趙添羽 劉雅楠 李靖宇 郝利國 戴航

《生物醫(yī)學(xué)信號處理》是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生必修的基礎(chǔ)課程之一。在本科教學(xué)階段，由于時間和資源的限制，大多數(shù)學(xué)生通常無法對課程內(nèi)容進(jìn)行深入和詳盡的學(xué)習(xí)，對課程內(nèi)容的應(yīng)用方法只是初步了解，難以達(dá)到精通的程度。這不僅是因為該課程內(nèi)容復(fù)雜，涉及的基礎(chǔ)課程內(nèi)容很多，還因為當(dāng)前課程教學(xué)方法比較傳統(tǒng)，其教學(xué)節(jié)奏和應(yīng)用節(jié)奏脫軌，導(dǎo)致教學(xué)成果很難脫產(chǎn)，且實際的應(yīng)用效率不高。為此，本研究嘗試將一些新的教學(xué)模式應(yīng)用到《生物醫(yī)學(xué)信號處理》課程中，探索其教學(xué)未來發(fā)展之路[1]。

1 立題背景

生物醫(yī)學(xué)信號的分類眾多，電信號、語音信號、圖像信號等都是《生物醫(yī)學(xué)信號處理》課程中必要的學(xué)習(xí)內(nèi)容[2]。教學(xué)過程中難點問題較多，為了更好地傳達(dá)課程內(nèi)容并幫助學(xué)生理解，教師需要具備較強(qiáng)的教學(xué)能力和專業(yè)素養(yǎng)。作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的核心課程，《生物醫(yī)學(xué)信號處理》的內(nèi)容較為晦澀難懂。因此，大多數(shù)本科學(xué)院在教學(xué)階段只能選取部分基礎(chǔ)知識進(jìn)行講解，而無法對全科內(nèi)容進(jìn)行深入解讀[3]。但是這并不意味著教學(xué)難度有所降低，因為拆分必要的課程內(nèi)容可能會導(dǎo)致學(xué)生在教學(xué)過程中認(rèn)知不清，甚至出現(xiàn)理論知識欠缺等問題。作為實踐性很強(qiáng)的一門課程，《生物醫(yī)學(xué)信號處理》要求學(xué)生在掌握課程理論和方法的基礎(chǔ)之上還能夠通過編程實現(xiàn)信號的有效處理，因此對學(xué)生綜合素質(zhì)的要求很高[4]。由于種種學(xué)科教學(xué)問題不斷浮現(xiàn)，學(xué)科教育現(xiàn)狀正受到嚴(yán)重影響。因此，教育模式的改革勢在必行。

2 《生物醫(yī)學(xué)信號處理》的教學(xué)策略

2.1 以課程特點和內(nèi)容選擇教學(xué)思路

《生物醫(yī)學(xué)信號處理》課程具有很強(qiáng)的課程交叉性，學(xué)生除了學(xué)習(xí)理論知識外，還需要學(xué)習(xí)大量的實驗內(nèi)容。生物醫(yī)學(xué)信號處理的應(yīng)用基礎(chǔ)是《信號與系統(tǒng)》這門課程，作為工程技術(shù)類課程，學(xué)生需要先學(xué)習(xí)數(shù)理統(tǒng)計、高等數(shù)學(xué)在內(nèi)的基礎(chǔ)工科知識。所以整體教學(xué)難點大，學(xué)生理解效率低[5]。

《生物醫(yī)學(xué)信號處理》課程具有很強(qiáng)的邏輯性，因此，教師在設(shè)計教學(xué)思路時應(yīng)該以課程內(nèi)容為核心，確保教學(xué)思路與課程內(nèi)容緊密相連，保持邏輯一致性。教師應(yīng)當(dāng)下放教學(xué)難點，傳統(tǒng)的板書式教學(xué)難以突出課程內(nèi)容中的重難點，并且在過去長時間授課過程中總結(jié)出的經(jīng)驗表明，很多教師為了盡量提高課程授課的完整性和知識點講解的準(zhǔn)確性，會有意識地突出課程的邏輯難點，不經(jīng)意間就利用死板套路化的方法完成了定理和公式的授課[6]。解決這一問題的關(guān)鍵在于突破固有的教學(xué)環(huán)境限制，可以適當(dāng)引入網(wǎng)絡(luò)平臺作為輔助教學(xué)工具。平臺擁有更加全面的教學(xué)資料，對于課程講解過程中的重點和難點內(nèi)容，教師可以單獨制作幻燈片或直接利用網(wǎng)絡(luò)平臺上的動畫模板為學(xué)生展示，將原理介紹放到一側(cè)，利用立體動畫來吸引學(xué)生的注意力，同時還可以加入教師自己整理的部分真實生理信號，讓學(xué)生自由對實例進(jìn)行研究和解讀?！渡镝t(yī)學(xué)信號處理》這門課程的授課難度和學(xué)習(xí)難度有目共睹，從教師方向看，授課不能一味地活躍和趣味化，因為課程本身帶有的嚴(yán)謹(jǐn)性特質(zhì)不可磨滅。這就導(dǎo)致很多教師無法衡量靈活授課與死板授課之間的平衡關(guān)系，久而久之會偏向選擇更加保守的授課方式[7]。為此本研究考慮到網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)用可能會對學(xué)生造成的負(fù)面影響，在此特別強(qiáng)調(diào)要先對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效率進(jìn)行考察，之后由教師引導(dǎo)完成教學(xué)任務(wù)。

