徐 華，施文娟，周 慧

(鹽城師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224007)

引言

在電子信息工程專業(yè)的課程體系中，信號(hào)處理類課程具有重要的地位[1—2]，包括“信號(hào)與系統(tǒng)”“數(shù)字信號(hào)處理”及“數(shù)字圖像處理”等課程，該類課程的教學(xué)質(zhì)量對(duì)于專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的影響。在新冠肺炎疫情期間，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)不得不轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上授課，以信號(hào)處理類課程為例，對(duì)線上教學(xué)進(jìn)行了有益的嘗試。

信號(hào)處理類課程的線上教學(xué)面臨的主要問(wèn)題有：(1)課程需要利用matlab仿真演示信號(hào)處理相關(guān)算法，如何在線上課堂有效展示？(2)如何開展高效率的有效討論，教師能夠監(jiān)管到每個(gè)討論組嗎？(3)如何督促學(xué)生按時(shí)進(jìn)入線上課堂學(xué)習(xí)，課堂簽到如何進(jìn)行，數(shù)據(jù)如何保留？(4)由于每個(gè)人的攝像頭和麥克風(fēng)都是打開的，導(dǎo)致師生的背景環(huán)境和噪聲會(huì)直接進(jìn)入課堂，破壞課堂正常教學(xué)秩序，線上課堂教學(xué)秩序如何保證？(5)線上課堂的教學(xué)數(shù)據(jù)如何采集，課堂過(guò)程如何記錄？

針對(duì)這些主要問(wèn)題，經(jīng)過(guò)調(diào)研比較，確定了直播與課堂管理工具相結(jié)合的方式。直播平臺(tái)可以選擇中國(guó)教育科研網(wǎng)推薦的zoom視頻會(huì)議或者騰訊會(huì)議。zoom作為疫情期間全球最為熱門的視頻會(huì)議平臺(tái)，其提供了簡(jiǎn)單的使用體驗(yàn)和完備的直播功能，且能夠直接錄制教學(xué)過(guò)程；而騰訊會(huì)議在本地化方面做的非常好，且使用體驗(yàn)也很不錯(cuò)。在課堂的組織和輔助管理方面，可以選擇“慕課堂”管理工具以及清華大學(xué)的“雨課堂”等?！澳秸n堂”可以實(shí)現(xiàn)課堂的簽到、點(diǎn)名提問(wèn)等各類教學(xué)活動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)全過(guò)程的管理和數(shù)據(jù)采集，為教學(xué)的評(píng)價(jià)和反思提供了很好的支撐[3—5]。清華大學(xué)的“雨課堂”功能齊全，且在互動(dòng)性、靈活性方面有著自身的特色。如在布置作業(yè)方面，可以自行設(shè)置不同題型；在PPT課件中直接插入相關(guān)試題等內(nèi)容。

一、課堂教學(xué)直播

1.直播前的準(zhǔn)備

在課前十分鐘，教師通過(guò)zoom預(yù)約本次教學(xué)的線上教室，并隨機(jī)生成教室ID號(hào)和密碼，這樣可以最大程度地保障線上教學(xué)的可靠性和安全性。通過(guò)班級(jí)QQ群告知每位學(xué)生線上教室的ID號(hào)和密碼，提醒學(xué)生按時(shí)進(jìn)入線上教室上課。

2.直播中的管理

為了確保高質(zhì)量線上教學(xué)，在進(jìn)入線上教室時(shí)，教師關(guān)閉學(xué)生的攝像頭，并設(shè)置全員靜音模式，在教師講解過(guò)程中，如果有學(xué)生被提問(wèn)，學(xué)生可以選擇自行打開麥克風(fēng)回答問(wèn)題，這樣保證了直播課堂的良好秩序。

另外，教師在zoom中選擇虛擬背景將現(xiàn)實(shí)中的背景替換，畫面中只出現(xiàn)教師人像，這不僅保障了課堂秩序，也保護(hù)了教師的個(gè)人信息安全。

