尹林子　孫克輝　陽軍亮　丁家峰　吳建好

摘? ?要：線上金課是高等教育的發(fā)展趨勢之一。文章針對學生注意力很難全程集中、學生和教師互動較少等問題，結合金課標準以及注意力曲線理論，提出一套科學、易操作的線上金課教學方案以及在線教學模式，并基于信號與系統(tǒng)國家一流課程開展教學實踐。結果表明，該方法在全過程培養(yǎng)質量以及交流互動等方面具有較好的優(yōu)勢，教學效果良好。

關鍵詞：金課;線上教學;信號與系統(tǒng);注意力曲線

中圖分類號：G642.3? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2022）02-0123-06

一、研究背景

隨著金課標準的逐步推廣，基于信息化手段的線上金課教學越來越受到高校的重視。線上金課不僅能夠兼顧傳統(tǒng)課堂的交互性以及MOOC的信息化優(yōu)勢，而且具有嚴格的教學課表，教師與學生之間存在固定的歸屬關聯(lián)，能夠開展針對性的教學活動。這些優(yōu)勢使線上金課成為未來教育的發(fā)展趨勢之一。

與此同時，由于疫情的影響，中國高校在2020年開展了大規(guī)模的線上教學活動，極大地推動了線上教學的發(fā)展，涌現(xiàn)了大量的實踐案例與理論分析成果，如大學物理[1-2]、熱工過程控制系統(tǒng)[3]、高等數(shù)學[4]、電機學[5]等。此外，文獻[6]總結了在線教學的三種主流模式，并分別闡述其實施方法及特色;文獻[7]研究了構建線上教學質量“四位一體”的評價體系和四級聯(lián)動的監(jiān)控體系等。

作為教育改革的前沿課題，線上金課尚處在摸索與實踐階段，一些突出的問題包括學生注意力很難全程集中[1]、學生和教師互動較少導致朋輩效應消解[8]等。為此，本文基于信號與系統(tǒng)國家一流本科課程，結合注意力曲線理論以及金課標準，探索一種科學、可操作性強、學習效果良好的在線金課教學方法，并開展相應的教學活動，為線上金課理論研究與實踐提供參考。

二、線上金課方案設計

（一）建設背景與思路

中南大學物理與電子學院信號與系統(tǒng)課程為國家一流本科課程，它是電子信息類專業(yè)的必修課程以及重要的專業(yè)基礎課，具有較強的理論與應用背景。該課程目的在于通過學習信號與系統(tǒng)的基本分析方法，使學生牢固掌握信號與系統(tǒng)的時域、變換域分析的基本原理和基本方法，理解三大變換的數(shù)學概念、物理概念與工程概念。

為滿足“兩性一度”金課建設要求，在信號與系統(tǒng)教學過程中提出了針對性的改進，包括：①利用專題研究的形式，要求學生基于所學習的理論對實際的工程問題開展仿真分析，促進知識、能力、素質的有機融合。②將知識點與科技前沿技術關聯(lián)，引導學生聚焦國際國內(nèi)前沿。③在學生課前視頻自學的基礎上，重點突出知識梳理以及理論與實踐的融合分析，提升學習挑戰(zhàn)度。

此外，針對線上教學特征，基于注意力曲線理論，設置了科學的教學模式，確保學生的注意力和教學內(nèi)容契合;靈活運用信息化手段，實現(xiàn)同步與異步的有機融合;針對性強化師生、生生交互，通過榜樣以及重復性刺激的方式重構線上朋輩效應;構建以學生為中心的循環(huán)學習與監(jiān)督體系，實現(xiàn)全過程考核與培養(yǎng)。

（二）在線教學方案設計

在線教學方案（見圖1）包括三個部分：①基于可視化平臺TronClass的異步學習模塊（實線框）。TronClass是一個類似于MOOC的平臺，用于發(fā)布教學資源、測試、作業(yè)、答案與成績、調(diào)查問卷等，主要用于學生課后自學以及師生非實時交互。②基于騰訊課堂的同步教學模塊（虛線框）。用于課堂時間的實時在線教學、知識與習題講解、學生專題講解、學生專題打分等。③基于QQ軟件的交流模塊。用于發(fā)布各類信息、與學生一對一交流、討論問題等。

