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基于网络教学平台的信号基础课程教学新模式
基于网络教学平台的信号基础课程教学新模式黄亚飞 曾喆昭
（长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙410004）
[摘要] 研究利用网络教学平台的辅教助学功能，实施“信号与系统”和“数字信号处理”这两门信号基础课程理论与应用并重的教学新模式。首先概括网络教学平台的主要优势，然后从柔性化教育的实施、面向应用的学习导航的建立、研究型教学的开展等三个方面具体探讨信号基础课程教学模式的创新，分析教学实施中出现的问题并给出对策。网络课程使用的统计数据和问卷调查的反馈信息表明：新教学模式能充分利用现代网络技术服务于信号基础课程教学，有效提高学生的学习主动性，达到培养学生应用和创新能力的目的。
[关键词] 信号与系统；数字信号处理；网络教学综合平台；教学模式
[中图分类号]G642.0
[文献标识码] A
[文章编号] 1005-4634 （2012） 06-0074-03
0 引言
随着计算机技术发展，多媒体教学得到普及，网络辅助教学也正发挥着越来越重要的作用。长沙理工大学于2011年投入使用清华教育技术研究所开发的“网络教学综合平台”，为教学模式“从以教师为中心转变到以学生为中心”提供了又一有效途径。由于目前处于建设初期，大部分教师对该平台的认识还比较浅显。其强大的辅教助学功能没有得到充分发挥。另外，在课程建设中，“信号与系统”和“数字信号处理”作为通信、信息类专业的基础课，在后续专业学习中起着重要作用，但因理论性强、内容抽象，不少学生反映比较难学。现有研究对这两门课程从教学方法、手段、层次以及考核方式等方面进行了改革探索，为提升教学质量提供了有益经验，但如何借助专业的网络教学平台创新信号基础课程的教学模式，这方面的探讨还有待深入。
针对以上问题，本文以“信号与系统”和“数字信号处理”这两门课程为对象，研究基于网络教学综合平台的信号基础课程教学模式改革，结合作者在教学过程中的体会谈一些看法。
1 网络教学平台辅教助学之优势
长沙理工大学网络教学综合平台与文献[1]中的单门课程网络教学辅导有所不同，该平台通用性好、功能性强。平台设置了包括管理员、教师和学生在内的个性化空间，满足了学校在教学管理、辅教助学、信息互动等方面的复杂需求。具体来说，网络教学平台的优势主要体现在以下几方面。
1）能够以课件、动画、音视频、案例等多种形式建立课程教学资源库，有利于教育资源最大化共享，实现课堂教学在时间和空间上的延伸；
2）可不断添加课程学习中的常见问题和解答，及时高效地解决学生的学习疑惑；
3）提供试卷库和在线测试题库建设及维护功能，有助于学生巩固知识重点与难点，实时跟踪学生学习情况；
4）为用户提供了论坛、问卷调查、教学邮箱、日程安排等多种交互工具，便于师生、生生同步或异步灵活交流，开展研究型专题讨论；
5）有利于课程知识点的关联教学，实现多门课程的整合，延伸课堂教学容量，提高教学效率。
2 信号基础课程教学新模式的探讨
“信号与系统”和“数字信号处理”这两门信号基础课程的特点是数学概念多、公式性质繁，考虑到理论证明易使学生感到枯燥、失去学习的兴趣，教师一般采用“淡化具体电路推导，强调系统的分析和应用；淡化数学分析，强调物理概念”的教学方法。(教育论文 www.fwsir.com)然而，这样处理也有不妥之处，学生对某些基础理论理解不透彻，知其然而不知其所以然，由此导致独立解决问题能力趋于表层化，知识应用能力难以提高，也有碍于学生创新思维和能力的培养。因此，需要探索新的教学模式，借助网络教学平台的诸多优势，应用包括课堂精讲、课后巩固、案例引入、在线交流、专题讨论、研究型教学在内的多管齐下的教学模式，激发学生学习主动性，提高学生创新素质，达到理论与应用并重的教学目的。
2.1 教学新模式的改革内容
1）发挥网络教学平台优势，以学生为主体实施“柔性化教育”。课程教学中的“柔性化教育”是指充分考虑学生多样性，改变以教师为中心的灌输式教学模式，注重因材施教和个性培养，实施以学生为主体的灵活教学方式。按照这一原则，作者结合网络教学平台的优势，对“信号与系统”和“数字信号处理”的教学进行了相应改革。
对于信号基础课程中涉及大量图形及演变过程的概念和定理，如：信号分解、卷积的图解表示、抽样中的频谱混叠现象、FFT算法的实现、滤波器的特性等，除在课堂上采用Flash动画讲解外，还要求学生课后进入网络教学平台，自己动手调整程序参数、操控动画演示，以加深学生对相关知识的理解。具体地，例如在讲述滤波处理时，课堂演示某手机铃声信号的滤波过程，滤除一部分高频分量，然后让学生对比原信号和滤波信号的频谱，并利用MATLAB中sound函数进行乐音回放，用眼和耳感受两者的不同，同时在网络平台提供在线演示程序，让学生自己输入滤波参数，通过对结果分析来理解滤波的原理与效果。另外，对概念中涉及到的科学家，如：傅立叶、吉布斯、切比雪夫等，在网络资源中添加其生平介绍，让学生了解科学背后的故事，激发学生的学习兴趣和求知欲望。
