基于雨课堂的数字信号处理双语教学实践

           武   晔，顾观文，康  建，孙守才，万永革    

（防灾科技学院 地球科学学院，河北 燕郊 065201

北京防灾科技有限公司，北京，通州 101100）

[摘  要]：为了提高《数字信号处理》课程的教学质量，在借鉴国内一流高校双语教学实践经验的基础上，将雨课堂信息化教学平台引入教学过程，开展了四轮双语教学实践。本文首先阐述了第一轮双语教学的实施过程及遇到的问题，针对出现的问题，在第二轮至第四轮的双语教学中加以改进并引入雨课堂智慧教学工具进行辅助教学。实践教学表明，通过雨课堂教学平台可以有效提高课堂的师生互动，对双语教学效果的提升具有促进作用，为高校开展双语教学提供参考。

[关键词]：双语教学；雨课堂；数字信号处理；PBL教学理念

[基金项目]：1、2020年度防灾科技学院教育研究与教学改革项目（工程教育认证背景下高校学科基础课的教学模式改革与探索——以数字信号处理课程为例，JY2020A01；应用地球物理创新创业实践平台的建设，JY2020A06）；

2、 2021年度防灾科技学院教育研究与教学改革项目（基于科教融合的数字信号处理课程教学改革与实践，JY2021A03）；

3、 2020年度防灾科技学院《数字信号处理》金课建设项目（JK202001）的阶段性研究成果之一。

[作者简介]：武晔（1975-），女，内蒙古集宁人，硕士，防灾科技学院地球科学学院，副教授，主要从事地球物理信号处理方面的教科研工作。

[中图分类号]TN92-4;G434      文献标识码：  ？  

0引言

国家教育部2001年颁布的4号文件明确指出，为适应经济全球化和科技革命的挑战，本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学，特别指出信息技术等专业要先行一步，对于暂不具备直接用外语讲授条件的学校、专业，可以先实行外语教材、中文授课，分步到位^[1]。自此以来，电子科技大学、西安电子科技大学等国内高校积极响应并开展了双语教学的探索与实践，给出了有益的经验^[2-18]。

考虑到地球科学学院“数字信号处理”是地球物理学专业的专业基础课程，起着承上启下的重要作用，是后续重力、磁法、电法、地震等专业核心课以及地球物理数字信号处理技术的先修课程，另外，考虑到课程组主讲教师具有十多年的教学经验，熟悉学科知识结构，并参加过校内英语培训学习，在我校教改政策及经费的大力支持下，从2017年开始课程组对该课程进行了双语建设和四轮自然教学班的双语教学实践。下面阐述具体实施过程、突显出的问题和解决措施及下一步的思考。

1 双语课程建设与实践

1.1 第一轮双语课程建设与实践

2017年第一轮双语教学实施过程中，基本采用了保持型双语教学模式^[19]。教材以中文教材为主，英文原版教材为辅。所选中文教材是北京大学出版社出版的程乾生所著《数字信号处理》（第二版）和科学出版社出版的万永革所著《数字信号处理的MATLAB实现》（第二版），所选英文原版教材是由科学出版社2012年出版的国外高校电子信息类优秀教材（英文影印版）东北大学 V.K.Ingle 和 J.G.Proakis 所著《Digital Signal Processing Using MATLAB》（第三版）。教案是中英文结合，习题主要采用英文。授课语言主要是中文，科学术语使用英文。期末考试采用闭卷形式，其中英文试题占80%。选用爱课程网站北京航空航天大学王俊主讲的《数字信号处理》课程和麻省理工学院 A.V.Oppenheim 主讲的《模拟与数字信号处理》开放课程作为网络视频资源要求学生自主学习。第一轮的双语教学目标是结合英文教材，掌握学科知识概念、方法原理、算法实现及应用。

第一轮双语教学结束后，及时进行总结，主要存在以下几个问题：（1）中英文结合的教案及ppt课件，不利于学生把英语作为工具获取知识；（2）课后学生基本上是使用中文教材，阅读英文原版教材较少；（3）所选用的英文原版教材强调方法的实现而弱化方法理论的推导，更适合实验环节使用。

1.2 第二至四轮双语课程建设与实践

针对第一轮双语教学发现的问题，后面三轮的教学中在以下几个方面作了较大幅度的调整改进。

（1）选用英文原版教材

在考虑了教材的先进性和广泛性之后，选用的英文影印版教材是《Digital Signal Processing---Principles, Algorithms, and Applications》(Fourth Edition)(John G.Proakis 和 Dimitris G.Manolakis 著)，该教材内容细致，分析透彻，而且有中文翻译版，方便学生在阅读英文教材不理解的地方进行查阅，不会因为阅读太吃力太花费时间，而放弃阅读英文教材。