2.2 以學(xué)生學(xué)情和進(jìn)度確定階段性授課方式

學(xué)生的學(xué)情和進(jìn)度是影響授課效率的關(guān)鍵，大多數(shù)學(xué)生對《生物醫(yī)學(xué)信號處理》這門課程都抱有較大的恐懼心理，因為可以預(yù)見的授課內(nèi)容非常復(fù)雜，且最終的評價結(jié)果與課程教學(xué)成果息息相關(guān)，所以學(xué)情幾乎成為影響學(xué)生學(xué)習(xí)效率的第一關(guān)鍵原因[8]。教師在授課的過程中需要優(yōu)先考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)心態(tài)，選擇學(xué)生可以接受或者認(rèn)為掌握能力較強(qiáng)的授課模式，盡量減緩學(xué)生對課程本身的排斥心理[9]。學(xué)情影響進(jìn)度，而進(jìn)度又是確定階段性授課方式的關(guān)鍵。本研究主動推出網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)，一是因為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式盛行，大部分學(xué)生都有網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)經(jīng)驗，對于互聯(lián)網(wǎng)媒體沒有過多的排斥心理。二是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中資源可以共享，沒有了課堂的束縛，學(xué)生會不由自主地放松心態(tài)，還能培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識[10]。

階段性授課的優(yōu)勢在于能夠幫助學(xué)生制定小的學(xué)習(xí)目標(biāo)，降低課程目標(biāo)高度，進(jìn)一步加大教學(xué)效益。教師可以將了解到的學(xué)生個體學(xué)習(xí)情況作為教學(xué)進(jìn)度控制的關(guān)鍵，在開始授課時先為學(xué)生介紹本課程的整體教學(xué)內(nèi)容，之后對教學(xué)區(qū)域任務(wù)進(jìn)行劃分，告知學(xué)生不同時期的教學(xué)具體內(nèi)容，并先行劃分教學(xué)內(nèi)容的重難點。因為是網(wǎng)絡(luò)平臺授課，所以學(xué)生可以將教師授課所用的幻燈片拷貝下來作為后續(xù)教學(xué)的主要大綱[11]。這樣不同時期有不同的授課內(nèi)容，教師提前與學(xué)生達(dá)成友好的合作關(guān)系，告知學(xué)生必要的課程內(nèi)容，也方便學(xué)生提前對相關(guān)知識點進(jìn)行預(yù)習(xí)。教師甚至可以將預(yù)習(xí)板塊納入最終的成績考核中，作為評價的一項指標(biāo)，有意識地提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效率和積極性[12]。

生物信號處理因為內(nèi)容龐雜，知識體系較為繁多，教師在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)平臺授課時，按照課程本身的授課規(guī)律，可以劃分為單元課程、章節(jié)課程、重難知識點這3 個層次。單元課程之間到的知識點聯(lián)系較為緊密，教師可以在集中時間段內(nèi)進(jìn)行講解。而章節(jié)課程比較龐雜，但是系統(tǒng)梳理清晰，能夠為學(xué)生提供必要的知識點學(xué)習(xí)框架，可以作為教師后續(xù)教學(xué)單元劃分的主要對象。最后的重難知識點一般都囊括在前兩個層次當(dāng)中，在此教師可以分為兩部分內(nèi)容進(jìn)行講解，一是將知識點放在不同單元中整體講解，將重點和難點內(nèi)容醒目標(biāo)注，與前后知識點產(chǎn)生一定的聯(lián)系，方便學(xué)生理解和記憶。二是在后續(xù)的復(fù)習(xí)工作中單獨將重難點問題劃分出來，按照不同的課程系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，既讓學(xué)生明確這部分知識點的基本歸屬，也能強(qiáng)調(diào)知識點本身的重要性，加強(qiáng)學(xué)生的記憶[13]。

2.3 導(dǎo)入課程思政教育內(nèi)容

課程思政教育是課程教學(xué)過程中必不可少的部分，立德樹人始終是課程教學(xué)的主要發(fā)展方向，而實現(xiàn)立德樹人目標(biāo)不僅需要依靠專業(yè)的課程教學(xué)，還要依靠系統(tǒng)的思想政治教育。思政教育內(nèi)容的出發(fā)點要和課程實際結(jié)合起來，要明確課程的教育需求，以及期望培養(yǎng)出的專業(yè)人才。生物醫(yī)學(xué)工程的市場發(fā)展規(guī)模日益壯大，所以對《生物醫(yī)學(xué)信號處理》專業(yè)的人才需求量會越來越大。市場渴望有更加優(yōu)秀的工程師加入生產(chǎn)過程中，最終目的也是服務(wù)社會[14]。所以思想政治教育工作始終都是需要放在課程教學(xué)的第一位。教師在授課的過程中，要重視學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，在實踐教學(xué)的過程中不斷考驗和認(rèn)知學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)修養(yǎng)和道德品質(zhì)。將思政教育納入到學(xué)生的評價標(biāo)準(zhǔn)中去，不斷建立綜合教育評價系統(tǒng)[15]。

