TPC三能力提高进阶混合式智慧教学模式构建与应用——以“数字信号处理”课程为例.pdf

第 43 卷 第 2 期许昌学院学报Vol.43.No.2 2024 年 3 月JOURNAL OF XUCHANG UNIVERSITYMar.2024收稿日期:2023-06-16基金项目:河南省本科高校智慧教学专项研究项目;河南省新型态数字化教材:数字信号处理;河南省混合式一流本科课程:数字信号处理作者简介:周 雅(1981),女,河南许昌人,教授,硕士生导师,研究方向:模式识别与智能信号处理、图像分析与人工智能.文章编号:1671-9824(2024)02-0148-05TPC 三能力提高进阶混合式智慧教学模式构建与应用 以“数字信号处理”课程为例周 雅,武红玉(许昌学院 电气与机械工程学院,河南 许昌 461000)摘 要:数字信号处理课程以工程教育专业认证为抓手,以新工科建设和双一流建设为背景,坚持以学生为中心,成果为导向,实现“理论 Theory+实践 Practice+协作 Cooperation”TPC 三能力提高.即依据建构主义学习理论,课前三阶导学智慧预习,学生线上自主学习,教师采用 PBL教学模式在线发布项目任务书和导学攻略完成课前测;课中五步教学智慧课堂,线下以项目为驱动采用 TBL 教学模式,以小组为单位项目实践、展示和评价;课后三省思学智慧提升,学生知识拓展、思维导图总结,教师教学反思用于持续改进.最后采用知识、能力、行为多维度智慧评价实现学生 TPC 三维目标进阶提升.关键词:智慧教学;混合式;TPC 三能力提高;三阶五步三省;“5+X”进阶项目中图分类号:G434;TN911.72-4 文献标识码:A 在新的经济形势下,我国需要大量的工程实践能力强、创新能力强的“新工科”人才,以满足社会经济发展的需求,为高校“新工科”建设提供了明确的方向1.近年来,随着信息技术和人工智能技术的迅猛发展,教育领域也出现了许多新的教学模式,如智慧教学、翻转课堂和项目驱动教学等.这些新的教学模式的出现,对传统的教育理念和教学方法产生了深远的影响.2021 年 12 月,国务院印发“十四五”数字经济发展规划,明确了“十四五”时期推动数字经济健康发展的指导思想、基本原则、发展目标、重点任务和保障措施.规划提出:深入推进智慧教育,推进教育新型基础设施建设,构建高质量教育支持体系,推动“互联网+教育”持续健康发展等2-3.数字信号处理课程积极探索混合式智慧教学模式,实现“知识-能力-素质”一体化的“高阶性”人才培养质量提升.1 课程基本情况 课程服务于电子信息工程领域的信号处理应用型人才培养,以工程教育专业认证为抓手,以新工科建设和双一流建设为背景,坚持以学生为中心,成果为导向,实现“理论 Theory+实践 Practice+协作 Coopera-tion”TPC 三能力提高.课程面向电子信息工程专业,是专业核心课程,3 学分,56 学时,其中线上 20 学时.通过本课程的学习,使学生掌握时域离散信号与系统的基础理论,离散傅里叶变换(DFT)理论及其快速傅里叶变换算法(FFT),IIR 和 FIR 数字滤波器的设计原理和实现方法4-5,培养学生对实际工程问题进行系统分析的意识,具备初步的算法分析、数字系统设计和仿真能力6-7.为后续专业课程以及从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础.2 TPC 三能力提高进阶混合式智慧教学模式 课程结合学校地方性、应用型、国际化办学定位和电子信息工程专业高素质应用型人才培养要求,结合课程授课过程中的痛点问题,从而确定本课程的设计思路是:“理论 Theory+实践 Practice+协作 Coopera-tion”的 TPC 三维目标导向的进阶混合式教学设计.依据此设计思路主要培养三个层次的能力,即理论分第 43 卷第 2 期周 雅,等:TPC 三能力提高进阶混合式智慧教学模式构建与应用析能力、综合应用能力和协作创新能力.最终达到知识目标、能力目标、素质目标的实现,这三个目标层次由低阶到高阶,而素质目标是我们最终要达到的高阶目标.该教学设计依据建构主义学习理论,课前三阶导学采用 PBL 教学模式在线发布项目任务书和导学攻略完成课前测;课中五步教学线下以项目为驱动采用 TBL 教学模式,以小组为单位项目实践、展示和评价;课后三省思学,知识拓展、思维导图总结、教学反思,用于持续改进,实现 TPC 三维目标进阶提升,具体框图结构如图 1 所示.图 1 TPC 三维目标导向的进阶混合式教学设计框图结构 该教学模式支撑学生三个层次的能力的达成,即理论分析能力、综合应用能力和协作创新能力.最终达到知识目标、能力目标、素质目标的实现.该教学设计依据建构主义学习理论,课前三阶导学,采用 PBL教学模式;课中五步教学以项目为驱动,采用 TBL 教学模式;课后三省思学,持续改进,实现 TPC 三维目标进阶提升.