基于课前任务单引导的信号类课程教学模式初探

刘庆华+晋良念

摘要：从传统信号类课程教学存在的问题出发，阐述了基于课前任务单引导的课堂讨论与演示结合的翻转教学模式实施过程和过程形成评价方法，达到了充分发挥学生的认知主体作用，实现良性师生互动的教学效果。

关键词：课前任务单；课堂讨论；过程形成评价

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）01-0256-02

信号类课程如《信号与系统分析》、《数字信号处理》、《语音信号处理》、《图像处理技术》课程要求深厚的数学知识多，特别是《语音信号处理》中还涉及到研究生阶段的数学知识如“马尔科夫模型”、“加窗傅立叶变换”、“线性预测”等，造成课程公式多、算法推导多；另一方面，由于课时减少、大班教学等因素，形成了学生对这类课程的普遍反映是“难”且“繁”。教师为了完成教学任务，普遍采用“满堂灌”的传统的教学模式。这种传统的教学模式是以教师为中心，其优点是有利于教师主导作用的发挥，进行课堂教学的组织、管理与控制；缺点是忽略学生的主动性、创造性，而学生的认知主体作用很难体现出来，因此，课堂上师生间缺少交流与互动，导致学生学习兴趣下降[1-3]。

在清华大学教育研究院史静寰教授的中国大学生学习与发展追踪研究（CCSS，Chinese College Student Survey）项目中指出，生师互动（SFI）是用于诊断教育过程和学生学习的五大指标之一。传统的教学方式造成师生互动少，多种因素造成教师不可能关注到所有学生，这种现象在理工类专业均较为普遍。为此，为了充分发挥学生的主动性，保证学生可以按照设定的过程完成教学任务，本文探讨利用讲课视频、PPT、教材等资料，实现课堂翻转的信号类课程教学模式，让学生主动参与学习课程中。要实现课堂翻转，首先需要课前任务单。授课教师要分析学生需要、教学内容、实际教学环境的基础上，提出恰当的课前任务单[4]，引导学生通过自学，联系前后知识完成任务，达到对知识有了一定的了解和初步掌握，从而在课堂上能迅速跟上授课进程和节奏。在此基础上，教师在课堂上就部分问题组织讨论，培养学生探究式学习能力，实现能提问、能质疑教师的观点、能与同学合作进行学习，达到良性生师互动、生生互动的效果。教师的授课模式也从传授式改为引导式，避免了机械重复。再者，课程考核方式由以期末考试为主的终结性考核方式变成过程形成考核，全面评估学生综合能力。

下面笔者以《数字信号处理》课程为例，说明基于课前任务单引导的信号类课程教学模式改革。

一、课前任务单

授课教师根据教学目的，结合教学大纲、授课计划、学生实际情况，设计课前任务单。课前任务单的内容和形式丰富，可以是选择题、填空题、分析题、思考题（供后面讨论）或者编程题目，学生通过学习视频、PPT、教材等资料完成任务。

由于笔者在该课程中采用的是外文教材[5]，学生在这之前没有接触过外文教材，为此在第一次课程中，为了引导学生能快速适应外文教材学习，布置的任务包括：（1）常用专业英语单词学习（翻译为中文），以供后面课程内容学习。（2）结合在《信号与系统分析》课程中所学内容，阅读英文教材有关滤波器内容描述，完成思考题：一个信号包含三个频率成分50Hz、110Hz和150Hz，若将其通过一个滤波器，输出信号中只包含频率为110Hz的信号成分，请问此滤波器的类型及截止频率的范围？再者，在离散时间傅立叶变换DTFT的性质讲解之前，布置课前任务，结合Z变换的性质，证明DTFT的性质，包括卷积定理、调制定理等。通过这些练习，让学生逐渐适应外文教材学习，并且明白前后知识的联系，意识到了新变换的学习并非难事。

课前任务单完成时间尽量控制在20-30分钟以内。时间过短，课程信息量少，不足以支撑。过长，学生因内容太多，容易疲倦，最后甚至放弃。课前任务单要难度适中，让大多数学生通过学习能够完成内容，逐渐培养学习上的自信和成就感，同时，还需设置拓展题，留下思考的空间。另外为了有效传递课程任务单，教师还需要建立QQ群、微信群等，进行提前发布，留给学生足够的时间完成课前任务单。