（2）制定教学大纲、制作全英文教学材料

在认真阅读和消化英文教材后，编写了英文教学大纲、全英文ppt课件、全英文上机实验指导书、典型英文习题解答及相应的MATLAB实现，并上传我校课程资源平台，方便学生课前下载预习、课后复习。

（3）选择中英混合教学语言

考虑到我校学生的英语水平层次不齐和教师的英语口语水平有限，为了保证课堂90%以上的学生能够通过英语理解基本概念和重难点，在制作全英文ppt课件的过程中，尽量把有关一个完整知识点的内容都在ppt上写出来，只有在教学环节之间采用简单的口语。另外，如果学生对某处难点不太理解，就随机采用中文再解释或推导一遍。实践表明，这种方法尽管教师课堂大部分用英语讲授，由于涉及到专业术语的句子，学生都可以看到，所以基本不影响学生的理解，该方法也存在缺点，那就是备课时间是通常备课时间的2-3倍。

（4）改革教学手段，采用现代信息技术---雨课堂智慧教学工具

清华大学于2016年4月推出雨课堂(RainClassroom)智慧教学工具,雨课堂可以有效为教学提供信息数据支持,促进师生互动。雨课堂已经被广泛应用到实际教学中。我校于2018年9月实现了校园高速网络全覆盖，为实施线上教学提供了基础保障。为了提高课堂学习效率，课程组将雨课堂应用于数字信号处理课程的教学全过程。

在课前预习环节，主要是从下次课的教学内容提炼出问题，并以任务形式推送到学生手机端，学生可以通过教材及网络资源自主查阅并思考答题。

在课堂环节，首先结合实际应用提出情境问题，围绕问题展开分析阐述及结论的推导，接下来对典型例题进行分析讲解，紧跟着是“练”，借助雨课堂，可以方便快捷地将事先插入在课件中的习题发送到学生手机端，同时教室的大屏幕可以实时观察到学生提交答案的情况，教师可以依据学生的做题速度，分别选择延长做题时间或者收题，接下来，教师可以找做的既快又对的学生进行讲解，课后教师可以从做题速度和正确率分析每个学生的特点，下次课可以特别注意做错的同学，课堂是否认真听课，进而可以有针对性的寻找做错原因。

实践表明，90%以上的学生在课堂可以理解所学概念及方法原理，然而如果课后不花时间阅读教材内容和完成作业，那么课堂所学内容在一周后就会遗忘干净，难以实现知识内化和应用，因此课后作业和课后阅读对巩固知识内容和加深理解是必不可少的。然而传统的批改作业不能及时反馈给各个学生，对于提高学习效果非常不利。

在课后环节，为了及时把作业中的错误反馈给学生，首先对学生进行分组，每组约5-6名学生，组长按自愿的原则从组里挑选。要求每个学生写完作业后，拍照上传到班级学习讨论群同时发送给组长，教师可以利用碎片时间对积极提交的作业和组长的作业及时进行语音肯定和纠错，由于这种纠错全班同学都可以收到，所以在无意中所有学生都得到了学习。组长对组员的作业情况在下次上课前进行汇报，教师针对作业中出现的问题，在下次上课前，集中进行个别辅导。

教学实践表明，雨课堂的互动、反馈及大数据分析对提高教学效果具有明显积极作用。

2 第二至四轮双语课程实践效果

第二轮双语教学实践得出学生是决定双语教学成败的主要因素。在第二轮双语教学的授课过程中，教师明显感觉学生的情绪先后有较大变化，以期中考试为界限，在期中考试前，特别是刚开学阶段，学生对手中的英语原版教材充满了忧虑和恐惧，在随后的两个月里，班级学生明显表现出很大不同，课后认真阅读和做作业的学生课上可以快速完成习题，课后没有认真做作业和阅读的学生感到非常吃力，甚至部分学生认为英语水平差是导致无法理解知识内容的唯一原因。面对眼前的困难，教师及时冷静分析原因，部分学生英语水平差确实会导致跟不上大多数学生的上课节奏，然而从以往的教学经验来看，即使是用中文教学，由于该课程具有深奥难懂的特点，也会有10%左右的学生跟不上大多数学生的上课节奏，所以首先认为学生的英语水平不是制约学习效果的根本原因。那么究竟是什么因素导致部分学生对使用原版教材进行学习有抵触情绪呢？通过仔细分析雨课堂的随堂测反馈及其他数据、课后作业情况以及课堂的听课态度，认为学生的重视程度和努力程度是影响学习效率的主要因素。因此，教师一方面积极进行引导，强调使用英语学习学科知识对他们未来发展的好处，另一方面积极寻求方法攻破学生“大家都学的不好”的消极大众心理防线。期中测验过后，尝试采用“演讲”方式---学生依次上讲台采用中英结合讲解习题，该方法比较成功地打破了部分学生的消极心理，树立了使用英语也可以学好的信心，为下一阶段的学习打下了良好的心理基础。

