基于“學生中心，能力本位”的混合教學模式探討
——以數字信號處理課程為例

汪淑賢，周宏敏

（桂林信息科技學院 信息工程學院，廣西桂林 541004）

隨著“互聯網＋教育”的推進，逐漸形成“以學生為中心”的現代教育模式，其以培養學生思考能力、興趣為側重點，實現“學生主體，教師主導”的個性化培養。應用型本科院校應基于“學生中心”，開展理實一體化教學，培養學生核心能力素養。本文以數字信號處理課程為例，結合桂林信息科技學院應用型本科課程建設，優化課程教學，通過多元化的教學融合方式，培養學生實踐能力與創新能力。

數字信號處理課程作為通信、電子類相關專業的重要專業必修課，集理論與實踐、原理與設計應用為一體，在課程體系中發揮重要的樞紐作用[1]，其能夠影響前沿科學研究，且被廣泛應用于醫療、IT、航空等領域[2]。鑒于此，基于“學生中心，能力本位”，高校教師及相關學者進行了教學內容、教學方法和教學評價等方面改革的探討及實踐：王秋生等[2]引入面向工程實踐的理念，優化課程建設模型、完善教學實踐案例，以培養學生解決工程系統復雜問題的能力，并提出未來課程建設將集中于MOOC 平臺；李秀坤等[3]基于“學生中心”，提出“三層次”教學內容設計思想，使學生掌握理論知識，提升解決問題的能力；鐘蘇川等[4]針對特定專業進行了課程思政教育的探索與實踐，并進行推廣。在教學模式方面，談玲瓏等[5]利用“云技術”和“云平臺”搭建任務驅動式教學平臺，通過視頻公開課、MOOC 等優質共享教學資源，構建“主導—主體”式的混合教學模式，實現學生個性化學習；丁晨陽[6]采用SPOC 在線學習平臺和微視頻設計，加入翻轉課堂、協作學習等，提升學生的課堂參與度和團隊協作能力；張小青[7]基于學堂在線平臺，用MATLAB 輔助實現混合模式教學；王曉莉等[8]提出基于OBE 理念的線上線下混合式教學，構建完整的閉環框架，有效促進學生獲得知識和能力，并通過MATLAB、EDA、Python 等仿真平臺的引入[9-11]，將抽象的知識直觀化；曹斌芳等[12]基于MATLAB GUI 建立教學/實驗輔助平臺，有效提升了學生的應用能力、動手能力和創新思維；張海劍等[13]和黃瓊丹[14]等分別從實際應用出發，探討課程的建設及培養學生分析解決問題的能力。以上研究實例表明，融合傳統課堂教學與在線學習的混合教學模式是實現“學生中心、能力本位”的有效途徑，學生能通過自適應學習方式實現知識傳授、能力培養、價值塑造。本文根據桂林信息科技學院學生學習數字信號處理課程的學情分析，探討適合學生發展的教學模式。

1 數字信號處理課程的教學現狀

1.1 教學內容抽象，理論與實踐脫節

數字信號處理課程于大三上學期開設，在先修課程信號與系統的基礎上，承接數字圖像處理、通信原理、DSP 原理與應用等課程，其理論體系完整嚴密，概念及原理多且抽象，公式推導難以被理解。在傳統教學過程中，教師強調理論知識的完整性，側重理論知識的講解，知識結構銜接不緊湊，框架式結構分析理論相對較少，且忽略了實際應用案例的設計。教師過多關注課程的知識點，未重視講授知識點相關的育人思想，難以提升學生素養。教學過程缺少項目設計式實驗和工程案例式教學，與理論相對應的實驗均為驗證性實驗，由于時間有限，學生在未完全掌握理論知識的情況下，應用能力和創新思維提升不明顯，導致理論與實踐教學脫節，未體現應用型本科院校注重實踐能力培養的特點。

1.2 師生缺少互動，學生被動學習

桂林信息科技學院數字信號處理課程采用大班制教學，每堂課學生人數超過90 人。在傳統教學過程中，教師未設置預習任務，學生學習缺少主動性，課堂上，教師較少與學生互動，學生難以理解復雜的算法推導。課后，學生僅完成課本習題，自主學習能力弱的學生不知如何拓展所學內容。在教學內容方面，教師教學缺少應用案例，未能將語音、圖像等以仿真的形式直觀動態地呈現，學生難以深刻理解知識點及其應用方法，難以提高創新能力和解決問題的能力，難以持續性學習。

1.3 教學評價方式單一，評教評學不同步

在教學過程中，數字信號處理課程的綜合評價成績由紙質期末考試成績與平時成績按一定的比例構成，平時成績涉及考勤、作業、課堂表現等，對課程的評價限于學生對教師的評論，未對學生的階段性成果進行分析，缺乏個性化評價，不能有效推動課程教學方法的改進。

