结合雨课堂的“信号与系统”线下教学方法研究与思考

王力谦 解培中

[摘 要]信号与系统课程是理工科院校电子电器类专业重要的专业基础课，然而传统的线下课堂教学模式已难以满足教师教学和学生自我学习的需求。随着信息技术的迅猛发展，雨课堂等新兴教学技术的出现使得高校教师在教学手段上有了更多的选择，也使得学生在学习方式上有了更多的选择。该文研究了结合雨课堂的信号与系统课程教学实践过程，分析并思考了利用雨课堂进行辅助教学方法中的优点与出现的问题。

[关键词]信号与系统;雨课堂;教学方法

[中图分类号] G202[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）44-0-03[收稿日期] 2020-05-08

一、引言

信号与系统课程是理工科院校电子电器类专业重要的专业基础课，也是电子、通信专业研究生入学考试必考的专业课程。这门课较其他电子类专业课而言，其“数学性”更强一些。课程中涉及了微分方程求解、积分计算、复数计算、三角函数公式、以及一些定理、性质的证明。因此，在课堂教学过程中，学生经常反映课程内容上单调枯燥。此外，这门课通常是为大学二年级学生开设学习的，但是，刚进入大二的学生还没有将大一所学到的高等数学理论知识应用到专业课程中解决实际问题的意识，导致学生对专业课程中重要的基本原理不够重视，反而更倾向于数学上的计算与刷题，对于课程内容的脉络框架不清楚，遇到实际问题不会主动思考举一反三。而一些数学基础本就不够扎实的同学，更是对课程中的微分方程和积分望而生畏，从而产生厌学情绪。因此有必要寻求更好的教学手段和方法，启发学生积极主动思考问题，提高自主学习能力，帮助学生掌握课程内容的本质原理。

在现今信息技术迅猛发展的时代条件下，传统的课堂教学模式已经难以满足教师教学和学生自我学习的需求。而移动互联网、大数据分析等应用技术的日益普及，以及慕课、微课、雨课堂等新兴教学技术和教学模式的纷纷涌现，不仅使高校教师在教学手段和教学模式上有了更多的选择，也使得学生在学习方式和获取信息的途径上有了更多的选择[1-3]。

雨课堂是清华大学与学堂在线共同推出的一款免费的新型智慧教学工具，能够方便快捷地应用在教学过程中的每个阶段，并记录下相关的教学信息数据以供教师参考利用。雨课堂的基本功能基于手机微信中的公众号和小程序以及PowerPoint（PPT）中的插件来实现。教师在制作教学PPT时，利用雨课堂插件可以在PPT中插入练习题，也可以插入课程相关的慕课视频和网络视频来制作课外资料，并上传同步至雨课堂手机版中推送给学生，学生只要加入了教师在雨课堂小程序中建立好的课程班级中，就可以收到教师推送的PPT课件、资料和公告消息来进行阅读学习，同时学生也可以将不懂的内容和问题通过雨课堂中提供的留言、弹幕等功能反馈给教师。雨课堂简单易用，在整个教学过程中起到了促进教师与学生的互动的作用，有助于提高课堂效率，因此受到了广大师生的欢迎[4，5]。本文讨论在信号与系统传统线下课堂教学模式中引入雨课堂进行辅助教学的方法，对改善教学效果，激发学生学习思考的积极性很有必要。

二、应用雨课堂进行辅助教学

（一）课前预习环节中的应用

在课前预习环节，目标是通过学生自觉主动地预习，使学生做好学习准备，初步认识了解要学习的内容，适应课程进度节奏，培养学生独立学习和思考问题的能力。在传统教学模式中，教师在这一教学环节很难对学生进行指导，也无法掌握学生的预习效果，常见的做法仅局限于指定参考资料、给定预习内容和重难点这几个方面。学生需要在预习时自行搜索寻找指定的资料来学习，而通常大部分学生的文献搜索能力和抓重点的能力不足，造成学生搜索时偏离重点，预习时目标不明确。另外，学生预习时遇到的难题也无法及时地反馈给教师，长此以往产生学生没有兴趣和动力来预习的问题。