除了任课教师及时发现问题并解决问题，校院两级教学质量督导对该课程进行了跟踪听课，给予了充分肯定，同时提出了宝贵建议。此外，学生对任课教师的评教分数每年都高于90分，说明大部分学生对教师授课较为满意。

课程结束后，依据考试大纲进行闭卷考核，六类试题全部为英文，要求学生尽量用英文答题。总成绩=期终考试×50%+平时成绩×30%+期中测验×20%，平时成绩包括考勤、作业和上机实验。图1为2个自然教学班的期末成绩分布，从中可以看出，成绩分布较为合理，从学生对基础知识的掌握角度来讲，双语教学基本达到了教学目标，说明教学改革起到了一定的积极作用。

(a)1750111班                    (b)180121班

图1 2个自然教学班的期末成绩分布图

对16级的四个教学班的全体153名学生（不包括留级的2名学生，他们没有上课）进行了匿名问卷调查，表1为问卷试题及统计结果，表2为分班统计数据表，图1为所有学生在期中考试前后选A和选B的对比图，图2为不同班级学生在期中考试后选A的对比图。

表1双语教学问卷调查统计表

表2双语教学问卷调查分班数据表

图1 16届学生在期中考试前后选A和选B的对比 图2不同班级学生在期中考试后选A的对比

尽管问卷题目的选项较少，仍然可以反映出一些特点。首先，从图1可看出，期中考试后，希望使用英文原版教材,认为使用英文原版教材有收获，希望课堂语言以英文加上必要的中文，对课堂全英文课件加板书的方式比较满意的比例有所提升。从图1还可看出，期中考试后，学生课后花在阅读英文教材的时间有所增加，更容易读懂英文试题，对所学内容掌握程度更好，认为双语教学成功的比例更大，反映出学生基本慢慢适应了英文教材和双语教学，这也说明，学生在花费大量时间学习和阅读英文教材后，感觉到英文教材的细致、富有启发性和前沿扩展性的特点。所以，双语教学中当学生不想学英文甚至有抵触情绪时，教师首先不能着急，要认识到这是一个循序渐进的过程，相信在对学生持续不断的鼓励下，一定可以有所收获。其次，从图2可看出，不同班级学生对双语教学表现出不同的态度。1650111和1650151班的学生对双语教学表现出较大程度的认可，1650152班的学生相对表现出较小程度的认可。可见，取得好的教学效果，除了跟学生个人、教师有密切关系，还跟班级氛围等因素有关。

3 存在问题及改进设想

教学改革短时间内要取得明显成效并不容易，双语教学中仍存在两个突出问题：（1）学生阅读英文教材普遍存在困难；（2）英语原版教材的内容多、信息量大，在有限的课时内很难讲完。

今后的双语教学拟从几个方面加以改进：（1）引入以问题为导向（Problemed-Based Learning, PBL）的教学理念，启发学生思考地球物理信号处理中需要解决的前沿问题，以专业前沿问题激发出学生的学习兴趣。（2）利用雨课堂工具，进一步加强互动教学和个性化教学。充分利用雨课堂的随堂测加大课上的互动，利用课后不下线特点，及时将作业情况反馈给学生，并根据学生的不同层次特点进行分组，给不同的组以不同的任务，努力培养具有创新精神的人才。（3）努力提高教师的业务素质和英语水平。双语教学质量的提高，需要学生的努力，同时需要教师具备扎实的专业科学技术知识以及熟练的英语听、说、读、写能力。出国进修是提高教师英语能力的有效途径，如果由于各种原因没有机会出国，那么通过国外优秀教学资源（比如Metel、MyET）进行自学，也可以有效提高专业技能和英语口语能力。

总之，双语教学是培养高素质人才的迫切需求，有利于学生今后的学习和工作，有利于师生接触英文资料、掌握专业领域前沿动态，而对于双语教学中存在的问题需要进一步思考和解决。

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Practice of Bilingual Teaching of Digital Signal Processing Based on Rain Class  

WU Ye, Kang Jian, SUN Shoucai, Fang Chunhui, Wan Yongge

(Department of Earth Sciences, Institute of Disaster Prevention, Yanjiao 065201, Hebei, China

Beijing Disaster Prevention Technology Co. Ltd, Beijing Tongzhou 10100)

Abstract: In order to keep up with the rapid development of informatization education, based on the experience of bilingual teaching in domestic first-class universities and on the analysis of the common problems in bilingual teaching, we actively carry out bilingual teaching reform and practice on the digital signal processing courses of geophysics major in our university. This paper mainly discusses the specific implementation process of two rounds of bilingual teaching, the problems encountered and the solutions, and the promotion of the bilingual classroom teaching tools to promote the bilingual teaching reform, and provides reference for the university to carry out bilingual teaching based on the rain classroom.

Key words: bilingual teaching; rain classroom; digital signal processing; PBL teaching