2 數字信號處理課程混合式教學設計與實施

2.1 立足“學生中心”，優化教學內容

課程以應用型本科院校人才培養目標為基準，立足“學生中心”，從用人單位對學生知識儲備和實踐能力需求出發，確立教學目標：以離散信號與系統的頻域／數字頻域分析、數字濾波器的設計及其在圖像、語音信號處理中的銜接為知識目標；以理論知識在圖像、語音、通信系統中的應用能力和解決問題能力的提升為能力目標；以人文情懷、科技興國為素養目標。

根據學生知識儲備、學習能力和學習目標等方面的個體差異，教師對教學內容進行分層設計，以了解、理解、掌握、應用四個層次進行教學內容的重構?；诮虒W目標和課程結構體系，教師為知識儲備少、學習能力不強的學生設計了解和理解層次的內容，重點圍繞例題進行講解；對于需要深層次學習的學生，凝練教材知識點，搭建結構清晰的知識架構，適當融入MATLAB 仿真應用實例和工程案例分析，拓展知識的深度和廣度，讓學生掌握知識并學以致用。

2.2 注重“能力本位”，融合多元化的混合教學模式

基于課程內容架構，在現代信息教育技術的推動下，教師在教學過程中展開線上線下混合式教學，融合項目驅動式教學和分層教學等，培養學生自主學習能力，不斷提升學生發現問題、協作分析問題、解決問題和創新的能力。

一方面，基于超星學習通平臺搭建任務驅動式的線上線下混合教學環境，構建與教學內容對應的預習要點、工程案例、課程思政案例庫，難易分層的練習題庫及MOOC 共享資源庫等，為學生自主學習提供資源?；趯W生學習能力，教師按學生的學習基礎組織交叉分組。課前，教師分配預習任務，學生在線上開展合作學習與總結；課中，教師根據學生線上學習效果，精心設計課堂教學過程，有針對性地展開重難點剖析；課后，學生獨立完成線下作業與線上練習，并拓展學習工程應用實例。教師通過采用能力分層和線上線下混合教學的方式，培養學生分析問題能力和綜合設計能力。

另一方面，基于數字信號處理課程群，“以項目驅動教學實施為主線，以教師為引導，以學生為主體”，在課堂上，教師通過MATLAB 軟件平臺導入圖像處理、語音信號處理等項目實例，激發學生學習MATLAB 軟件的興趣，將課程之間的交叉知識融入項目教學，體現對學生知識結構和能力結構的培養要求。課后，教師根據學生能力的不同設置不同層次的項目，基于相關知識引導學生結合原理概念加以思考分析，注重查閱資料，并在MATLAB 平臺上進行方案驗證。以語音信號處理為例，如圖1 所示，輸入30s 時長的“我的祖國”音頻信號，計算其標準采樣頻率，改變不同采樣頻率的音樂輸出，通過加入帶限噪聲分析加噪前后時頻域變化，并采用IIR/FIR 數字濾波器進行去噪，讓學生將先修課程的“時域采樣”、本課程的快速傅里葉變換、數字濾波器設計等知識相融合，實現關聯課程間的無縫鏈接，提升學生協同合作能力、應用分析能力，培養學生創新思維。

圖1 以“我的祖國”音頻信號為例的“采樣＋加噪＋去噪＋濾波”項目設計

2.3 推進“學教互評”，構建合理的考核評價機制

教師從學生的知識結構和能力結構方面入手，評價學生的“階段性成果”，了解學生由于個體差異而對知識點掌握情況的不同，調整教學內容和教學方法。教師將原理的應用和實際方案的設計作為理論考查的重點，評價學生掌握理論知識并應用的能力，總結課程教學效果，優化下一年度的課程內容和教學方式。整個課程的“綜合性評價”包括線上線下學習和拓展的項目設計等“預期學習成果”以及理論考查結果，將學生評價與教學評價相融合，從學生參加科創競賽和企業相關崗位的就業、問卷調查等方面進行教學反饋，推動“學教互評”，實現課程可持續建設。課程的評價機制如表1 所示。

表1 學生成績考核評價機制（多維度評價、定性評估及持續改進策略）

3 結語

本文通過分析數字信號處理課程的學情，發現教學過程中存在理論實踐融合度不高、學生被動思考及評價方式單一等問題，探討了基于“學生中心、能力本位”的混合教學模式，并從教學內容重構、教學模式多元化設計、考核機制合理化等方面進行課程改革。通過改革，學生知識掌握能力和實踐能力均有所提升，但如何將項目設計在線上平臺展現，需要進一步探討和完善。