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基于網(wǎng)絡教學平臺的信號基礎課程教學新模式
基于網(wǎng)絡教學平臺的信號基礎課程教學新模式黃亞飛 曾喆昭
�。ㄩL沙理工大學電氣與信息工程學院，湖南長沙410004）
[摘要] 研究利用網(wǎng)絡教學平臺的輔教助學功能，實施“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”這兩門信號基礎課程理論與應用并重的教學新模式。首先概括網(wǎng)絡教學平臺的主要優(yōu)勢，然后從柔性化教育的實施、面向應用的學習導航的建立、研究型教學的開展等三個方面具體探討信號基礎課程教學模式的創(chuàng)新，分析教學實施中出現(xiàn)的問題并給出對策。網(wǎng)絡課程使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和問卷調查的反饋信息表明：新教學模式能充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術服務于信號基礎課程教學，有效提高學生的學習主動性，達到培養(yǎng)學生應用和創(chuàng)新能力的目的。
[關鍵詞] 信號與系統(tǒng)；數(shù)字信號處理；網(wǎng)絡教學綜合平臺；教學模式
[中圖分類號]G642.0
[文獻標識碼] A
[文章編號] 1005-4634 （2012） 06-0074-03
0 引言
隨著計算機技術發(fā)展，多媒體教學得到普及，網(wǎng)絡輔助教學也正發(fā)揮著越來越重要的作用。長沙理工大學于2011年投入使用清華教育技術研究所開發(fā)的“網(wǎng)絡教學綜合平臺”，為教學模式“從以教師為中心轉變到以學生為中心”提供了又一有效途徑。由于目前處于建設初期，大部分教師對該平臺的認識還比較淺顯。其強大的輔教助學功能沒有得到充分發(fā)揮。另外，在課程建設中，“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”作為通信、信息類專業(yè)的基礎課，在后續(xù)專業(yè)學習中起著重要作用，但因理論性強、內容抽象，不少學生反映比較難學�，F(xiàn)有研究對這兩門課程從教學方法、手段、層次以及考核方式等方面進行了改革探索，為提升教學質量提供了有益經(jīng)驗，但如何借助專業(yè)的網(wǎng)絡教學平臺創(chuàng)新信號基礎課程的教學模式，這方面的探討還有待深入。
針對以上問題，本文以“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”這兩門課程為對象，研究基于網(wǎng)絡教學綜合平臺的信號基礎課程教學模式改革，結合作者在教學過程中的體會談一些看法。
1 網(wǎng)絡教學平臺輔教助學之優(yōu)勢
長沙理工大學網(wǎng)絡教學綜合平臺與文獻[1]中的單門課程網(wǎng)絡教學輔導有所不同，該平臺通用性好、功能性強。平臺設置了包括管理員、教師和學生在內的個性化空間，滿足了學校在教學管理、輔教助學、信息互動等方面的復雜需求。具體來說，網(wǎng)絡教學平臺的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面。
1）能夠以課件、動畫、音視頻、案例等多種形式建立課程教學資源庫，有利于教育資源最大化共享，實現(xiàn)課堂教學在時間和空間上的延伸；
2）可不斷添加課程學習中的常見問題和解答，及時高效地解決學生的學習疑惑；
3）提供試卷庫和在線測試題庫建設及維護功能，有助于學生鞏固知識重點與難點，實時跟蹤學生學習情況；
4）為用戶提供了論壇、問卷調查、教學郵箱、日程安排等多種交互工具，便于師生、生生同步或異步靈活交流，開展研究型專題討論；
5）有利于課程知識點的關聯(lián)教學，實現(xiàn)多門課程的整合，延伸課堂教學容量，提高教學效率。
2 信號基礎課程教學新模式的探討
