融合信息技术的教学考一体化实验教学模式探索

顾朝志 李世宝 蔡丽萍 郭晓菲

摘 要：对标“两性一度”，针对目前信号处理相关课程实验中存在的问题，提出深度融合信息技术的教学考一体化的实验教学模式，抓好教学过程中的实验环节。实验前、实验中、实验后都有相应措施，充分保障实验环节在教学过程、人才培养中应有的作用，实现学生个性化发展及培养。

关键词：两性一度;教学考一体化;信息技术

一、绪论

在第十一届“中国大学教学论坛”上，教育部高等教育司司长表示，课程是人才培养的核心要素，是教育的微观问题，解决的却是战略大问题。吴司长所提出的“金课”标准是“两性一度”即高阶性、创新性、挑战度[1]。目前国内一流课程都是按照这个最高标准来建设，但大部分都是从课程整体出发。由于实验教学是高等教育的重要环节，是理论应用于实践的重要尝试和探索，也是不断完善理论、升华理论的重要渠道，在学生能力培养、OBE理念[2-3]的达成方面都起着重要的作用。要打造金课，实验是其中重要的一环。本文针对本校通信工程专业信号处理方面的实验，对标“两性一度”，找出问题与差距，并寻求解决方案，抓好实验教学效果，提高人才培养质量。

二、实验目前存在的问题

目前信号处理相关课程实验环节中存在的问题主要体现在以下几点：

（一）实验的高阶性不够

在对知识、能力、素质有机融合、培养解决复杂问题的综合能力和高级思维的高阶性要求下，目前实验环节教、学、考相互脱节，导致学生知识、能力、素质没有有机融合，学生的综合能力和高级思维不够。

（二）实验的创新性不足

在对内容有前沿性和时代性、教学形式先进性和互动性、学习结果具有探究性个性化要求下，目前实验内容相对固定，反映时代性和前沿性的素材比例不大，实验教学局限在实验学时内。教学形式单一，以传统教学模式为主，课前预习缺乏针对性与互动性。以往的做法一般都是实验前老师布置预习任务，学生根据自己的学习情况写预习报告。学生的学习预习积极性不高，有的应付了事，预习效果不好。从教师角度看，无法及时掌握学生的预习理解掌握情况。很少有学生在预习期间跟老师沟通答疑，大多数都把问题留到实验课堂。所有学生实验内容相同，由于学生的掌握情况参差不齐，掌握比较好的学生会提前完成实验任务，其他时间没事可干，浪费时间，不能充分挖掘学生潜力，实现个性化发展。

（三）实验难度上挑战度欠缺

由于受课时、教学内容等限制，导致在实验内容的选择上大部分是常规实验，难度不够，挑战度不足。

（四）没有形成全程跟踪、过程化评价的考核方式

传统看预习报告、实验报告给学生打分，没有形成过程性评价，往往不能公平公正的反映学生对实验的真实掌握情况，不能反映学生整个实验过程的进展及投入情况，学生之间存在预习报告、实验报告抄袭、实验过程应付了事现象。

三、改革思路

鉴于目前实验教学环节存在的问题，融合“两性一度”要求，构建教学考一体化的实验教学模式，将考融入到教与学的过程中。教学考层层反馈与实践，考试的最终目的不是考试，而是为了更好地促进教与学。在实施过程中，很多工作纯靠人力不能很好地完成，需要借助信息化手段，搭建可用的信息化平台。

（1）开发深度融合信息技术的实验平台。一是搭建基于Matlab的仿真实验平台。旨在为教师和学生提供一个交互式的实验平台，融合“两性一度”要求需要加入的具有时代性前沿性、具有一定难度的实验内容。包括基础知识演示、验证型实验、设计型实验、自主设计型实验四大模块。

基础知识演示模块：可以包含①序列的产生和序列的傅里叶变换及基本性质;②尺度变换性质;③循环移位性质，如动画演示DFT的循环移位过程;④循环卷积性质等。验证型实验模块：可包含①系统稳定性分析;②时域抽样，观察抽样信号及其频谱与原连续信号及其频谱之间的关系。③频域抽样，观察频域抽样信号及其对应的时域波形与原序列的关系。设计型实验模块：可以包含IIR滤波器和FIR滤波器设计、用FFT进行频谱估计、DFT在OFDM系统中的应用、MIMO-OFDM系统仿真实现等实验。自主设计型实验模块：学生可以根据兴趣与需求，借助平台自主编制实验，进行相关系统设计，提高其解决问题的能力。教师可借助平台，对学生实验进行个性化指导与引导。

（2）项目组成员近几年自主研发了石油大学在线测试考试平台MOOT&E平台，可以实现理论教学的在线预习、在线作业、在线答疑、在线单元测试、在线考试、数据处理及资料存档等工作。拟在现有功能基础上，完善其统计分析功能、完善资料留存功能、开发实验在线预习功能和实验报告辅助功能，并开发与第一步建立的实验仿真平台的接口，实时统计交互。实现实验前预习阶段、实验过程中及实验后的师生的交流互动、统计分析与资料留存。

