考试成绩分析与本科课程教学改革探索

张培尼，霍国平

（中国矿业大学〔北京〕 人工智能学院，北京 100083）

引言

时代发展和科技进步对高等教育人才培养质量提出了更高的要求［1］。构建新理念、新结构、新模式、新质量的教育体系，实施适应时代特点的教学改革迫在眉睫［2］。“数字信号处理”及其先修课程“信号与系统”是高等院校信息类本科专业扮演承上启下角色的核心基础课程。本文根据中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院教学实践，拟通过分析课程期末考试成绩，并结合学生问卷调查和交流座谈反馈信息，归纳总结影响课程教学质量的主要因素，探索推进课程教学改革的新思路和新举措。

一、课程现状与成绩分析

“数字信号处理”及其先修课程“信号与系统”是中国矿业大学信息工程本科专业的必修课，是“数字图像处理”等专业课程的基础，起着承上启下的重要作用。以我校信息工程本科专业为例，“信号与系统”课程总学时为64学时，其中理论教学54学时，实验教学8学时，主要包含信号的时域分析和变换域分析等内容，重点在于建立信号表示与系统描述的基本概念和方法［3］；“数字信号处理”课程总学时为56学时，其中理论教学40学时，实验教学16学时，主要包含数字信号分析和数字滤波器设计等内容，更加注重算法和应用［4］。

我校信息工程专业本科生2015级（1个班）32人，2016级（2个班）67人，“信号与系统”课程和“数字信号处理”课程两届学生的任课教师及期末考试试卷难度均保持稳定。

（一）“信号与系统”课程考试成绩分析

表1是“信号与系统”课程的考试成绩分布数据，包括各分数段人数百分比、最高分、最低分、平均分和及格率。从最高分、最低分、平均分和及格率上看，两届学生的考试成绩基本相当，但各分数段学生人数占比存在明显差异，如图1所示，2015级成绩分布曲线较为陡峭，2016级成绩分布曲线则更加平缓。

图1 “信号与系统”考试成绩分布

表1 “信号与系统”考试成绩统计

具体来看，80分以上高分段人数百分比2015级（18.75%）较2016级（23.88%）略低，而在70～79分中分段人数百分比2015级（40.63%）较2016级（29.85%）则明显偏高，69分以下低分数段人数百分比2015级（40.63%）较2016级（46.27%）略低。整体上看，两届学生成绩区别不大，2015级学生中分数段人数占比相对较大，高分数段人数偏少，而2016级学生中分数段人数占比相对较小，高分数段和低分数段人数占比相对较大，两极分化程度也更为明显。

（二）“数字信号处理”课程考试成绩分析

表2是“数字信号处理”课程的考试成绩分布数据，包括各分数段人数百分比、最高分、最低分、平均分和及格率（由于个别学生留级导致年级总人数有所变动）。从最高分、最低分、平均分和及格率看，两届学生考试成绩总体上差别不大，但出现了一定程度上的指标背离现象，2015级学生的及格率相对较高但平均分却相对较低。

表2 “数字信号处理”考试成绩统计

从成绩分布看，80分以上高分段人数百分比2015级（51.61%）较2016级（60.94%）显著偏低，在70～79分中分段人数百分比2015级与2016级则基本一致，但69分以下低分数段人数百分比2015级（38.71%）较2016级（29.69%）明显偏高。如图2所示，两级学生考试成绩分布曲线都呈现“双峰”形式，2015级考试成绩由于高分段人数与低分段人数较为接近，分布曲线更加对称，而2016级考试成绩低分段人数相对较少，高分段人数相对较多，分布曲线峰值呈现“左低右高”。

图2 “数字信号处理”考试成绩分布

通过以上数据分析，与先修课程“信号与系统”考试成绩相比，“数字信号处理”课程两届学生的考试成绩中分段人数占比同时出现了急剧下降，两届学生同年级内部的两极分化现象都变得更加突出。需要特别指出的是，与2015级学生相比，2016级学生“信号与系统”课程考试成绩高分段人数占比优势在“数字信号处理”课程中得以保持，而低分段占比劣势得到了扭转，在一定程度上体现了优秀学生群体的积极带动作用。

（三）学生反馈信息

本次针对2016 级学生学习“数字信号处理”课程的情况开展了问卷调查和交流座谈。其中，调查问卷内容为课程每章节内容的掌握情况（“完全理解”“基本理解”和“不理解”），65名学生无记名地填写了调查问卷。表3 是调查问卷的统计结果，学生对于1 至3 项侧重数学基础公式的内容掌握情况相对较好，“完全理解”和“基本理解”人数占比达90%以上；学生对于第4 项引入滤波器概念的内容掌握程度开始出现下降，“不理解”人数占比显现上升态势；对于5 至6 项侧重滤波器设计和应用的内容掌握程度相对较差，“不理解”人数占比显著上升。以上说明，对于“数字信号处理”这门起着承上启下关键作用的课程，在教学培养目标中占据最重要地位的“掌握基本类型的滤波器设计”环节仍然存在教学短板。