通过课前任务单的练习，学生对后续课堂内容和任务有了一定的了解和准备。授课教师通过课堂的检查和互动情况，也可从中了解学生存在的问题，更有针对性地设计教学内容、方法和组织形式，满足学生的知识需求。

二、课堂讨论和演示

通过课前任务单的准备，学生对所需讨论的问题有了自己的看法，参与课堂讨论的热情和积极性就高，再加之教师正确引导，就能有效开展讨论，避免冷场或讨论程度不深入等现象。如在讲解完线性卷积与圆周卷积关系的知识点后，在课前任务单中要求学生结合实例总结求解离散时间信号卷积的方法。在随后的课堂上，学生分成小组开展了激励的讨论，并由每个小组选派代表发言。他们分别给出了时域（定义公式法、数乘法、作图法、矩阵法等）、Z域（卷积定理）、频域（离散时间傅立叶变换DTFT卷积定理、离散傅立叶变换DFT卷积定理、重叠相加法、重叠保留法等）中的求解方法，同时还阐述了每种方法的优缺点以及适用局限性。并有小组指出考虑到实际实时实现，利用快速傅立叶变换，能降低计算量，是行之有效的方法。通过这些讨论，将前后知识进行了有效联系和结合，实现新的知识灵活应用，避免了知识的碎片化和孤立化。另外，《数字信号处理》的课程中有大量的基于MATLAB的程序设计，利用课堂时间，让学生阐述编程思想和演示实验结果，从而引导学生掌握好基本概念和基本理论。

在讨论中，教师担任主持、引导者和点评员角色，学生分工合作。通过具体案例，引导学生设置疑问，引发思考，参与讨论，最终得出结论，形成自主学习。

三、过程形成考核方式

传统的课程考核方式主要以期末终结性考试为主，对学生平时的课堂参与度、主动学习程度、综合素质等考核无法评价。而往往一次的期末考试不能有效诊断学习效果、改进学习方法，不能反映学生学习能力。

为此将以期末终结性考试为主的考核方法改变为过程形成考核，包括课前任务单完成情况、参与讨论情况、程序演示情况、学生互评成绩、平时阶段性小测验成绩、作业完成情况、期末考试成绩，其中前六项所占比例为70%，最后一项所占比例为30%。

四、结论

笔者在《数字信号处理》课程中实施了2个学期的基于课前任务单引导的课堂翻转教学模式探索，学生的主动性、课堂参与度大大提高，收到良好的教学效果。通过测试，期末卷面通过率、平均分、各分数段比例远高于非课程任务单班级的各项指标。目前笔者所在课程组正在《信号与系统分析》、《语音信号处理》、《图像处理技术》课程中推行。

参考文献：

[1]韩萍，倪育德，等.信号类课程群建设与实践[J].电气电子教学学报，2009，31（1）：10-11.

[2]晏燕，王惠琴.高校信息类课程翻转课堂教学模式研究[J].兰州文理学院学报，2016，30（1）：111-116.

[3]刘庆华，欧阳宁.面向卓越计划的信号处理课程群的教学研究与实践[J].中国电力教育，2012，（31）：48-49.

[4]柳桂媛.翻转课堂课前任务单设计研究[J].内蒙古财经大学学报，2016，14（3）：109-112.

[5]Sanjit K.Mitra.数字信号处理：基于计算机的方法（第四版）[M].阔永红，编译.北京：电子工业出版社，2011.

Practical Exploration on Teaching Reform of Signals Courses Based on Pre-class Task List

LIU Qing-hua，JIN Liang-nian

（Guilin University of Electronic Technology，School of Information and Communication，Guilin，Guangxi 541004，China）

Abstract：According to the problems existing in the traditional teaching of signal courses，this paper described the implementation of the flipped teaching mode and process formation evaluation method based on the combination of classroom discussion and demonstration guided by pre-class task list. Experimental results show that it was helpful to exert students' cognitive function and realize the positive interaction between students and teachers.

Key words：pre-class task list；class discussion；process formation evaluation