四、构建教学考一体化的实验教学模式

针对目前实验教学环节中存在的问题，基于所建立的融合信息技术的实验平台，整合资源，改进实验教学方法，构建教学考一体化[4-5]的实验教学模式。

（一）教师教

教学形式上，借助信息化平台，采用线上线下混合模式，教学貫穿实验前、实验中和实验后全过程。教师在相应理论教学完成之后，通过系统发布实验内容及要求，包括预习任务、实验任务及实验后的总结分析任务。教师可实时查看学生的预习时长、预习进展、回答学生在预习过程中提出的问题。实验过程中可查看学生实验进展、实验结果优劣、实验结果分析及回答解决实验过程中学生遇到的问题。对实验遭遇难题有困难的同学及时给予帮助、对实验中开小差毫无进展浑水摸鱼的学生给予督促、对实验进展顺利、提前完成实验任务的同学，给予进一步引导，解决更深更高层次的问题。对于那些在预习阶段就已经完成实验任务的同学，提前设定任务，引导其完成更高层次的综合型设计型实验。实验结束后，依然可以通过系统回答学生的问题，查看学生实验报告，结合学生实验过程看其给出的实验结果及分析。教学内容上，减少验证型实验比重，增加设计型实验，增加具有时代性前沿性、个性化、并具有一定难度的实验内容。

（二）学生学

学生在学完相應理论知识、接到实验任务之后，可利用业余时间随时随地进行实验预习。首先可以通过平台的基础知识演示模块，进行实验相关基础知识的复习。可以在线提问预习过程中遇到的问题，包括实验本身的问题及相关的理论知识的问题。可以尝试进行简单实验任务的仿真实现，学有余力的同学甚至可以在预习阶段完成实验任务，之后便会接到老师为其量身定做的更综合型的任务。经过预习阶段的充分准备，实验过程中，学生会很快进入角色，目标明确有针对性的解决问题，也会得到老师的及时帮助，大大提高实验课堂的利用效率，激发学生主动探索的兴趣。实验完成后，直接通过系统提交实验报告，方便快捷，也便于老师查看结果，可以就实验结果与老师讨论。

（三）考核

借助平台的统计分析功能，将考核融入到预习阶段、实验阶段、实验后总结阶段，教师很容易掌握学生的上机时长、实验练习数目、预习情况、实验过程进展情况、实验结果及分析情况、自主解决问题情况、自主设计实验情况、实验报告撰写情况以及对实验的进一步思考等，可以避免传统实验做法中学生实验过程不认真、最终抄袭实验报告的现象。实验总评成绩构成=实验前*30%+实验中*50%+实验后*20%。

经过上述教学考一系列过程，借助信息化手段，实现包含教、学、测评、反馈、改进的闭环持续性改进机制，完善实验环节，增强教学效果，达到最大化学生能力培养、个性化学生发展的目标。

五、结语

论文对标“两性一度”，将教学考一体化思想引入实验教学，实现师生在实验前、实验中、实验后的全过程互动与沟通，教学考相互渗透，层层反馈改进。通过与信息技术融合，学生可以不受时间空间限制，进行实验预习、基础知识复习、验证性实验、设计性实验，可以实现跟老师的实时交流沟通。教师可以实时掌握学生实验预习情况、实验过程进展情况，为学生量身定做实验内容，实现学生个性化发展及培养。同时实现对实验教学环节的过程化考核评价机制，公平公正的对学生的实验情况做出评价。以此激发学生主动探索的兴趣，由被动学习变主动学习，提高学生能力。

参考文献：

[1]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

[2]陈晓倩，戴光麟.论高校大学生综合素质评价体系的构建——从OBE工程教育模式的视角[J].浙江工业大学学报，2015，14（4）：464-467.

[3]李志义，朱泓，刘志军，夏远景.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：25-34，70.

[4]曲双红，孟令显.借助雨课堂，创新构建“教、学、考、评”闭环教学模式[J].教育现代化，2019（85）：268-271，278.

[5]鲁明.基于MOOC理念的教学考一体化实证研究[J].河南广播电视大学学报，2016，29（1）：9-12.

基金项目：1.中国石油大学（华东）实践教学改革项目“深度融合信息技术的教学考一体化实验教学模式探索”（SJ-202023）;2.山东省研究生导师指导能力提升项目“基于互联网+的IT类专业学位研究生专业学位研究生工程实践能力培养模式研究”（SDYY18025）;3.中国石油大学（华东）教学研究与改革项目“面向工程教育专业认证的IT类专业实验实践教学模式研究”（JY-A201816）;4.中国石油大学（华东）研究生课程案例库建设项目“互联网+背景下无线通信原理课程案例库建设”（YAL2019013）

作者简介：顾朝志（1976— ），女，汉族，山东即墨人，硕士，中国石油大学（华东）讲师，研究方向为信号与信息处理。