在教學(xué)過(guò)程中，教師先共享教學(xué)PPT，并利用zoom提供的注釋功能對(duì)PPT進(jìn)行劃線強(qiáng)調(diào)、注釋等?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”“數(shù)字圖像處理”等課程中經(jīng)常需要采用matlab進(jìn)行仿真，教師通過(guò)切換共享屏幕，能夠靈活地將電腦上的matlab仿真界面展示給學(xué)生，進(jìn)而直接演示仿真的過(guò)程和結(jié)果，有效提升了課堂的教學(xué)效果。

二、教學(xué)管理

在課前、課中和課后，教師結(jié)合zoom直播平臺(tái)和“慕課堂”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于線上課堂的全程管理。

1.課前管理

首先，課程教學(xué)前，教師通過(guò)“慕課堂”發(fā)布學(xué)生需要預(yù)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容和相關(guān)spoc課程視頻，供學(xué)生提前學(xué)習(xí)。同時(shí)，教師可以通過(guò)教學(xué)平臺(tái)查看到學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，并在教學(xué)中有針對(duì)性地進(jìn)行重點(diǎn)講授。

其次，課前15分鐘左右，教師開放“慕課堂”小程序中的“簽到”功能，讓學(xué)生簽到，并督促學(xué)生進(jìn)入線上教室?！昂灥健惫δ苣軌?qū)W(xué)生的登錄情況進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，使教師能夠迅速了解學(xué)生實(shí)際線上簽到的具體數(shù)據(jù)。

最后，學(xué)生使用線上教室的賬號(hào)和密碼，進(jìn)入zoom平臺(tái)的線上教室，等候上課。上課前，教師可以讓學(xué)生打開攝像頭來(lái)具體了解學(xué)生的上課狀況。

2.分組討論

在線上教學(xué)過(guò)程中，教師利用“慕課堂”小程序的“點(diǎn)名”功能，隨機(jī)抽取學(xué)生回答問(wèn)題，這時(shí)教師提醒被抽到的學(xué)生在線上教室中自行打開麥克風(fēng)，或者教師打開學(xué)生的麥克風(fēng)，進(jìn)行線上交流，依據(jù)學(xué)生的回答情況，在手機(jī)小程序進(jìn)行打分(5星制)。簽到和提問(wèn)情況具體如圖1(a)(b)所示。

在進(jìn)行線上分組討論時(shí)，可利用zoom直播平臺(tái)，選擇“分組討論”，有“隨機(jī)分組”和“指定分組”兩個(gè)選項(xiàng)。例如，“數(shù)字圖像處理”課程的線上教學(xué)。首先，教師通過(guò)“慕課堂”發(fā)布討論題，學(xué)生通過(guò)手機(jī)小程序可以看到相關(guān)的討論題。其次，教師在zoom平臺(tái)選擇“隨機(jī)分組”，直播平臺(tái)會(huì)將學(xué)生分成若干組，同時(shí)教師可以進(jìn)入到任何一個(gè)討論組參與學(xué)生的討論。最后，在規(guī)定的討論時(shí)間結(jié)束后，教師可以讓每個(gè)組推選一名學(xué)生作為代表在線上課堂發(fā)言，也可以讓學(xué)生課后在“慕課堂”平臺(tái)發(fā)布對(duì)于討論題的討論思考。

分組討論能夠提升線上課堂的互動(dòng)效果，使得學(xué)生從被動(dòng)聽課轉(zhuǎn)換為主動(dòng)參與課堂教學(xué)，有效提升了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。同時(shí)，教師可以通過(guò)“慕課堂”等對(duì)參與討論的學(xué)生進(jìn)行評(píng)分，以作為平時(shí)成績(jī)的一個(gè)重要參考，這不僅能夠提高分組討論的教學(xué)效果，還為教學(xué)評(píng)價(jià)和教學(xué)分析提供了很好的過(guò)程數(shù)據(jù)支撐。