表3 课程内容掌握情况的调查统计（2016级）

此外，通过与部分学生进行座谈交流，对学生提出的比较有代表性的问题进行了梳理。（1）学习环境：易受宿舍学习风气影响，集体活动少，同学交流少。（2）学习状态：兴趣不足、找不到动力，被动应付考试，看手机、玩游戏导致学习不专心或挤占学习时间，“临时抱佛脚”，渴望教师主动关心学习情况，不希望掉队。（3）教学情况：概念的来龙去脉讲得不够透彻，知识点有时存在跳跃性、接不上，讲课形式单一、不生动，讲知识多、讲学习方法少，实验课堂验证多、探索少、团队合作少，考试考核评价形式单一。

二、影响课程教学质量的主要因素

针对以上期末考试成绩分析及学生反馈信息，通过与教研组其他成员进行讨论交流，对影响课程教学效果的主要制约因素进行了归纳总结，主要包括以下五个方面。

（一）社会问题

随着社会生活网络化、虚拟化程度的不断加深，部分学生在课堂上低头看手机、沉迷网络游戏现象较为突出［5］，由此导致学生有效学习时间和学习质量大打折扣，这类学生人数比例约8%，与表2中不及格人数平均占比大致相当。

（二）学风问题

除去生源因素外，学生所处环境对学习风气的影响尤为关键，除本文所涉及的两门课程任课教师外，其他课程教师也反映学习风气呈现出的宿舍化、班级化、年级化特点比较明显，集体氛围对成绩的影响更加突出。

（三）单向教学问题

以教师为主体的教学模式难以有效激发学生的主观学习意志，教师与学生间的互动不足，学生的学习热情持续性较差，自我学习能力培养不够。此外，单向教学模式导致学生被动参与，教师对学生学习程度和特点的差异性照顾不够。

（四）课程内容问题

新版培养方案对课堂教学学时进行了压缩，但课程内容的精简不够细致，内容安排不够系统、科学，先修课程和后续课程存在内容重复和衔接脱节问题。此外，理论教学与实验教学内容设计较为制式化，虽然重视从理论学习到实验学习的衔接，但理论教学课堂缺乏对学生实验热情的激发和引导，以实验学习促进理论学习的闭环反馈考虑不足。

（五）成绩评价问题

期末考试在课程学习成绩评价中所占权重过大，阶段性的考核评价形式单一且权重过低，导致对学生学习过程评价的重视程度不够，教师不能有效及时地根据学生学习程度采取针对性措施，难以有效预防和遏制两极分化现象。此外，成绩评价的形式和内容不够丰富，评价要素过于偏重课程知识本身的掌握情况，由此导致考试成绩难以全面体现学生的综合学习能力，评价指标存在“失真”隐患。

以上集中体现了课程教学活动中遇到的问题和制约因素，对改革教学模式、教学内容和成绩评价机制提出了迫切要求。

三、教学改革建议

根据“数字信号处理”课程及其先修课程“信号与系统”的特点，对该课程的教学改革方案提出如下建议。

（一）构建以学生为中心的教学模式

以学生为中心体现的是教育体系和培养模式的目标导向，要始终明确学生在实施教育过程中的中心地位，要将激发学生的主动学习热情和培养学生的自主学习能力作为教学改革的关键内容［6］。

1.激发学生的主动学习热情。“数字信号处理”课程及其先修课程“信号与系统”包含的数学演算推导内容较多，针对学生的学习兴趣不足、方法不强、主动性不够等问题，应从引导和启发学生建立学习目标入手，打牢兴趣基础，继而将学生引入学习知识和培养解决实际问题能力的良性轨道上来。另外，还要注意加强教学活动中的师生互动，要充分利用互联网工具，建立各个教学环节快捷高效的信息传递机制，鼓励学生参加课题研究，促进学生对学科前沿和工程实际的熟悉程度，引导学生自主检索和搜集文献，主动构建知识体系，以此促进师生间和学生间建立更加紧密的联系，通过良好的集体氛围增强学生的学习动力。

2.培养学生的自主学习能力。要改变以教师为中心的传统教学模式，打破原有的“教”与“学”的主从关系［7］，将“学”放在主体地位，以“学”促“教”。教师应将主要精力放在营造学习环境和构建学习平台上来，主动从教育者向指导者转变，引导学生主动获取知识，充分发挥主观能动性。努力破除“教师讲，学生听”的单一教学模式，可采用引导式、讨论式等多元化的教学方式，调动学生学习的积极性和主动性，从源头上提高学生课堂上的注意力，从“要我学”到“我要学”进行转变。

