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《中小学教育》是由中华人民共和国教育部主管、中国人民大学主办,中国期刊网收录,中国人民大学书报资料中心编辑出版的教育专业期刊。 为了全面提高教师的教育教学水平,加强教育教学学术交流,给一线广大教育工作者提供展示自己教育教学才能的平台,为评职晋级提供理论依据! 国内刊号:CN11-4299/G4 国际刊号:ISSN1001-2982 邮发代号:2-597 主 管 中华人民共和国教育部 主...>>更多

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基于智慧教室的《数字信号处理》课程线上线下混合式教学模式探究
信息来源:《中小学教育》杂志官网 发表时间: 2021/9/13 阅读数:24

基于智慧教室的《数字信号处理》课程线上线下混合式教学模式探究


1. 引言

“互联网+”时代的到来,给教育事业带来深刻变革。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》明确指出“信息技术对教育具有革命性的影响,必须予以高度重视”,教育信息化已提升到国家战略高度。随着云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的迅猛发展,将深刻改变人才需求和教育教学形态。2018年教育部发布了《教育信息化2.0行动计划》,提出到2022年基本实现“三全两高一大”的发展目标。全面提升师生信息素养,以信息化引领构建以学习者为中心的全新教育生态,变革传统教育模式,推进信息技术、智能技术与教育教学的深度融合。

在落实“互联网+教育”战略、深化信息化教学改革背景下,建设智慧教室是高校创新信息化教学环境、推动课堂教学颠覆式创新变革的核心驱动力。目前各地高校已建设一些智慧教室并投入使用,显然传统教学模式已不再适应智慧教学环境。但针对智慧教室有效的教学模式、教学案例研究还处于试验探索阶段。因此,积极探索智慧教育环境下的教学模式是十分必要的。本文以《数字信号处理》课程为例,探究了混合式教学模式应用于智慧教室的实践研究,创新了基于智慧教室的线上线下混合式教学模式,树立“以教师为主导,以学生为中心”的教学理念,通过教师组织引导归纳,不断激发学生的求知欲望,促进学生知识的内化,进而实现深度学习,大幅提升了课程的教学效果。

2. 智慧教室建设概况

智慧教室是运用大数据、云计算、物联网等新兴技术,辅以现代先进富媒体技术及网络管理平台 [1],构建的以互动为核心,培养学生的学习力、分析力、创新力及团队协作能力的新型信息化教学环境 [2]。我校建成了依托校内网络和互联网的互动探究型智慧教室,打破了传统教室的“一屏一板固定桌椅”模式,呈现“多屏多板活动式桌椅”模式,为学生创造更多参与课堂的机会,有效突出学员的主体地位。

我校智慧教室主要包括智能教室集中管理系统、智慧教学系统、多屏展示系统和智慧录播系统等,如图1所示。其中,智能教室集中管理系统主要用来环境设备远程控制与检测,制定排课计划表集电子班牌等,实现一键上课、一键下课及不同状态切换。智慧录播系统是将课堂教学过程记录下来,形成数字化教学资源,用于教师进行教学反思和学员复习材料。

智慧教学系统主要包括智慧教学云平台、课堂互动系统(PC端)、移动终端(学生手机或者Pad)。在传统课堂教学中,课堂互动形式单一,局限于口头问答的师生互动模式,覆盖面小,教师无法实时、准确地掌握学生的学习情况。智慧教学系统支持多元的课堂互动,包括一键签到、挑人答题、弹幕提问、课堂打分、随堂测试、资料下发、分组教学等形式,让学生以个人或小组形式参与到课堂中,充分调动学生的积极性。与此同时,云平台实时记录教学行为的全过程数据,通过挖掘、分析数据量化学生课堂表现,为多元化评价提供数据支撑。多屏展示系统主要提供多屏互动的教学环境,将教室中智慧教学屏、小组交互屏、学员移动终端屏等设备有机结合起来,具有教学直播、定向投屏、小组讨论等多屏互动功能。

Figure 1. The layout of smart classroom

图1. 智慧教室布局

3. 混合式教学模式设计

3.1. 传统课程教学模式问题剖析

《数字信号处理》是电子信息类专业本科必修的专业基础课程,是连接基础课和专业课的桥梁,从抽象概念到具体设备的重要过渡。主要内容可以概括为“一个基础,两个支柱”。一个基础是时域离散信号和系统的时域和频域分析,两个支柱分别是离散傅里叶变换及其快速算法、数字滤波器理论及设计。该课程理论性强、概念抽象,公式推导繁琐、又具有较强的实践性和应用性。