3.課件及仿真結(jié)果共享

教師利用zoom直播平臺(tái)可以共享教學(xué)課件，并利用zoom中提供的工具條，在課件上進(jìn)行各類標(biāo)注，包括劃線強(qiáng)調(diào)、顏色標(biāo)注等。另外，教師可以運(yùn)用zoom平臺(tái)中的“白板”進(jìn)行板書，現(xiàn)場(chǎng)推導(dǎo)相關(guān)公式，方便學(xué)生能夠厘清“數(shù)字圖像處理”課程中的一些重要原理。如果鼠標(biāo)板書效果不理想，還可以選擇共享“ipad屏幕”，直接利用ipad的手寫筆，獲得更為流暢的書寫體驗(yàn)。

“數(shù)字圖像處理”課程中有很多知識(shí)點(diǎn)需要利用matlab仿真來(lái)向?qū)W生展示其中一些算法的實(shí)現(xiàn)效果，幫助學(xué)生理解其中的原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。例如：在講解圖像DCT(Discrete cosine transformation)變換時(shí)，需要向?qū)W生解釋當(dāng)數(shù)字圖像進(jìn)行DCT變換后，可以將大部分的DCT系數(shù)直接置零，實(shí)現(xiàn)圖像壓縮；仿真中確定了兩個(gè)DCT系數(shù)的閾值5和50，在壓縮比和重建圖像質(zhì)量之間需要折中，具體如圖2所示。

圖2為經(jīng)過(guò)DCT變換后的重建圖像示例，其中(a)為原圖，(b)為經(jīng)過(guò)變換后的DCT系數(shù)圖示，(c)為閾值為130時(shí)的重建圖像，(d)為閾值為230時(shí)的重建圖像。matlab中提供了直接進(jìn)行DCT變換的函數(shù)dct2(parameters,...)，可以直接得到讀入圖像的DCT變換系數(shù)，為了更好地展示DCT變換壓縮圖像數(shù)據(jù)的效果，圖(c)的重建圖像是將DCT系數(shù)低于130的直接賦值為0，圖(d)的重建圖像是將DCT系數(shù)低于230的直接賦值為0。從圖中可見，即使是圖(c)(d)的圖像還是能夠分辨出原始圖像，實(shí)際超過(guò)95%的DCT系數(shù)已經(jīng)被賦值為0，這個(gè)結(jié)果表明圖像的DCT變換可以很好地實(shí)現(xiàn)圖像壓縮的工程。因此在JPEG標(biāo)準(zhǔn)等圖像壓縮的應(yīng)用場(chǎng)景中，DCT變換得到了廣泛的應(yīng)用。

在線上教學(xué)中，首先，教師共享matlab的相關(guān)代碼，為學(xué)生講解代碼的具體含義。其次，開始仿真，依次共享得到仿真結(jié)果，學(xué)生可以通過(guò)直播平臺(tái)上的留言與教師和其他同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)，對(duì)于不理解的地方或者有新的想法時(shí)，可以在平臺(tái)上與教師進(jìn)行互動(dòng)。

三、數(shù)據(jù)采集

1.教學(xué)全過(guò)程數(shù)據(jù)采集

學(xué)生課堂出勤數(shù)據(jù)。教師利用“慕課堂”小程序的“簽到”功能，能夠采集到每位學(xué)生課堂出勤的數(shù)據(jù)。這不僅方便教師統(tǒng)計(jì)每一堂課學(xué)生出勤情況，也方便教學(xué)部門統(tǒng)計(jì)分析全校學(xué)生的課堂出勤情況。

學(xué)生課堂學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。教師通過(guò)“慕課堂”發(fā)布討論題，并通過(guò)zoom平臺(tái)將學(xué)生分成若干組進(jìn)行討論，教師可隨時(shí)進(jìn)入任何一個(gè)討論組參與討論。學(xué)生也可以在課后將課堂參與討論的想法和答案發(fā)布到“慕課堂”上。這些課堂上的討論數(shù)據(jù)也能夠被教師所采集。而通過(guò)“慕課堂”小程序提問(wèn)的學(xué)生，可在“慕課堂”管理端進(jìn)行記錄和分析，這樣教師便獲得了學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程數(shù)據(jù)。