雨课堂可以在课前预习环节提高教师的参与度，帮助学生更有重点有针对性地进行预习。以信号与系统课程中的“信号的描述与分类”这一小节为例，任课教师在制作预习课件时，通过雨课堂插件搜索学堂在线资料库中的信号与系统慕课，并选取信号表征和信号分类等相关的课程视频插入到PPT课件中，也可以插入主流视频网站中相关的课程视频的网址，或者教师自行制作文字图像配以语音讲解。还可以在课件中针对这一节的重点，比如信号周期性的判断和计算，插入较简单的选择题，来检验学生对重难点的预习效果。整个预习过程中，学生在预习课件的引导下进行自主学习。学生预习过后，教师会收到每个学生预习的数据信息，包括观看课件页数、观看时长和预习习题得分情况等，并以此作为课堂授课的参考。

但是在实践教学中我们也发现了一些不便之处，比如预习课件中插入的視频都是网络上现有的其他学校录制好的视频，而每个学校或者每个专业、班级的教学内容进度并不相同，任课教师可能只需要学生观看与其教学内容相关的一部分视频即可，因此任课教师需要在预习课件中对学生观看视频的过程进行语音或文字上的提醒指导。还有，尽管雨课堂默认设定了学生需在每页PPT停留3秒，才算预习了该页，但仍会有部分学生投机取巧，不认真阅读观看预习资料和完成预习习题，3秒过后快速翻页，从而无法达到预期的预习效果。

（二）线下课堂教学环节中的应用

在线下课堂教学环节，目标是通过教师与学生面对面的授课讲解，使学生理解掌握课程内容，提高课堂教学效率，培养学生分析问题解决问题的能力。在传统的教学模式中，教师主要扮演着讲解者的角色对学生进行单向的知识灌输，师生间的互动较少，仅有的互动也大多呈现为教师提问学生回答的形式，久而久之学生便养成了被动接受的习惯，不利于独立思考与探索创新意识的培养。比如信号与系统中的三大变换，即使学生能正确写出信号变换的结果，但却很少有学生主动思考为何要进行变换，变换之间有何共通之处等等本质的原理。

雨课堂可以在线下课堂教学中帮助任课教师更好地开展启发式的教学。以信号与系统课程中的“系统的描述与分类”这一小节为例，任课教师可以将教学课件通过雨课堂发送至学生手机供学生实时查看，例题讲解环节还可将原先判断系统是否为线性系统的例题改为选择题，请学生先根据刚讲过的知识自行判断随堂限时答题，答题时间结束后，学生做出的选择会以柱状图的形式呈现出来，教师可以根据柱状图中显示的正确率统计来及时准确地了解知识的薄弱点，并做进一步的强调和补充，可视化的数据也起到了吸引学生注意力的作用，使学生更容易发现自己出错之处。从而形成以问题驱动、以数据驱动的教学过程。

然而值得注意的是，信号与系统课程中有许多内容涉及数学公式推导求解，比如通过解微分方程求系统响应、给定时域信号求其三大变换等，需要学生动手一步步推导演算，任课教师也可根据学生的演算步骤了解学生对知识点的掌握程度，但在雨课堂手机版中并不方便学生输入公式。另外课程内容中还涉及了信号波形、频谱图、系统模拟图等的绘制，需要学生亲自动手画图才能真正掌握相关内容，雨课堂手机版中也没有这样复杂的画图功能。即使任课教师将解题步骤或绘图要点分解、改编成客观选择题，比如让学生判断哪个选项中的计算结果或者图形是正确的，也难以起到锻炼学生亲自动手计算和画图能力的作用。即使学生通过主观题作答上传拍摄结题过程的图片，可这种方式易受图片拍摄质量影响，且不方便任课教师随堂一一查看。因此如何结合雨课堂的优点，针对需要考察综合应用计算和动手能力的教学内容设计更有效的教学方法，是一个需要进一步研究的问题。

（三）课后复习总结环节中的应用

课后复习总结环节不仅仅是学生对知识的复习，也是任课教师对课堂教学的复盘和总结。这个环节的目标是使学生巩固所学内容，能够对知识点融会贯通举一反三，教师通过学生的反馈总结经验，查漏补缺。在传统的教学模式的复习环节中，学生通过回顾在课堂上记的笔记，和向任课教师索取的课件来进行课后复习，教师的参与度较少且往往处于被动地位。