3.加大差异化教学尝试。针对课程考试成绩体现的两极分化现象，应对“好、中、差”不同学习程度的学生采取差异化施教措施。在教学实践中发现，成绩较差的学生多数缺乏良好的学习习惯，如课堂缺勤、听讲不专注、被动应付作业，甚至出现作业抄袭行为。因此，在教学环节中可通过多提问、多上台演示等方式提高学生的关注度，增加测验的灵活性和生动性，及时跟踪记录学生的出勤情况、课堂状态和作业完成质量，掌握学生学习动态并采取针对性措施。为照顾学生学习程度的差异性，各个考试测验环节均可增加必做题和选做题的设计。必做题侧重课程的基本知识点的掌握；选做题较必做题有一定程度的难度，将“保底不封顶”真正体现在教学的全流程上，促进各类学生的整体进步。

（二）打造重点突出、衔接紧密的教学内容

教学内容是开展教育活动的基础，教学内容的合理性对教学效果和质量起着尤为关键的作用。根据我校课程教学实践，对优化教学内容提出如下建议。

1.突出教学内容的重点。明确“信号与系统”与“数字信号处理”两门课程的侧重点，即“信号与系统”课程突出信号的基本概念和原理，“数字信号处理”课程突出数字化方法和技术应用，根据概念和理论的生成演化逻辑，精简两门课程的重叠内容，在保持逻辑连贯的前提下合理加大公式推导的理解程度，减轻机械记忆公式负担，强调公式的实际使用意义和价值，注重实际应用和解决问题能力。

2.建立理论与实验教学的紧密衔接。“信号与系统”和“数字信号处理”两门课程具有很强的工程应用背景，理论教学与实验教学紧密联系，相辅相成。学生在课堂上学习的基础理论和原理并不能带来直观的理解和价值感受，实验课程决定着理论学习能否真正地落地。目前，实验课程设计容易出现的问题有实验内容机械化、实验方式制式化等，导致学生动手实践和理论学习之间相互的正向激励和支持不够。其中，关键问题在于教师对理论课程和实验课程的主动衔接设计不够。因此，应在课堂教学中增加启发性和探究性内容，设计能促进讨论和参与的开放式问题，预留疑问和伏笔，激发学生的好奇心，制造能够引发更多独立思考和探索的动因。实验教学环节要以解决课堂教学留下的疑惑和问题，完成开放性项目或案例为抓手，大力培养学生的主动思考、创新设计和交流合作能力，注重建立从实验结果自主反推理论解释的能力，训练科学素养，激发科学探索精神，由此形成课堂教学和实验教学互助相长的培养模式。

（三）探索多元化的学习成绩评价机制

为适应新时代人才培养要求，各高校应对学生学习成绩评价体系进行积极的改革探索。针对学生成绩评价存在“失真”的问题，为更加有效地体现成绩的公平和激励作用，需要对学习成绩评价机制进行优化。

1.要注重对学习过程的成绩评价。过程评价的情景应包括实体课堂、课后线下学习、课后线上学习等，过程评价的阶段设计应与教学进度相匹配，要便于动态掌握学生的学习程度，及时发现掉队学生，采取灵活机动的教学措施；过程评价的权重要合理分配并适度加强，改变“一锤定音”式的期末考试独大格局，降低期末成绩的比重，增加阶段考试成绩占比，降低期末考试前临时突击的作用，对防止两极分化和促使学生重视学习过程起到基础性作用。

2.要丰富和优化成绩评价的要素、形式和内容。评价的要素应包括学科基础素质、学术综合素质、团队合作素质等，要素的构成要以学生未来的工作实践为指引进行科学设计；评价的形式要与评价的情景相对应，应包括课堂出勤率、复习预习情况、基础作业情况、方案设计质量、文献检索能力、交流合作能力等方面；评价的内容要以检验学生的综合学术素质和学习能力为目标，题目设计应侧重吃深、吃透重要基础概念，提高开放性设计类题目的占比，鼓励创新思维，增加团队合作题目，培养集体解决问题的能力。以上改革方向对教师团队的工作能力提出了更高的要求，也更加充分地体现出人才培养的目标导向。

结语

考试成绩是学生学习情况和教师教学效果最直观的体现。本文以“数字信号处理”课程及其先修课程“信号与系统”的教学实践为例，通过关联对比和深入分析不同年级学生的考试成绩，并结合学生问卷调查和交流座谈反馈信息，对教学模式、教学内容、成绩评价机制等方面进行了有益探索并提出了教改建议。