“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”這兩門信號基礎課程的特點是數(shù)學概念多、公式性質繁，考慮到理論證明易使學生感到枯燥、失去學習的興趣，教師一般采用“淡化具體電路推導，強調系統(tǒng)的分析和應用；淡化數(shù)學分析，強調物理概念”的教學方法。(教育論文 www.htc668.com)然而，這樣處理也有不妥之處，學生對某些基礎理論理解不透徹，知其然而不知其所以然，由此導致獨立解決問題能力趨于表層化，知識應用能力難以提高，也有礙于學生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。因此，需要探索新的教學模式，借助網(wǎng)絡教學平臺的諸多優(yōu)勢，應用包括課堂精講、課后鞏固、案例引入、在線交流、專題討論、研究型教學在內的多管齊下的教學模式，激發(fā)學生學習主動性，提高學生創(chuàng)新素質，達到理論與應用并重的教學目的。
2.1 教學新模式的改革內容
1）發(fā)揮網(wǎng)絡教學平臺優(yōu)勢，以學生為主體實施“柔性化教育”。課程教學中的“柔性化教育”是指充分考慮學生多樣性，改變以教師為中心的灌輸式教學模式，注重因材施教和個性培養(yǎng)，實施以學生為主體的靈活教學方式。按照這一原則，作者結合網(wǎng)絡教學平臺的優(yōu)勢，對“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”的教學進行了相應改革。
對于信號基礎課程中涉及大量圖形及演變過程的概念和定理，如：信號分解、卷積的圖解表示、抽樣中的頻譜混疊現(xiàn)象、FFT算法的實現(xiàn)、濾波器的特性等，除在課堂上采用Flash動畫講解外，還要求學生課后進入網(wǎng)絡教學平臺，自己動手調整程序參數(shù)、操控動畫演示，以加深學生對相關知識的理解。具體地，例如在講述濾波處理時，課堂演示某手機鈴聲信號的濾波過程，濾除一部分高頻分量，然后讓學生對比原信號和濾波信號的頻譜，并利用MATLAB中sound函數(shù)進行樂音回放，用眼和耳感受兩者的不同，同時在網(wǎng)絡平臺提供在線演示程序，讓學生自己輸入濾波參數(shù)，通過對結果分析來理解濾波的原理與效果。另外，對概念中涉及到的科學家，如：傅立葉、吉布斯、切比雪夫等，在網(wǎng)絡資源中添加其生平介紹，讓學生了解科學背后的故事，激發(fā)學生的學習興趣和求知欲望。
2）立足基礎面向應用，建立適應不同專業(yè)的課程學習導航�！靶盘柵c系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”的教學內容既有明確分工又緊密關聯(lián)，構成了信息與通信類學科的信號基礎理論，由于各專業(yè)的培養(yǎng)目標不同，對信號基礎課程的學習要求也不同，但工程應用能力的培養(yǎng)受到普遍重視。為此，國內其他院校開展了應用型信號課程教學內容的優(yōu)化整合和信號處理課程群建設等方面的探索，長沙理工大學也進行了類似的教學改革，包括在網(wǎng)絡教學平臺設置面向應用的課程學習導航。
學習導航的建立是按照課程大綱的要求，以知識點為主線設計目錄樹，通過鏈接方式關聯(lián)到資源庫中的具體知識點，這些知識點包括信號基礎課程本身的內容，也包括先修和后續(xù)相關課程中的內容。例如，對自動化專業(yè)的“信號與系統(tǒng)”教學，省略離散系統(tǒng)Z變換的內容，在學習導航中將對應內容鏈接到“自動控制理論”的相關知識點，這樣能使學生更清晰地了解信號基礎課程在自己專業(yè)體系中的作用。又如，案例教學是開展應用型教學常采用的方式，對于網(wǎng)絡平臺中信號處理的應用案例，電氣工程專業(yè)關聯(lián)到電力系統(tǒng)中的諧波分析、長電力傳輸線的故障檢測等，而電子信息專業(yè)則關聯(lián)到音頻、視頻信號濾波處理等案例。這種分專業(yè)的學習導航使課程教學目的更具針對性。
3）適度開展研究型教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和能力。研究性課堂教學是基于強調學科原理形成過程和師生互動為主要特征的教學方式，要求從創(chuàng)設問題情境出發(fā)，引導學生自主探究和體驗知識的發(fā)生過程，還原原來的科學思維活動。
