王艷芬，張曉光，張 林，王 剛，孫彥景

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

以2018 年新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議召開為標(biāo)志，全國(guó)吹響了一流本科教育改革的號(hào)角。教育部密集出臺(tái)了《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育 全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》等系列文件，對(duì)金課“兩性一度”的內(nèi)涵做了進(jìn)一步明確，“兩性一度”最終要體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)模式的改革。近年來(lái)大規(guī)模在線開放課程和學(xué)習(xí)平臺(tái)的興起，拓展了教學(xué)時(shí)空，擴(kuò)大了優(yōu)質(zhì)教育資源受益面，與此同時(shí)混合式教學(xué)受到普遍關(guān)注[1-5]?；旌鲜浇虒W(xué)是網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)（線上）和實(shí)體課堂教學(xué)（線下）相結(jié)合的一種教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂是混合式教學(xué)的一種高級(jí)形態(tài)，是線上線下混合式教學(xué)的有效策略和方式。所謂“翻轉(zhuǎn)”，就是指教學(xué)主動(dòng)權(quán)從教師到學(xué)生的轉(zhuǎn)移，突出強(qiáng)調(diào)了“學(xué)”優(yōu)先于“教”[6-7]。這是由以教師“教”為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生“學(xué)”為中心的新范式變革，已經(jīng)成為目前教師開展教學(xué)探索的一個(gè)方向[8-10]。

但是混合式教學(xué)改革沒有統(tǒng)一的模式，如何有效開展混合式教學(xué)方法改革，不能千篇一律，也不會(huì)一蹴而就。本文以“數(shù)字信號(hào)處理”課程為例，探討在線上線下漸進(jìn)混合式教學(xué)模式改革及教學(xué)體系設(shè)計(jì)方面的具體做法。我?！皵?shù)字信號(hào)處理”課程2010 年被評(píng)為江蘇省精品課程，之后持續(xù)進(jìn)行了線上慕課資源建設(shè)和線下教材資源建設(shè)。所建設(shè)的慕課資源在中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)上開課4 期，并獲江蘇省在線開放課程立項(xiàng)，自編的課程教材獲評(píng)江蘇省高等學(xué)校重點(diǎn)教材[11]。

1 漸進(jìn)混合式教學(xué)改革的教學(xué)體系設(shè)計(jì)

“數(shù)字信號(hào)處理”是一門理論性很強(qiáng)且與實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)合緊密的課程。課程教學(xué)以“學(xué)以致用”為基本原則，在強(qiáng)化基本知識(shí)的同時(shí)，要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念和基本理論，學(xué)會(huì)如何應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理的方法和模型來(lái)解決工程技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和創(chuàng)新的科學(xué)思維。

為實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)，總體教學(xué)設(shè)計(jì)思路是：圍繞立德樹人根本任務(wù)，以教學(xué)資源建設(shè)為助力，開展線上線下混合式教學(xué)方法改革，探索以學(xué)生“學(xué)”為中心的教學(xué)模式新范式，努力提高學(xué)生的綜合能力。

從小班分組、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)以及基于“慕課堂”和思維導(dǎo)圖的師生互動(dòng)教學(xué)模式改革入手，搭建“立體化”課堂，不斷改進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建促進(jìn)“理論Theory +實(shí)踐Practice +協(xié)作Cooperation”的TGC 三能力提高的漸進(jìn)混合式教學(xué)體系，如圖1 所示，使學(xué)生的理論分析能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都能得到較大提升。

圖1 “理論+實(shí)踐+協(xié)作”三能力提高的漸進(jìn)混合式教學(xué)體系

為充分利用中國(guó)大學(xué)MOOC 在線開放課程教學(xué)資源，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生TGC 綜合能力的提高，將“數(shù)字信號(hào)處理”課程內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)模塊、頻譜分析模塊、數(shù)字濾波器模塊，每個(gè)模塊設(shè)置一個(gè)專題研討任務(wù)，最后再結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)K開展綜合性較強(qiáng)的研討課題。按照課程授課時(shí)間順序，循序漸進(jìn)地減少課內(nèi)線下教師授課時(shí)間，增加學(xué)生課外線上自主學(xué)習(xí)時(shí)間及線下教師與學(xué)生面對(duì)面交流互動(dòng)和研討學(xué)習(xí)時(shí)間，形成漸進(jìn)混合式教學(xué)模式。其中，合理進(jìn)行線下線上教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目專題研討任務(wù)及多維度考核評(píng)價(jià)體系的設(shè)計(jì)非常重要。