雨课堂能够方便课件与教学数据保存，帮助教师掌控复习总结环节。雨课堂将课件保留在服务器中，学生可以随时查看下载，方便复习，也避免了课堂上用手机拍照PPT影响课堂听讲的现象。雨课堂还提高了任课教师在复习环节的参与度，与预习环节类似，任课教师可将复习要点总结制作成复习课件推送给学生，还可以制作试卷供学生课后完成在线测试，教师在线批阅完后可获得学生测试成绩数据，学生可获得测试结果。除了课后测试的数据外，任课教师还可批量导出教学活动中产生的所有数据，包括学生到课率、随堂答题得分等进行统计分析，督促课率低的同学按时上课，对随堂答题得分低的同学进行预警和帮助指导。

在实际教学过程中，我们通过对随堂答题得分数据、测试习题数据与学生期末考试成绩对照发现，大部分学生平时随堂答题情况与其期末成绩情况基本一致，但也有出现少数学生随堂答题得分较高但期末成绩不理想，或者随堂答题得分较低但期末成绩较好的特殊现象。下图为我们在教学实践中统计的学生期末考试成绩与雨课堂教学数据的一致性比较，教学数据均转换为百分制，并与期末成绩做比值计算，左边的箱型图为期末成绩与课堂答题成绩的比值，可以看到比值的中位数非常接近1，表示期末成绩与课堂答题成绩总体上一致。而右边箱型图表示的期末成绩与习题评分的比值中位数则与1有一些偏差，反映了期末成绩与习题评分总体上存在不一致，究其原因，任课教师发现也许与学生在课后完成习题时有抄袭等现象有关。因此任课教师在对学生平时分的考量时可较多地参考随堂答题得分，但对特殊情况也要分析其产生的原因，同时引入其他考察标准。

学生期末考试成绩与雨课堂教学数据的一致性比较图

（四）教学过程其他环节中的应用

在学生考勤方面，雨课堂提供了手机扫码或文字验证码签到考勤的功能，提高了学生签到效率，不占用宝贵的课堂时间，也方便任课教师记录和查看出勤情况。但是难免会有学生自己旷课不到教室，通过已出勤的同学获得课堂二维码或验证码的方式进行“远程签到”，造成雨课堂后台记录的签到数据有“水分”。从图1中也可看到，中间的箱型图表示期末成绩与签到次数的比值，此比值中位数与1有较大偏差，反映了期末成绩与签到次数总体上不一致程度较大。所以任课教师在考量学生出勤时，不能完全依赖于雨课堂签到数据。考虑到点名也有助于任课教师熟悉认识学生，促进师生间的交流互动，因此除了雨课堂签到外，传统的点名方式也应适时应用。

在留言互动方面，尽管雨课堂设计了弹幕、留言等学生问题反馈途径，但大部分学生比较含蓄内敛，并不愿意主动将自己的想法和问题展示给教师，因此還需要教师主动发现学生潜在的问题并与学生进一步面对面的引导和沟通。

三、结束语

总体来说，在信号与系统课程传统的教学模式中引入雨课堂进行辅助教学，的确对任课教师的教学工作有着很大的帮助。尤其是其便捷的课件推送、对多方面教学数据的记录统计等等极大地方便了任课教师对教学过程中各个环节的掌控，而随堂实时答题功能也有利于任课教师开展启发式教学，让学生带着问题去学习。然而，在实际的教学过程中我们也发现了传统教学模式与雨课堂结合而产生的一些问题，因此，如何在利用雨课堂辅助教学时更有效地结合课程内容，则需要我们继续在实践中探索总结。

参考文献

[1]曾广录，詹琳.新技术手段影响本科院校课堂教学效果的实证研究[J].江苏高教，2019（9）：66-71.

[2]林坤，李雁翎，黄真金.“互联网+教育”时代大学教师数字化教学资源运用能力研究[J].江苏高教，2017（10）：56-59.

[3]解德渤.“重塑教学”：信息化时代对大学教学的颠覆与重构[J].江苏高教，2018（3）：37-41.

[4]周杰，李文娟，张鹏.基于泛雅平台和雨课堂的信号与系统教学设计探讨[J].教育现代化，2019，6（51）：149-150，154.

[5]方伟伟，李鉴，黄照光，等.基于“雨课堂”的“信号与系统”课程教学改革实践[J].现代计算机，2017（9）：25-28，35.