該方案的特征包括：①以學生為主體的循環(huán)學習體系。包括一個常規(guī)的課程學習循環(huán)以及一個高階性的專題研究循環(huán)，其特征為教師與學生交替，且以學生為主。例如，專題研究循環(huán)包括學生課前準備、教師審題、課堂專題演示、教師點評、學生打分以及教師發(fā)布成績等。②信息化手段合理搭配。TronClass平臺為類似于MOOC的教學平臺，適合異步交互，具有強大的統(tǒng)計功能，能有效降低教師的工作負擔;而騰訊課堂則適合于同步在線教學，搭配手寫板后，可以方便地實現(xiàn)公式推導、習題講解以及學生在線作品演示等。同步和異步的信息化手段搭配，可以實現(xiàn)完整的教學過程，并節(jié)約大量的時間。③快反饋機制。一般在課后12小時內(nèi)給出作業(yè)評閱或者專題研究的分數(shù)，提升學生的學習積極性以及學習效果;同時，利用QQ交流，實時為學生答疑解惑。

（三）方案的特色與優(yōu)勢

1.強化師生交互，重構線上朋輩效應

針對文獻[8]中提出的在線教學師生交互較少、朋輩間的人際互動消解問題，通過課堂實時交流、專題分享、分組學習、QQ交流、問卷調(diào)查等方式，與學生開展多樣化的交互，既保證了整體又照顧了個體，并通過樹立榜樣的方式增加了同學之間的交流。交流的主要方式與特征如表1所示。

上述交互方式中，前兩者占據(jù)課堂教學時長的50%，且為學生提供充足的展示機會以樹立榜樣，培養(yǎng)競爭意識，如圖2所示。

包括：鼓勵開展高階性專題研究，讓學生相互分享成果，并采取由全體學生打分的方式實現(xiàn)全員積極參與;在習題討論環(huán)節(jié)，學生在討論區(qū)回答問題，并讓積極回答的同學（或者點名）講解思路。該策略不僅賦予學生大量積極表現(xiàn)的機會，也有效防止了部分同學精神松懈。此外，專題分享更包含了大量的課后互動，如教師指導學生如何選題、開展研究以及在教師主頁發(fā)布成績等。

總之，本方案解決在線教學師生交互難題的核心在于增加大量的交互環(huán)節(jié)與時長。其特色在于結合具體的習題或者專題，樹立學習榜樣，通過短時重復性強化刺激，提升競爭意識，激發(fā)學生參與的積極性，構建活躍的教學氛圍。

2.強化監(jiān)督，實現(xiàn)全過程考核

主要體現(xiàn)在如下三個方面：①制訂了嚴格的學習計劃。基于可視化平臺，通過作業(yè)、測試、討論等功能進行每個學習階段、不同學習環(huán)節(jié)的評價與學習進度跟蹤;設置截止時間，要求學生在規(guī)定的時間內(nèi)完成相關學習任務;對未按時完成相關學習任務的同學，通過可視化平臺的催交功能以及一對一談話及時提醒。②進行公正的實時在線考核。基于騰訊課堂，通過討論區(qū)習題解答以及答題卡的統(tǒng)計情況等分析學習效果，并由教師給出課堂表現(xiàn)分;學生參加高階性專題并向同學展示成果，然后由全體學生打分求平均，實現(xiàn)公正的高水平學術性考核。③基于QQ，隨時回答學生的疑問，做好一對一針對性輔導。

3.基于金課標準開展線上教學

要求學生立足所學知識，與前沿的人工智能結合開展實際的語音、圖像信號處理，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維能力。此外，鼓勵學生在專題分享時引入思政內(nèi)容，從行業(yè)、國家、國際等背景思考問題，培養(yǎng)科學精神與愛國主義精神。

三、線上教學模式與實踐

（一）教學資源建設

在信號與系統(tǒng)線上教學實踐過程中，完成了如下的資源建設。

視頻資源。（見表2）包括：①用于參考的國外經(jīng)典教學視頻。②用于課前預習的主講教師錄播視頻，該視頻以知識點為核心，適合于MOOC教學與學生自學。③上課視頻與習題課視頻，由騰訊課堂生成實時回放用于學生復習。其中，因為需要嚴格按照教學大綱開展教學活動，故在線視頻數(shù)量等同于信號與系統(tǒng)課程的教學時長，為56個。此外，還有4個實驗教學視頻，用于學生實驗。

