良莠不齐。为了确保混合式教学能在实践中取得成效，须从教师教学和学校制度两方面进行合理化设计。

4.1 教师教学方面

混合式教学改革早期，许多教师都会面临课程部分内容翻转还是全部翻转的问题。教师在选择课程内容时需要有一定的灵活性和掌控性。即内容必须有创新性和趣味性，由浅入深的知识过渡才能让学生经历一个逐渐适应的过程，如此才能让学生更主动地理解与学习知识。

教师可以优先挑选学生感兴趣且容易理解的知识点进行教学设计，大致可总结为以下几类：①已经学习的知识点，比如周期信号和非周期信号等；②学生感兴趣的和实际联系密切的内容，比如无失真传输；③学生容易理解的逻辑性强的内容，比如采样定理。但“信号与系统”原本就是知识点多且抽象的课程，所以对一些难度较大的知识点，如傅里叶变换，还是要以线下课堂为主，以线上资源为辅，推送一些形象的短视频帮助学生理解。

教师和学生之间需建立起沟通的桥梁，保持良好的互动关系。线上教学时，教师与学生进行线上互动，包括弹幕交流、弹幕答题、章节测试等方法测评学生的学习情况和质量。学生与学生之间也可积极探讨、交流、评价和完成小组作业，形成多义性的交流学习。

4.2 学校制度方面

首先，高校应针对混合式课程要做好条件保障。混合式教学必须有信息化技术的支持，高校还应优化和完善软件平台建设、数字化资源引进等，基于教育教学的需求和互联网开发的新需求，研发出物有所值的物联网产品。硬件设备和软件程序必须简单易用，宽带网络必须稳定，存储、调取、媒体浏览等操作流畅自如，并且能够支持讲台、黑板、教师终端和学生终端之间的交互式转换。满足这些条件的智慧教室，才能营造出丰富多彩的教学课堂。

其次，将实施适当的混合式教学政策，制订详细的方式方法，并对混合式教学改革进行科学测评。与此同时，还要依据课程教学方案、学习质量评估等，制订科学的评价标准，从而引领高质量的教学实践[7]。为此，混合式教学不应盲目推进和一刀切式的改革，应该遵循科学的教学发展规律，统筹兼顾、科学引导，从不同专业的教学中取其精华，寻找合适的教学方法和模式。

最后，要对教师进行培训。高校应基于前瞻性的教学理念，有针对性地开展混合式教学方法等业务培训，让混合式教学改革可以稳定发展。

4 总结

综上所述，在“信号与系统”的实际教学过程中，教师要做到线上与线下双线并重，灵活运用线上资源辅助线下教学，关注学生的学习状况，最大限度地发挥出混合式教学模式的作用，创造出一种有沟通的高质量课堂。对于学生而言，也需要配合教师的教学改革，产生理想的教学效果，并且积极地参与到教学活动中，获得更加丰富的成果。