混合式教學(xué)融合了建構(gòu)主義教育理論的思想。按照建構(gòu)主義教育理論，學(xué)生是信息加工的主體，是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的主動(dòng)建構(gòu)者，教師是意義建構(gòu)的幫助者、引導(dǎo)者與促進(jìn)者。該理論主要的教學(xué)模式為拋錨式教學(xué)模式，也稱為情境式教學(xué)模式，主要目的是使學(xué)生在一個(gè)完整、真實(shí)的問(wèn)題背景中，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需求，通過(guò)學(xué)生間的互動(dòng)交流即合作學(xué)習(xí)，自行學(xué)習(xí)體會(huì)并達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)[12]。其中，協(xié)作能力的培養(yǎng)非常重要，所組織的課堂和課外活動(dòng)基本都是以學(xué)生小組為單位開展的。

2 漸進(jìn)混合式教學(xué)模式改革與實(shí)踐

2.1 線下和線上教學(xué)資源

教學(xué)資源是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要支撐，是進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)的重要基礎(chǔ)。本課程混合式教學(xué)利用的線下資源采用自編教材《數(shù)字信號(hào)處理原理及實(shí)現(xiàn)（第3 版）》[11]，配套有學(xué)習(xí)指導(dǎo)書[13]和電子教案等。教材內(nèi)容除緒論外包括4 個(gè)模塊（3 個(gè)課程內(nèi)容模塊和1 個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K），如圖2 所示。

圖2 自編教材知識(shí)模塊

與此同時(shí)，注重將課程知識(shí)與信息技術(shù)深度融合，將經(jīng)典理論與軟件仿真有機(jī)結(jié)合，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，將MATLAB 仿真貫穿始終。本課程線上教學(xué)資源是自建的在線開放課程（中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)），按照自編教材內(nèi)容編排，提供8 個(gè)單元、時(shí)長(zhǎng)969 min 的75 個(gè)視頻段，以及單元測(cè)試、單元作業(yè)、知識(shí)點(diǎn)小結(jié)、討論題、隨堂測(cè)試、單元知識(shí)圖譜等豐富內(nèi)容。每個(gè)單元都有MATLAB 實(shí)例講解，體現(xiàn)了對(duì)算法實(shí)現(xiàn)的重視。

2.2 基于問(wèn)題的四步翻轉(zhuǎn)式教學(xué)

由課程內(nèi)容凝練出若干個(gè)問(wèn)題，基于小班分組開展教學(xué)活動(dòng)。教師負(fù)責(zé)對(duì)各小組分配學(xué)習(xí)任務(wù)（給出討論問(wèn)題），控制教學(xué)進(jìn)程。所采用的四步翻轉(zhuǎn)式教學(xué)如圖3所示，包括課題準(zhǔn)備、學(xué)生自主協(xié)作學(xué)習(xí)、學(xué)生學(xué)習(xí)成果展示和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。以“DFT 的對(duì)稱特性及其應(yīng)用”為例，教師首先結(jié)合課程內(nèi)容的第2 模塊即自編教材的第3、4 兩章的有關(guān)內(nèi)容準(zhǔn)備了6 個(gè)問(wèn)題，提前一周通過(guò)“慕課堂”推送，并組織課堂討論。在討論時(shí)可能會(huì)遇到兩種情況，一是一組學(xué)生代表上臺(tái)講解本組觀 點(diǎn)后，其他小組沒有回應(yīng)，出現(xiàn)冷場(chǎng)；二是幾個(gè)小組的學(xué)生對(duì)某問(wèn)題展開激烈爭(zhēng)論，出現(xiàn)較為活躍的場(chǎng)面。要很好地面對(duì)這兩種情況，教師需要提前對(duì)所討論的問(wèn)題做好充分的準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)。對(duì)于“靜”場(chǎng)面，教師應(yīng)引導(dǎo)討論或提出引申的問(wèn)題深化討論；對(duì)于“動(dòng)”場(chǎng)面，雖然教師一般會(huì)十分樂(lè)見，但應(yīng)注意把控討論的方向和時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行歸納性總結(jié)和評(píng)價(jià)。比較來(lái)看，適度的“動(dòng)”有助于提升學(xué)生在課堂上的思維活躍度，有助于提高課程的教學(xué)質(zhì)量[14]。

圖3 四步翻轉(zhuǎn)式教學(xué)