在探索信號基礎課程研究型教學過程中，根據(jù)制定的大學生科研訓練實施計劃，設立科研興趣小組，鼓勵成員撰寫信息處理方面的小論文、專題報告和各類專利。例如，為配合系統(tǒng)函數(shù)與系統(tǒng)特性的教學，在網(wǎng)絡教學平臺中布置“實際物理系統(tǒng)的特性分析”的研究型專題訓練內容，即給出某實際系統(tǒng)（高通或低通濾波器）的電路圖，要求學生以小組為單位自行查閱資料，從理論分析入手，編寫仿真程序進行系統(tǒng)頻率特性分析、系統(tǒng)類型判別，并總結問題探究過程中的科學知識，寫出研討報告�？蒲杏柧氈荚谂囵B(yǎng)本科生創(chuàng)新思維能力。使學生感受科研的樂趣，激發(fā)學生的學習成就感，實現(xiàn)教學和研究的統(tǒng)一。
2.2 教學實施中的問題及對策
1）信號基礎課程知識點的表達離不開圖形和數(shù)學公式，但在網(wǎng)絡教學平臺中圖形和公式的錄入比較困難，給學生網(wǎng)上提問、師生在線實時交流帶來不便。解決的辦法是不斷完善課程常見問題集，將具有普遍性的新問題陸續(xù)添加到常見問題集中，引導學生使用自動答疑功能，鼓勵學生利用手機拍照功能，將問題直接以圖片形式上傳到網(wǎng)絡平臺。
2）教學硬件條件及學生的經(jīng)濟條件限制了部分學生不能隨時隨地進入教學平臺，致使錯過與大家一起交流解決問題的時機；教師不能及時登陸平臺解答學生提問，影響了學生在線學習的積極性。解決的辦法是盡量將課程教學資源以網(wǎng)頁形式而不是以文件下載的方式呈現(xiàn)，方便學生用手機登陸閱讀、發(fā)帖等，教師應養(yǎng)成定期登陸教學平臺的習慣。同時制定獎勵機制，將上網(wǎng)提問、在線練習、參與討論等記錄在平時成績中，對表現(xiàn)突出者在課堂上給予表揚，以此提高學生的主動參與性。
3）學生反映在網(wǎng)絡平臺提交作業(yè)、討論交流相比傳統(tǒng)的紙質作業(yè)、師生面對面答疑更耗時間；由于作業(yè)、測試都是電子文檔形式，復制抄襲、網(wǎng)上尋求答案變得容易，導致教師對學生的平時評價及考核較難。因為長沙理工大學己要求所有課程建立課程資源庫，學生在網(wǎng)絡課程學習之初多花點時間了解網(wǎng)絡平臺的系統(tǒng)環(huán)境，熟悉利用各種圖形、公式編輯軟件，將能為其他課程的學習節(jié)約很多時間。針對學生作業(yè)和測試抄襲問題，引入競爭激勵機制，比如對作業(yè)可按提交時間先后階梯式遞減評分，測試采用從題庫隨機抽題、限定每題答題時間、客觀題自動判卷的方式，能有效避免作業(yè)復制，從而更準確評價學生學習情況。
2.3 新模式的教學效果
經(jīng)統(tǒng)計，在“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”網(wǎng)絡教學課程建設的近一年時間，兩門課程的生均點擊量為8次左右，進入本課程瀏覽時間生均約為2.1小時。網(wǎng)上輔導答疑和交流互動通過課程討論區(qū)的話題、教學郵箱以及常見問題集等形式進行，其中課程討論區(qū)的主題42個，參與回復100多人次，利用教學郵箱進行答疑20余次，學生瀏覽常見問題次數(shù)生均1次以上。通過網(wǎng)上師生、生生之間的答疑交流，學生的問題獲得及時解答并促進了同學間的相互學習。
為更好地了解學生對教學新模式的適應情況，筆者在網(wǎng)絡教學平臺開展了問卷調查，從學生的反饋信息看，絕大部分學生喜歡這種借助專業(yè)網(wǎng)絡教學平臺輔助信號基礎課程教學的形式，認同在線演示程序、課程學習導航的使用對課程學習很有幫助，認為研究型專題訓練雖有一定難度，但能培養(yǎng)自身分析、解決問題的能力。
3 結束語
長沙理工大學電氣與信息工程學院自2003年合校成立以來，一直積極進行信號基礎課程的探索和改革，先后多次修改教學大綱，加強課程信息化建設。目前，“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”已被立項為校級精品課程，主編的《信號與系統(tǒng)》教材被評為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材、高等學校電氣信息類規(guī)劃教材。作為專業(yè)任課教師，要充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術輔助、服務課程教學，創(chuàng)新教學模式，進一步提升課程教學質量。
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