对教学内容进行了重构,依托教育部产教融合实训基地和河南省电力装备智能制造产教融合专业群建设项目,以综合职业能力为目标,按照行业需求、岗位要求、技术规范,设计“5+X”进阶项目,聚焦AI 科技前沿,实现多学科融合.2.1“一主线三模块”的内容重构基于“新工科”要求,以“应用”为主线,“成果”为导向,以数字信号处理基本方法为主线,打破原有章节顺序,把内容重构为离散时间信号与系统的时域分析、离散时间信号与系统的频域分析、数字滤波器设计三个模块.三个模块的学习可以转化为若干具体问题以及对应的知识点如图 2 所示.问题层中的每一个问题可设定为一个小任务,教师根据实际情况创设相应的教学情境,在规定学时内,引导学生完成任务,同时学习小任务中涉及的新知识.图 2 内容重构框图结构941许昌学院学报2024 年 3 月2.2 五项目 X 拓展”的实践教学依托教育部产教融合实训基地和河南省电力装备智能制造产教融合专业群建设项目,对模块教学内容进行项目化设计,融入数字技术前沿资讯和人工智能案例,依据“简单到综合”的原则设计音效处理器、电话拨号音分析与识别、音乐演奏与识别、BP 神经网络车牌识别、K210 人脸识别等真实情境的“5+X”进阶式项目,如图 3 所示.图 3“五项目 X 拓展”的实践教学项目设计2.3“三阶五步三省”的线上线下混合式教学实施过程课前三阶导学智慧预习:课前通过导、学、测进阶环节,教师线上发布导学视频、导学任务及课前测试,学生线上自主学习、分组研讨梳理问题,完成基础知识学习和课前测.课中五步智慧教学:课中通过讲、练、研、展、评五步教学,教师根据课前反馈讲解难点问题,选取真实情境下的典型案例,现场演示;学生任务实施、仿真实践;实践过程小组研讨、问题研究;项目完成展示分享、翻转课堂;教学评价.课后三省思学智慧提升:课后通过拓、育、思三省思学,不断持续改进.教师发布拓展任务,学生课后实施,企业专家进行业界指导,修改完善后学生线上提交项目综合作业;课程思政协同育人,培养职业素养、沟通和协作能力;教学反思持续改进.具体教学实施过程如图 4 所示.图 4 教学实施过程图051第 43 卷第 2 期周 雅,等:TPC 三能力提高进阶混合式智慧教学模式构建与应用2.4 形成知识、能力、行为多维智慧评价体系课程评价方面建立知识、能力、行为多维度智慧评价体系,线上线下混合评价方式.线上考核占 40%,主要包括线上视频学习、线上测试和线上互动交流.线下考核占 60%,主要包括仿真作业、线上测验、综合项目报告、终结性考试等实现多种能力综合评价.具体考核情况如 5 所示.图 5 课程评价情况表3 课程改革成效 (1)学生主动参与学习、参与课堂.通过知识体系重构、模块化的课程内容、培养学生工匠精神,通过小组式的教学组织形式培养团队协作能力,通过混合式的教学方法、项目式成果展示实现高阶创新应用能力的培养.这种混合式的教学设计更多的让学生主动参与学习、参与课堂,提升学生协作和创新能力.(2)通过问卷调查,学生对课程的满意度均在 95%以上.学生对数字信号处理课程的满意度高达 95%以上,这表明他们对 TPC 三维目标导向的进阶混合式教学模式非常认可.通过项目式教学,学生能够实际操作,深化理论知识的理解;混合式教学则完美结合线上与线下资源,提高学习效率;智慧教学利用技术手段,提供个性化的学习体验.课程目标的达成以及能力的培养方面也获得了学生的高度评价,这反映出他们不仅在知识上有所收获,而且在问题解决、团队协作、沟通表达和创新等能力上也得到了有效提升.图 6 近三年课程目标达成情况 (3)学生课程目标达成情况逐年提高,创新实践能力进一步彰显.学生的学习能力也得到了相应的提高,课程目标达成情况近三年成逐年递增趋势,依托电子信息产业群和科技创新中心,助力学生参加各类学科竞赛,获得国家级和省级奖项200 余项.近三年课程目标达成情况如图 6 所示.4 课程特色4.1 党建引领,聚焦前沿,实现知识与育人深度融合依托国家样板党支部和省级课程思政教学团队,党建引领创新,科技强基赋能.信息处理学科发展部分与我国国情、与世界整体发展相结合;离散时间信号与系统的频域分析部分与人工智能中自然语言分析与合成前沿技术结合;DFT 和 FFT 算法部分与 5G 海量数据的如何实时处理这样的社会热点结合,落实立德树人的根本任务,实现知识与育人深度融合.4.2 目标导向,学科交叉,实现能力与创新深度融合课程聚焦智能时代特征,教学内容与计算机视觉技术和人工智能技术相结合,实现多学科交叉融合,采用“三阶五步三省”的线上线下混合式教学模式,形成“理论+实践+协作”的 TPC 三维目标导向的进阶混合式教学设计,实现“知识-能力-素质”一体化的“高阶性”人才培养质量提升.151许昌学院学报2024 年 3 月4.3 产教融合,设计项目,实现理论与实践深度融合依托教育部产教融合实训基地和河南省电力装备智能制造产教融合专业群建设项目,以综合职业能力为目标,按照行业需求、岗位要求、技术规范,依托真实工作环境,设计“5+X”进阶项目,其中 5 个项目依托岗位能力设计,X 为科技竞赛项目,同时把团队教师最新的科学研究引入到教学中,形成最新研究进展的项目资源库,提升课程挑战度.5 结语 本课程以专业认证为抓手,以“双一流”和“新工科”为背景,构建课前智慧预习、课中智慧课堂、课后智慧提升,最后进行智慧评价在内的三能力提高进阶混合式智慧教学模式,最终实现“高阶性”人才培养质量提升.