學(xué)生課后學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。教師通過(guò)“慕課堂”發(fā)布討論題和練習(xí)題，學(xué)生在課后完成教師布置的習(xí)題。教師可以通過(guò)這些學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查分析統(tǒng)計(jì)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

教學(xué)過(guò)程錄制。教師在每次授課時(shí)，都使用平臺(tái)的錄制功能，將每次線上教學(xué)全過(guò)程錄制保存到本地，便于教學(xué)結(jié)束后進(jìn)行反思，以及后期課程的編輯，為今后改進(jìn)教學(xué)方法提供了很好的支撐。

2.教學(xué)數(shù)據(jù)的有效利用

通過(guò)對(duì)教學(xué)輔助平臺(tái)的數(shù)據(jù)搜集，可以對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程實(shí)施科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，從而為教師提高教學(xué)水平、教學(xué)管理部門監(jiān)督、評(píng)估教學(xué)質(zhì)量等提供全面的依據(jù)。例如：通過(guò)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)學(xué)生的課件閱讀量來(lái)了解學(xué)生預(yù)習(xí)的總體情況；通過(guò)預(yù)習(xí)題目回答的準(zhǔn)確率來(lái)了解學(xué)生的具體準(zhǔn)備程度等。但是，在教學(xué)數(shù)據(jù)的搜集中，如何能夠全面有效采集數(shù)據(jù)，并加以利用，需要認(rèn)真思考、不斷完善。

線上分組討論的教學(xué)方式，一方面，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性；另一方面，通過(guò)討論題的完成情況，來(lái)了解學(xué)生掌握知識(shí)的程度。另外，課堂提問(wèn)也能夠?qū)W(xué)生起到督促作用。教學(xué)輔助平臺(tái)的“隨機(jī)點(diǎn)名”，使得學(xué)生能夠處于相對(duì)緊張的學(xué)習(xí)狀態(tài)，而不是由于線上教學(xué)就放松自己。同時(shí)，教師能夠根據(jù)學(xué)生回答問(wèn)題的情況給予一定的指導(dǎo)，教學(xué)輔助平臺(tái)也能記錄學(xué)生的相應(yīng)學(xué)習(xí)情況。

在學(xué)生進(jìn)行分組討論時(shí)，全體學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)都可以被采集，而點(diǎn)名提問(wèn)的方式，只是針對(duì)少部分學(xué)生。將這兩種方式進(jìn)行有效結(jié)合，可以全面形成學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的過(guò)程數(shù)據(jù)。

除此之外，教學(xué)輔助平臺(tái)的討論區(qū)也可采集學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程數(shù)據(jù)。教師在討論區(qū)發(fā)布討論題，學(xué)生既可以在課堂上參與討論，也可以課后在討論區(qū)以發(fā)帖的方式參與，這些學(xué)生討論的情況，都能夠形成教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)。

3.教學(xué)管理輔助平臺(tái)比較

針對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”“數(shù)字圖像處理”課程，教師通過(guò)“慕課堂”發(fā)布問(wèn)卷，調(diào)研學(xué)生的線上學(xué)習(xí)基本情況。授課班級(jí)調(diào)研結(jié)果表明，56.25%的學(xué)生表示與線下課堂教學(xué)效果一樣；35.42%的學(xué)生表示比線下課堂教學(xué)效果好，學(xué)習(xí)積極性更高；6.25%的學(xué)生表示教學(xué)效果不如線下課堂，2.08%的學(xué)生表示無(wú)所謂。