传统课程采用“教师为中心、课堂为中心、教材为中心”的满堂灌模式,显然与“以学生为中心”的教育理念相悖,不再适应信息时代教学改革的要求。传统课程模式主要问题体现在:一是传统课堂教学缺乏高效的互动性。学生是学习的主体,而不是被动的接收者,传统课堂简单的口头问答互动模式无法调动学生的主观能动性,使他们主动参与到课程学习中;二是理论结合实践应用较少,学生解决实际复杂问题的综合能力较弱。《数字信号处理》课程教学内容覆盖知识面比较广,学时又少,使得教师开展实践案例教学难度较大;三是缺乏对学生创新意识和团队合作精神的训练,传统教学模式大多数以“课堂讲授 + 课后作业”为主,课后作业通常要求个人独立完成,缺乏协作学习环境。为有效解决上述问题,基于智慧教室环境,本文设计了《数字信号处理》课程线上线下混合式教学模式。

3.2. 课程实施过程

基于云平台、雨课堂教学平台,借助智慧教室、MOOC优质资源、自制微课等多种信息化手段,将传统课堂教学延展为“课前自学、课堂导学、课后拓展”线上线下混合式教学 [3] [4],如图2所示。

课前自学,教师根据课程教学目标和学员基本情况,精选微视频、电子文档、自测题,制定学生自学任务清单,通过智慧教学系统云平台或者雨课堂进行教学资源和任务下发。学生在线完成自主学习,为了保证自主学习效果,自测题采用“任务化要求 + 过程化引导 + 结果性检测”,学生根据学习情况提出问题。教师完成在线评阅,掌握学员的学习情况,提供针对性指导,同时梳理典型问题,合理调整教学内容和策略。同时可通过雨课堂讨论区、学生反馈区以及微信群进行交流谈论。

Figure 2. Blended teaching mode

图2. 混合式教学模式

课堂导学,借助智慧教室环境,采用“精讲 + 互动”教学方法,为了腾出更多时间进行有效互动,对教学内容进行调整重构,优化重难点内容的教学逻辑设计,在教学内容取舍上做到分清主次、取精去糙,明确每节课的知识、能力、情感三维教学目标,注重将学科前沿知识和成果与教学内容相结合。为确保学生积极互动,采用“问题 + 任务链”启发式互动策略,以问题为牵引、完成任务为主线的多维互动式教学方法,量化课堂互动问题和任务设计突出层级化和梯度化,启发高阶思维。任务以个人或小组形式完成,实施协同学习,培养团队协作精神和素养。与此同时,精准滴灌、润物无声,挖掘思政元素,强化价值塑造。

课后拓展,采取“作业 + 项目式任务 + 阶段性测试 + 阶段性思维导图”的方式牵引学员复习、巩固、探究、总结提升,拓展思维,逐步实现由理论知识到实践能力的主动构建。根据课后作业和阶段性测试题,提供个性化指导;挖掘工程应用案例,发布紧扣教学内容的“微项目”,鼓励学员深入探究,真正做到学以致用。学生绘制“我的思维导图”,引导学员将碎片化的知识系统化,构建个性化的知识图谱。利用智慧教学系统互动数据,实现精准分析,全面提升该课程“以学生为中心”的教学质量。

4. 教学效果分析

通过分析智慧教学系统云平台互动数据和章节测试成绩发现,如图3所示,信息化教学大幅提升了学生的学习兴趣、参与课堂程度、知识获取、知识运用能力等。课后的拓展延伸,加深了学生对课程的工程理解,培养了学生解决复杂问题的综合能力和高阶思维,使学生初步具备了创新实践能力。

Figure 3. Blended teaching mode

图3. 云平台互动统计

5. 结论

智慧教室为教师转变教学理念、深化信息化教学改革提供了良好的环境基础。目前,基于智慧教室的教学模式尚不成熟。本文从《数字信号处理》教学实际出发,创新了基于智慧教室的线上线下混合式教学模式。课程实施分课前、课中和课后“三阶段”,内容分序列、变换和滤波“三阶段”。课前运用生成问题清单,课中采用了“精讲 + 高质量互动”课堂组织形式,“问题 + 任务链”有效互动策略,课后探究了“微项目”驱动的组织方式,结合工程实践。同时改革评价机制,取得了较好的教学效果。

参考文献

[1] 贺占魁, 黄涛. “智慧教室的构建与应用研究——以华中师范大学为例[J]. 现代教育技术, 2018(11): 54-60.
[2] 黄荣怀, 胡永斌, 杨俊锋, 等. 智慧教室的概念及特征[J]. 开放教育研究, 2012, 18(2): 22-27.
[3] 李秀坤, 于歌, 雷亚辉, 梅继丹. “三层次“数字信号处理”课程那改革与实践[J]. 黑龙江工程学院学报, 2020, 34(2): 61-64.
[4] 于歆杰. 论混合式教学的六大关系[J]. 中国大学教学, 2019(5): 14-19.

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