参考文献:1 仲会娟,达新宇,刘文武,等.“新工科”背景下“AI+教学”的改革与探索研究:以“信号与系统”课程为例J.工业和信息化教育,2022(11):29-33.2 王永生,薛小群.虚拟仿真教学视域下工业设计专业混合式教学策略浅析J.中国大学教学,2023(4):41-46.3 王 睿,周昊源.面向数字信息时代的“信号分析与处理”课程智慧教学探索J.工业和信息化教育,2023(3):31-35.4 李 娟,周 霆,张 曌,等.数字信号处理课程的智慧课堂教学改革J.福建电脑,2021,37(1):158-159.5 吴铁洲,陈浏亮.基于虚拟仿真技术的数字信号处理教学实践应用研究J.科教导刊,2022(25):50-52.6 王晓燕,季仁东,顾相平,等.基于产教融合的地方高校“数字信号处理”教学改革探索J.科技风,2023(32):115-117.7 林 健,耿乐乐.现代产业学院建设:培养新时代卓越工程师和促进产业发展的新途径J.高等工程教育研究,2023(1):6-13.The Construction and Application of TPC Three-ability Improvement Advanced Hybrid Smart Teaching Mode Taking the Course of“Digital Signal Processing”as an ExampleZHOU Ya,WU Hongyu(College of Electrical and Mechanical Engineering,Xuchang University,Xuchang 461000,China)Abstract:The digital signal processing course is based on the professional certification of engineering educa-tion,with the background of new engineering construction and double first-class construction.It adheres to the student-centered and results-oriented approach to achieve the improvement of the three abilities of“Theory+Prac-tice+Collaboration”(TPC).Based on the constructivist learning theory,students are guided in the pre-class three-stage wisdom preview,and they independently learn online.Teachers adopt the PBL teaching mode to re-lease project task books and guidance strategies online to complete the pre-class test.In the five-step teaching wisdom classroom,students practice,demonstrate,and evaluate the project in groups under the project-driven TBL teaching mode offline.After class,students reflect on their learning and knowledge expansion,summarize with mind mapping,and teachers reflect on their teaching for continuous improvement.Finally,the multi-dimen-sional wisdom evaluation of knowledge,ability,and behavior is adopted to achieve the three-dimensional goal of student TPC.Key words:smart teaching;blended learning;TPC three competencies improvement;three-stage five-step three-thinking;“5+X”advanced project.责任编辑:赵秋雨251