除“慕課堂”教學(xué)平臺(tái)外，教師還對(duì)“雨課堂”的相關(guān)功能進(jìn)行嘗試，利用其提供的試卷庫(kù)，制作了課后作業(yè)題，并發(fā)布到指定班級(jí)，平臺(tái)依據(jù)事先給定的答案自動(dòng)評(píng)分，教師可以在學(xué)生答題后，直接公布成績(jī)。另外，在手機(jī)端和PC端，教師可以隨時(shí)查看學(xué)生課后作業(yè)的答題情況?！坝暾n堂”可以針對(duì)學(xué)生每道題和總體的準(zhǔn)確率等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，編成統(tǒng)計(jì)圖表，方便教師查看?！坝暾n堂”還提供微信小程序和APP兩種登錄方式，教師通過(guò)任意一種登錄方式都可以實(shí)時(shí)查看學(xué)生上課情況，簽到情況等，了解課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

“慕課堂”是愛課程網(wǎng)打造的學(xué)習(xí)平臺(tái)，平臺(tái)上有大量的優(yōu)質(zhì)課程，吸引了很多教師和學(xué)生用戶，教師和學(xué)生可以直接使用其中的“慕課堂”進(jìn)行線上教學(xué)管理。而“雨課堂”作為專業(yè)課堂管理工具，在教學(xué)的管理方面具有自身特色，使用和操作更為靈活方便，功能全面。教師可以結(jié)合自身教學(xué)需要，選擇更為適合自己的課堂教學(xué)輔助平臺(tái)和管理工具。

結(jié)語(yǔ)

采用視頻會(huì)議平臺(tái)作為線上直播教室，有效實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)的實(shí)時(shí)分享，為學(xué)生提供了方便、流暢的線上學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為教師提供了理想的線上課堂教學(xué)直播工具，與學(xué)生實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)。利用“慕課堂”等教學(xué)輔助平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)課前簽到、課堂提問(wèn)以及課后練習(xí)等教學(xué)全過(guò)程的記錄和管理，有效保證了線上教學(xué)的良好效果。

教學(xué)數(shù)據(jù)的采集和有效利用是線上教學(xué)的關(guān)鍵，通過(guò)教學(xué)輔助平臺(tái)，采集學(xué)生課前、課中及課后的相關(guān)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，形成教學(xué)的全過(guò)程記錄。教師通過(guò)全過(guò)程記錄，可以進(jìn)一步分析和了解學(xué)生對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，從而調(diào)整教學(xué)安排及持續(xù)提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)因材施教。教學(xué)管理部門通過(guò)全過(guò)程教學(xué)數(shù)據(jù)的分析，可以對(duì)整體教學(xué)和個(gè)別教學(xué)形成全面客觀的評(píng)價(jià)，從而為教學(xué)督導(dǎo)、教學(xué)評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，為學(xué)校教學(xué)管理的持續(xù)完善提供依據(jù)，在各種教學(xué)評(píng)價(jià)中，充分利用這些數(shù)據(jù)，可以使得評(píng)價(jià)結(jié)果更為真實(shí)客觀，同時(shí)也減輕了職能部門的負(fù)擔(dān)。大量課程的數(shù)據(jù)，還可以為學(xué)校的數(shù)據(jù)中心提供更為全面的數(shù)據(jù)來(lái)源，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供更為全面可靠的教學(xué)數(shù)據(jù)支撐，在學(xué)校各個(gè)方面工作中都能夠發(fā)揮應(yīng)有的作用。

“信號(hào)與系統(tǒng)”“數(shù)字圖像處理”等課程的線上教學(xué)實(shí)踐表明，“直播+輔助平臺(tái)”是一種符合實(shí)際、能夠滿足各類需求的線上教學(xué)模式，值得進(jìn)一步總結(jié)推廣。選擇合適的直播及教學(xué)輔助平臺(tái)，做好教學(xué)數(shù)據(jù)的采集和分析，是提高教學(xué)質(zhì)量，特別是改善線上教學(xué)質(zhì)量的重要保障。