2）立足基础面向应用，建立适应不同专业的课程学习导航。“信号与系统”和“数字信号处理”的教学内容既有明确分工又紧密关联，构成了信息与通信类学科的信号基础理论，由于各专业的培养目标不同，对信号基础课程的学习要求也不同，但工程应用能力的培养受到普遍重视。为此，国内其他院校开展了应用型信号课程教学内容的优化整合和信号处理课程群建设等方面的探索，长沙理工大学也进行了类似的教学改革，包括在网络教学平台设置面向应用的课程学习导航。
学习导航的建立是按照课程大纲的要求，以知识点为主线设计目录树，通过链接方式关联到资源库中的具体知识点，这些知识点包括信号基础课程本身的内容，也包括先修和后续相关课程中的内容。例如，对自动化专业的“信号与系统”教学，省略离散系统Z变换的内容，在学习导航中将对应内容链接到“自动控制理论”的相关知识点，这样能使学生更清晰地了解信号基础课程在自己专业体系中的作用。又如，案例教学是开展应用型教学常采用的方式，对于网络平台中信号处理的应用案例，电气工程专业关联到电力系统中的谐波分析、长电力传输线的故障检测等，而电子信息专业则关联到音频、视频信号滤波处理等案例。这种分专业的学习导航使课程教学目的更具针对性。
3）适度开展研究型教学，培养学生创新思维和能力。研究性课堂教学是基于强调学科原理形成过程和师生互动为主要特征的教学方式，要求从创设问题情境出发，引导学生自主探究和体验知识的发生过程，还原原来的科学思维活动。
在探索信号基础课程研究型教学过程中，根据制定的大学生科研训练实施计划，设立科研兴趣小组，鼓励成员撰写信息处理方面的小论文、专题报告和各类专利。例如，为配合系统函数与系统特性的教学，在网络教学平台中布置“实际物理系统的特性分析”的研究型专题训练内容，即给出某实际系统（高通或低通滤波器）的电路图，要求学生以小组为单位自行查阅资料，从理论分析入手，编写仿真程序进行系统频率特性分析、系统类型判别，并总结问题探究过程中的科学知识，写出研讨报告。科研训练旨在培养本科生创新思维能力。使学生感受科研的乐趣，激发学生的学习成就感，实现教学和研究的统一。
2.2 教学实施中的问题及对策
1）信号基础课程知识点的表达离不开图形和数学公式，但在网络教学平台中图形和公式的录入比较困难，给学生网上提问、师生在线实时交流带来不便。解决的办法是不断完善课程常见问题集，将具有普遍性的新问题陆续添加到常见问题集中，引导学生使用自动答疑功能，鼓励学生利用手机拍照功能，将问题直接以图片形式上传到网络平台。
2）教学硬件条件及学生的经济条件限制了部分学生不能随时随地进入教学平台，致使错过与大家一起交流解决问题的时机；教师不能及时登陆平台解答学生提问，影响了学生在线学习的积极性。解决的办法是尽量将课程教学资源以网页形式而不是以文件下载的方式呈现，方便学生用手机登陆阅读、发帖等，教师应养成定期登陆教学平台的习惯。同时制定奖励机制，将上网提问、在线练习、参与讨论等记录在平时成绩中，对表现突出者在课堂上给予表扬，以此提高学生的主动参与性。
3）学生反映在网络平台提交作业、讨论交流相比传统的纸质作业、师生面对面答疑更耗时间；由于作业、测试都是电子文档形式，复制抄袭、网上寻求答案变得容易，导致教师对学生的平时评价及考核较难。因为长沙理工大学己要求所有课程建立课程资源库，学生在网络课程学习之初多花点时间了解网络平台的系统环境，熟悉利用各种图形、公式编辑软件，将能为其他课程的学习节约很多时间。针对学生作业和测试抄袭问题，引入竞争激励机制，比如对作业可按提交时间先后阶梯式递减评分，测试采用从题库随机抽题、限定每题答题时间、客观题自动判卷的方式，能有效避免作业复制，从而更准确评价学生学习情况。
2.3 新模式的教学效果
经统计，在“信号与系统”和“数字信号处理”网络教学课程建设的近一年时间，两门课程的生均点击量为8次左右，进入本课程浏览时间生均约为2.1小时。网上辅导答疑和交流互动通过课程讨论区的话题、教学邮箱以及常见问题集等形式进行，其中课程讨论区的主题42个，参与回复100多人次，利用教学邮箱进行答疑20余次，学生浏览常见问题次数生均1次以上。通过网上师生、生生之间的答疑交流，学生的问题获得及时解答并促进了同学间的相互学习。
为更好地了解学生对教学新模式的适应情况，笔者在网络教学平台开展了问卷调查，从学生的反馈信息看，绝大部分学生喜欢这种借助专业网络教学平台辅助信号基础课程教学的形式，认同在线演示程序、课程学习导航的使用对课程学习很有帮助，认为研究型专题训练虽有一定难度，但能培养自身分析、解决问题的能力。
3 结束语
长沙理工大学电气与信息工程学院自2003年合校成立以来，一直积极进行信号基础课程的探索和改革，先后多次修改教学大纲，加强课程信息化建设。目前，“信号与系统”和“数字信号处理”已被立项为校级精品课程，主编的《信号与系统》教材被评为普通高等教育“十一五”国家级规划教材、高等学校电气信息类规划教材。作为专业任课教师，要充分利用现代网络技术辅助、服务课程教学，创新教学模式，进一步提升课程教学质量。
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