3 網(wǎng)絡(luò)平臺在混合型課堂中的應(yīng)用

3.1 課前導(dǎo)入提高課堂效率

學(xué)生對于網(wǎng)絡(luò)平臺的應(yīng)用有一定的積極性，因此可以將其作為學(xué)生預(yù)習(xí)學(xué)科內(nèi)容的主要工具。教師可以給學(xué)生推薦一些微課的視頻和預(yù)習(xí)習(xí)題，讓學(xué)生方便找到預(yù)習(xí)方向，按照教師制定好的學(xué)習(xí)軌道進(jìn)行預(yù)習(xí)工作，還可以利用超星泛雅平臺提供資源共享服務(wù)，讓學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程中也能得到專業(yè)系統(tǒng)的引導(dǎo)。網(wǎng)絡(luò)平臺作為教師的輔助工具，必要時也可以激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識[16]。

3.2 課堂應(yīng)用確定教學(xué)目標(biāo)

在課堂上，網(wǎng)絡(luò)平臺可以為教師提供必要的教學(xué)服務(wù)。教師可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺上的信息資源擴(kuò)充自己的教學(xué)資料庫，輔助教師備課[17]。在強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)平臺資源的對應(yīng)性和擴(kuò)展性的同時，教師可以通過展示立體教學(xué)物料的方法幫助學(xué)生加深知識點記憶。首先，教師需要對課堂上的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行對應(yīng)講解，并利用網(wǎng)絡(luò)平臺的相關(guān)物料作為輔助，以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識教學(xué)內(nèi)容。然后，通過這些教學(xué)物料，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拆分，并進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，從而更好地掌握知識點[18]。其次，教師需要有意識地擴(kuò)展一些課堂教學(xué)之外的內(nèi)容，通過對課程物料的進(jìn)一步篩選，引入一些與課程相關(guān)但相對較為深入和復(fù)雜的知識點，以幫助學(xué)生建立更強(qiáng)的學(xué)習(xí)意識，并促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力得到進(jìn)一步的發(fā)展[19]。

3.3 課后模式加深記憶理解

基于學(xué)生對于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)器材的興趣，教師可以在課后布置網(wǎng)絡(luò)作業(yè)和復(fù)習(xí)任務(wù)，從而幫助學(xué)生更好地了解《生物醫(yī)學(xué)信號處理》的課程知識，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性[20]。除此以外，教師還可以通過對網(wǎng)絡(luò)作業(yè)的完成度和正確度評估來判斷學(xué)生對于課程內(nèi)容的掌握程度，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的接受弱項進(jìn)行針對性的補(bǔ)習(xí)教學(xué)，讓課后教學(xué)成為反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況、糾正教師教學(xué)重點的機(jī)制，形成反饋、修改的正向循環(huán)[21]。傳統(tǒng)教學(xué)模式中對課后評價系統(tǒng)的建設(shè)比較空缺，所以教師應(yīng)當(dāng)在這一單元集中進(jìn)行補(bǔ)充。

課后模式的重點在于發(fā)現(xiàn)問題、改正問題這一糾正機(jī)制，其努力的方向應(yīng)當(dāng)是結(jié)合課堂內(nèi)教授的知識，圍繞教師在經(jīng)驗下總結(jié)出的重點、難點問題而給出針對性的訓(xùn)練內(nèi)容[22]。課后模式可以最大程度地了解學(xué)生對于課堂知識的掌握程度，對于教學(xué)內(nèi)容的接受程度，也可以反映出教師需要針對性加強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，將學(xué)生的興趣與課程相結(jié)合，最大化地提升教學(xué)效果[23]。課后作業(yè)和任務(wù)的布置能夠留給學(xué)生一定的自主學(xué)習(xí)空間，這有助于提高學(xué)生的開闊思維和學(xué)習(xí)能力，也有助于提高學(xué)生對課程的理解能力，是增強(qiáng)《生物醫(yī)學(xué)信號處理》課程教學(xué)效率，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的有利方法[24]。

《生物醫(yī)學(xué)信號處理》課程難點較大，這導(dǎo)致在過去的一段時間里，教學(xué)模式的運用面臨一些挑戰(zhàn)。教學(xué)模式改革新形勢下，學(xué)科培養(yǎng)模式和課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)都發(fā)生了改變，教師應(yīng)善用網(wǎng)絡(luò)平臺，選擇學(xué)生相對容易接受的授課模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，在此基礎(chǔ)上對現(xiàn)有教學(xué)方法進(jìn)行合理改革，提升教學(xué)效果。