2.3 基于項(xiàng)目的探究研討性實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)

精心設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目，再將實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)為課前項(xiàng)目準(zhǔn)備、課中項(xiàng)目教學(xué)、課后項(xiàng)目拓展三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，使線上學(xué)習(xí)與線下活動(dòng)相融合。整個(gè)過(guò)程以學(xué)生為主、教師為輔，使學(xué)生適應(yīng)翻轉(zhuǎn)課堂的節(jié)奏，增加學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的參與、體驗(yàn)及分享，通過(guò)使課堂內(nèi)容與項(xiàng)目實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索潛質(zhì)。例如將原8 學(xué)時(shí)的3 個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行重新安排，其中的部分內(nèi)容由學(xué)生在課前通過(guò)線上自主學(xué)習(xí)完成?？傮w上，教學(xué)以小組為單位，圍繞某綜合性的探究課題，通過(guò)課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)大班授課和小班研討，共分四個(gè)階段（每階段2 學(xué)時(shí)、相隔一周），如表1 所示。其中的探究課題（共8 個(gè)供學(xué)生選擇，也鼓勵(lì)學(xué)生自選課題）是教師結(jié)合科研或教研成果精心設(shè)計(jì)的，實(shí)用性和綜合性較強(qiáng)，均涉及頻譜分析和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)等課程核心內(nèi)容。

階段一（基礎(chǔ)課題研討）。課前教師利用“慕課堂”推送必做的基礎(chǔ)研討課題和可“多選一”的探究項(xiàng)目課題，要求學(xué)生通過(guò)線上資源復(fù)習(xí)準(zhǔn)備頻譜分析等相關(guān)知識(shí)。課中各小組在討論和合作學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，進(jìn)行基礎(chǔ)課題匯報(bào)，同時(shí)確定探究課題選題。課后各小組與教師團(tuán)隊(duì)及其研究生幫扶結(jié)對(duì)，為所選定的探究性課題做好準(zhǔn)備。

表1 基于項(xiàng)目的探究研討性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

階段二和階段三（過(guò)程訓(xùn)練）。課前學(xué)生通過(guò)線上資源復(fù)習(xí)準(zhǔn)備數(shù)字濾波器相關(guān)知識(shí)，各小組合作編寫濾波器實(shí)驗(yàn)部分程序。課中圍繞探究課題過(guò)程訓(xùn)練，以小組為單位進(jìn)行自由討論，教師負(fù)責(zé)答疑解惑。課后各小組在教師團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)下，進(jìn)一步完善和提升所選定的探究性課題。

階段四（探究課題成果匯報(bào)）。課前要求各小組完成基礎(chǔ)課題研討報(bào)告，并全面梳理探究項(xiàng)目課題，制作匯報(bào)PPT。課中各小組匯報(bào)答辯，采用“教師提問(wèn)打分+小組互評(píng)打分”的師生共同評(píng)價(jià)方式。課后各小組根據(jù)彼此研究成果的分享，反思彌補(bǔ)自己實(shí)踐和專業(yè)知識(shí)的不足，整理報(bào)告，總結(jié)收獲，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移與運(yùn)用。

在進(jìn)行討論時(shí)，學(xué)生一般能按要求仿真出波形，但對(duì)問(wèn)題的分析往往不夠深入或存在疑惑，此時(shí)教師應(yīng)由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入分析。例如，在階段一的基礎(chǔ)課題研討中，針對(duì)周期信號(hào)的DFT 頻譜分析中經(jīng)常遇到的問(wèn)題（如柵欄效應(yīng)、頻譜泄露等），教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生理解問(wèn)題產(chǎn)生的現(xiàn)象和原因，并引導(dǎo)他們提出解決辦法（見表2）。

表2 對(duì)頻譜分析相關(guān)問(wèn)題的分析與引申例子

2.4 基于“慕課堂”、思維導(dǎo)圖的師生互動(dòng)教學(xué)