課件資源。由教師提供，并上傳至可視化平臺。包括課件PPT、習題PPT、奧本海姆版本的電子書、教學日歷、專題研究題目等;其中專題研究既包括學生的自主選題，也含教師提供的參考選題，后者包含6個實踐創(chuàng)新類以及26個理論分析類題目。

測試習題資源。由教師提供，并在可視化平臺生成測試題庫以及具體試卷、討論、作業(yè)等。測試由系統(tǒng)判分，知識點討論以及作業(yè)支持教師批閱或者學生相互批閱。

（二）基于注意力曲線的在線教學模式

在信號與系統(tǒng)課程線上教學開展過程中，需要嚴格按照與線下相同的課表進行教學，分班情況與線下課堂一致，每次授課的總體時長為100分鐘（包含10分鐘休息時間），與MOOC碎片化知識點講授的時長截然不同。

然而，注意力曲線理論表明，學生的注意力往往在10～15分鐘范圍內(nèi)是最有效的。[9]文獻[1]也指出，在 100 分鐘的線上教學過程中，大部分同學很難全程保持注意力。因此，必須要求教學過程中張弛有度，合理劃分，科學地幫助學生控制自己的注意力以提高學習的效率，為此，本文提出了基于注意力曲線的信號與系統(tǒng)在線教學模式，如圖3所示。

該模式的第一階段要求學生在上課之前先觀看教學視頻，包括教師錄制的視頻、奧本海姆英文版視頻，或者學生自選的MOOC視頻。由于教學視頻側重于碎片化的知識點講解，容易導致學生缺乏一個宏觀的認識，因此，需要利用本模式在課堂上進行知識梳理，在更高層次上解釋知識之間的關聯(lián)。由于學生注意力在15分鐘之后會急速下降，且在線教學中教師難以明察學生的學習情緒和體態(tài)語言，更無法像平時課堂教學一樣通過眼神、肢體動作等方式提醒學生加強注意力，因此，知識梳理環(huán)節(jié)的時間應控制在20分鐘以內(nèi)。

第二階段讓學生看重點視頻。通過知識梳理過程，學生對所學知識，尤其是重點內(nèi)容，有了新的認識，此時，通過重點視頻再學習可以強化學習效果。同時，考慮到人的惰性，應該有部分同學沒有在課前認真學習，該階段的重點視頻學習也是一個必要的補救環(huán)節(jié)。從學生負擔以及注意力的角度而言，第一階段和第三階段強度偏大，因此，中間需要一個低強度的環(huán)節(jié)以平衡整個學習過程。

第三階段為習題講解。其流程如圖4所示。

通常，需要準備3～5道題。在教師解釋題目之后，預留3～5分鐘讓學生計算，并將結果在討論區(qū)寫出來;接下來，讓學生舉手講解思路與解題步驟。利用騰訊課堂可以允許最多6人舉手，教師從中選擇一個同學（或者點名，如第一個給出正確答案的學生）講解思路;在學生講完之后，教師點評并給出其它的解題思路，最后開展適當?shù)挠懻?。在整個流程中，學生舉手講解是一個非常重要的環(huán)節(jié)，它給積極活躍的同學提供了一個展示的舞臺，為其他同學樹立了一個良好的榜樣。在教師講解環(huán)節(jié)，可以提供不一樣的、更加簡潔的解題思路與解題技巧，提高學生的學習興趣，并提升學生參與討論的欲望。

整個在線教學過程的學習強度與注意力曲線的對比如圖5所示。

由圖5可知，本文教學模式的強度與注意力曲線具有良好的吻合性，呈“波峰—波谷—低波峰”的起伏發(fā)展規(guī)律，適合在線教學特征。此外，教學內(nèi)容與學習強度緊密契合，在黃金時間進行知識梳理，使學生掌握課程的精華與要旨;在學生精神不濟的青銅時間，通過視頻學習，降低強度，并允許學生開展適當?shù)姆潘苫顒?在注意力次高峰的白銀時間進行習題練習，交流分享，提升學生綜合能力。

（三）實踐效果分析

1.教學實踐統(tǒng)計

來自可視化平臺TronClass的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，本班同學24人，音視頻查看次數(shù)1994次，參考資料查看及下載1236次，在線測試提交173次，討論總帖子數(shù)42個，平臺訪問次數(shù)17967次。