在教學(xué)中，采用“慕課堂”、雨課堂、超星學(xué)習(xí)通等智慧工具可以提升課堂的教學(xué)體驗(yàn)，使師生之間互動(dòng)增加、教學(xué)氛圍更為輕松[15-16]。本課程通過(guò)“慕課堂”和中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)，進(jìn)行課前、課中、課后的全景教學(xué)設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌規(guī)劃線上課程和線下課堂兩部分教學(xué)，通過(guò)簽到、點(diǎn)名、練習(xí)、公告等功能支持多種課堂互動(dòng)場(chǎng)景，如圖4 所示?！澳秸n堂”還可以與思維導(dǎo)圖的運(yùn)用相結(jié)合，進(jìn)一步提高師生的互動(dòng)效果。在正式講課前，用思維導(dǎo)圖回顧上節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，用“慕 課堂”小練習(xí)檢查上節(jié)課知識(shí)點(diǎn)掌握情況；講課后，用思維導(dǎo)圖總結(jié)本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，要求學(xué)生在每個(gè)知識(shí)模塊學(xué)習(xí)結(jié)束之后，按照自己的理解來(lái)繪制自己的思維導(dǎo)圖。

圖4 基于“慕課堂”的教學(xué)活動(dòng)

2.5 多維度考核評(píng)價(jià)方式

課程采用多維度考核評(píng)價(jià)方式，從“智識(shí)（理論基礎(chǔ)、科學(xué)邏輯思維）”“能力（理論聯(lián)系實(shí)際、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力）”“行為（翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論、探究答辯等表現(xiàn)）”等多個(gè)維度進(jìn)行綜合考核評(píng)價(jià)，完善對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)測(cè)、評(píng)估與反饋。

總成績(jī)包括理論考試60%、探究研討實(shí)驗(yàn)15%、線上15%、線下10%四部分，如圖5 所示。其中，線上平時(shí)（15%）包括單元作業(yè)、單元測(cè)試等，側(cè)重對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)點(diǎn)掌握情況的考查；線下平時(shí)（10%）包括“慕課堂”測(cè)驗(yàn)、翻轉(zhuǎn)討論和思維導(dǎo)圖，側(cè)重對(duì)知識(shí)掌握、協(xié)作能力及總結(jié)能力情況的考查；探究研討性實(shí)驗(yàn)（15%）包括基礎(chǔ)課題研討和項(xiàng)目探究等，側(cè)重對(duì)理論聯(lián)系實(shí)際能力、探究能力等綜合素質(zhì)的考查；理論筆試成績(jī)（60%）側(cè)重對(duì)基本概念、基本計(jì)算和基本原理掌握情況的考查。

圖5 多維度考核評(píng)價(jià)方式

3 改革成效

經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)改革，通過(guò)線上線下混合式教學(xué)，學(xué)生的平均成績(jī)有較大提高，特別是學(xué)生的自信心和專業(yè)責(zé)任感明顯增強(qiáng)。此外，課程團(tuán)隊(duì)也取得了豐碩成果。近五年來(lái)，承擔(dān)省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目3 項(xiàng)、校級(jí)研究項(xiàng)目7 項(xiàng)（含課程思政項(xiàng)目1 項(xiàng)），發(fā)表教學(xué)論文17 篇（其中核心期刊14 篇），出版教材6 部，教學(xué)獲獎(jiǎng)22 項(xiàng)（其中省級(jí)/協(xié)會(huì)及以上7 項(xiàng)）。所獲獎(jiǎng)項(xiàng)包括江蘇省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，煤炭行業(yè)教學(xué)成果獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各1 項(xiàng)，自編主教材為江蘇省高等學(xué)校重點(diǎn)教材并獲校教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。自建慕課資源獲江蘇省“十三五”在線開放課程立項(xiàng)，所在團(tuán)隊(duì)為校優(yōu) 秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)教師獲江蘇省高校微課比賽二等獎(jiǎng)、校青年教師比賽特等獎(jiǎng)等。最近，團(tuán)隊(duì)兩位年青教師在教學(xué)中分別帶領(lǐng)學(xué)生開展的兩個(gè)探究研討項(xiàng)目的參賽作品，雙雙獲得第七屆全國(guó)電工電子基礎(chǔ)課程組（華東賽區(qū)）實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文探討的通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)只是課堂教學(xué)的一種形態(tài)。實(shí)際上，混合式教學(xué)是沒有統(tǒng)一模式的，否則就無(wú)法實(shí)現(xiàn)“因材施教”。但混合式教學(xué)有統(tǒng)一的追求，那就是要充分發(fā)揮線上和線下兩種教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)，改變學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高、課堂參與度不高、綜合能力不強(qiáng)等問(wèn)題。今后，我們將繼續(xù)推進(jìn)教學(xué)方法改革，按照“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)進(jìn)行課程建設(shè)，打造“一流課程”，培養(yǎng)“一流人才”。