在課堂上，教師對表現(xiàn)積極的學生予以表揚，在28次在線教學活動中，總計表揚135人次，所有學生在分享解題思路、專題研討等環(huán)節(jié)均受到表揚，其中最優(yōu)秀的學生被表揚18次。在專題研討方面，出現(xiàn)了“圖像信號的分析與合成”“LTI系統(tǒng)的頻域分析”等優(yōu)秀專題，深受學生喜愛，專題的平均評價達到了9.3分（總分10分），取得了良好的效果。

2.學生與督導評價

中南大學尤其重視學生對教師教學的評價，分別在中期以及期末組織學生對教學進行評價。學校評價系統(tǒng)的結果如表3所示。

由表3可知，信號與系統(tǒng)教學中上課教師以及該線上教學方法受到了學生的廣泛認可，評價分均遠高于學校平均分，排名進入該學期所有上課教師排名的前20%（該系統(tǒng)能夠顯示的最靠前的排名）。此外，滿意率指標100%，需要改進率指標為0。一些典型的評價包括“老師特別認真，自己錄上課視頻作為網(wǎng)課資源，把所有知識都給我們講了一遍，并且還堅持上了每一堂課，劃重點講習題，上課非常注重互動，經(jīng)常抽問題，所以大部分同學都學得不錯，而且老師很親切，上網(wǎng)課溝通很愉快”“網(wǎng)課比線下上得還好”等。

同行督導也對該在線教學模式以及教學效果給予了肯定，被評為2020年度中南大學春季學期在線教學（課程思政）優(yōu)秀案例。

3.成績分析

信號與系統(tǒng)課程的試卷來源于課題組命卷，因此，成績具有良好的指示性。2020年線上教學成績分布與2019年線下教學成績對比如圖6所示。圖的縱坐標為不同分數(shù)段學生占總人數(shù)的比例。

從圖6中可見，2019年成績具有良好的正態(tài)分布特征，2020年線上教學的改進則主要體現(xiàn)在如下幾點：①90-100分區(qū)間比例提升。主要原因在于線上教學比線下的互動更多，提供了更靈活的學生展現(xiàn)形式，更有利于激發(fā)學生的學習積極性;②無不及格現(xiàn)象。主要原因在于信息化手段可有效提升全過程培養(yǎng)質量。例如，TronClass平臺可以隨時查看學生學習進度，并自動督促、提醒學生完成各項任務，做到所有學生不掉隊。此外，線上教學平均成績79.6分，比2019年高了4.5分;最高分為99分，比2019年高了4分。上述數(shù)據(jù)表明，本文所提的線上教學方法效果良好。

四、結論

結合信息化手段以及金課標準，本文提出了一套有效的線上金課教學方法。該方法靈活配置同步教學以及異步學習系統(tǒng)，易于實現(xiàn)全過程培養(yǎng);結合注意力曲線特征，實現(xiàn)教學內(nèi)容與學習強度的有機融合，能有效提升學習效率;通過習題分享、專題研究等方式，給予學生較大的展現(xiàn)機會，有助于提高學生學習積極性。在信號與系統(tǒng)課程中的教學實踐表明，相比傳統(tǒng)課堂教學，本方法在全過程培養(yǎng)質量以及交流互動等方面具有較好的優(yōu)勢，教學效果良好。

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作者簡介：

尹林子，中南大學物理與電子學院副教授，郵箱：yinlinzi@csu.edu.cn;

孫克輝，中南大學物理與電子學院院長、二級教授;

陽軍亮，中南大學物理與電子學院副院長、教授;

丁家峰，中南大學物理與電子學院副教授;

吳建好，中南大學物理與電子學院講師。

Abstract： Online golden course is one of the development trends of higher education. As students’ attention is difficult to concentrate covering the whole process and the less interaction between students and teachers， this paper proposes a set of scientific and easy-to-operate online golden teaching schemes and online teaching modes based on the golden class standards and the theory of attention curve. Meanwhile， we carry out teaching practice with the national first-class course of signal & systems. The results show that the method has better advantages in the whole process of training quality， communication and interaction， and teaching effect.

Keywords： Golden course; Online teaching; Signal & systems; Attention curve

編輯：王天鵬? ?校對：王曉明