基于线上线下混合式翻转课堂教学模式探索与实践
作者：汪枫 刘润华 唐文辉 张琳 周伟彬
来源：《科技风》2021年第33期
        关键词：线上线下;翻转课堂;统计信号处理;教学设计
        在传统的课堂教学模式下，学员被动学习，课堂参与度低，互动少，不能吸引学员的兴趣，从而导致传统教学的质量和效果较差。军校学员学习时间紧、内容多，如何使学员全面、高质量地获取知识是军队院校现代课堂教学需要解决的一个问题。
        线上教学模式突破了传统课堂教学模式在时间和空间上的限制，实现了课程内容和资源的开放，便于学员利用碎片化时间进行反复学习。而翻转课堂是一个将学习的决定权从教员转移到学员的大学教学新方式，其核心是使学员真正成为学习的主体。基于线上线下混合式翻转课堂教学模式的主要特征是：学员自由选择时间完成线上在线课程的学习任务，然后将自己不理解的问题记录下来。线下课堂教学时间用于检查线上学习情况和解决问题、讲解难以理解的概念和拓展应用、编程实现理论教学内容并开展讨论。教学内容的讲解不再占用线下课堂时间，使教员有更多时间与学员进行一对一的沟通交流，由学员轮流讲解线上学习内容。这种混合式
教学模式进一步培养了研究生学员的自主学习能力、交流合作能力、口头表达能力、理论算法编程仿真能力等，符合军校研究生学员能力素质培养要求。
        2020年，军队院校加速了开展线上教学的步伐，我院研究生课程“统计信号处理”课程教学团队积极尝试开展线上教学，并取得较好的教学效果。而线上教学的引入，明显增强了学员的参与性与自主性，同时也提高了学员的积极性，为传统教学注入了新的活力。因此在去年开展线上教学的基础上，今年针对“统计信号处理”中部分内容积极开展了基于线上线下混合式翻转课堂教学模式的探索，下面从统计信号处理课程分析人手，结合统计信号处理课程内容特点提出哪些内容适合采用线上线下混合式翻转课堂教学模式，并以“标准Kalman滤波应用实例”这一典型教学案例，展示基于线上线下混合式翻转课堂教学模式的课堂教学设计与实践。
        一、统计信号处理课程分析
        “统计信号处理”课程是一门数学基础要求高，理论性较强的基础课程。在传统教学过程中，大量的公式推导使得传统的课堂教学变得枯燥无味，很难使学员长时间的集中精力认真听讲，学员普遍反映学习困难，趣味性不高，积极性不好调动。下面进行详细分析。
        （一）课程基本信息
        （1）课程名称：统计信号处理。
        （2）课程属性：空军预警学院研究生必修课，线上线下混合课程。
        （3）线上课程：军事职业教育平台在线开放课程，国防科技大学电子科学学院罗鹏飞教授开设的“统计信号处理”。
        （二）课程教学目标
        通过本课程的教学，使本学科专业硕士研究生建立随机信号统计处理方法的基本概念，掌握扎实的统计信号处理理论基础，具备用统计的方法研究分析随机信号处理问题的能力和解决工程技术问题的能力。为本学科专业学生学习《现代雷达信号处理》《阵列信号处理》等后续课程以及进行课题研究提供理论支撑、分析解决问题方法指导。
        （三）课程学情分析
        本门课程授课对象为2020级信息与通信工程相关研究方向6名學员。根据本期班学员情
况看，主要有以下特点：
        一是学员内在动力足，学习积极性、主动性高。研究生学员相对于本科、大专学员最大的特点是有内在的学习需求与动力，听课注意力集中，能够积极与教员互动。
        二是先期课程基础较好，与本课程要求基本相符。学员学习了“信号与系统”“数字信号处理”两门先期课程，具备用变换的思想处理信号问题;学员学习了“数理统计”与“随机过程”两门课程，具备一定的统计思维能力。
        三是利用Maflab仿真编程能力较弱。绝大多数学员没有参加数学建模，不具备利用Matlab编程仿真能力。
        （四）教学方法
        本课程的核心内容是解决信号检测与估计问题，课程内容具有理论性强、综合性强、实践性强等特点。因此，在教学过程中，针对知识理论性强，采用优质在线开放课程资源，利用线上学习解决基本知识的掌握，课堂上重点解决学习过程中发现的问题，从而加深对知识的理解。针对知识综合性强，应力图做到适当结合前期所学基础知识，加强课堂教学设计，
力求引导学员自主利用前期基础知识综合分析在统计信号处理中的具体问题，从而不断提高学员分析问题解决问题的能力。针对知识实践性强，应力图做到结合实际应用，将仿真编程贯穿整个教学环节，尽量多用直观仿真结果说明问题、分析解决问题，降低知识理解的相对难度。
        课堂教学中针对不同内容模块，结合在线开放课程资源、学员专业研究方向需求，紧扣教学目标，研究匹配学员特点的教学策略设计。针对不同教学内容，分别采取“启发引导”“翻转课堂”和“理实结合”的方法。
        1.启发引导
        针对课程中理论性较强的基础知识部分，采取启发引导的教学方法，按照“导、做、思、评”四步开展教学。“导”就是引导，是启发学生思考的讲解，“导”要整体设计、把握要点，起到点睛的作用，“导”要贯穿教学的始终，开始导课要紧扣主题、引人人胜，中间导课要环环相扣，最后的导课要启迪思考。“做”就是针对一些难以理解的知识点通过做仿真、做动画等方式辅助，可以由教员课前做好，也可以在课堂上学员亲自参与动手做一些仿真实验。“思”就是思考，是学员在教员的引导启发下对教学内容的深入思考。“评”就是讲评和总结，
教员通过“评”梳理总结、同化新知，把新知识纳入学员原有的认知结构中。
        2.翻转课堂
        针对课程中部分综合应用性较强内容，采取翻转课堂教学方法能提高学员课堂参与度，同时提升教学效益。翻转课堂教学法以“三主”为核心开展教学，课前研学、课中讨论、课后归纳突出“学员主体”，教员巧设疑问、层层追问、精准小结体现“教员主导”，课堂讨论紧扣课堂目标、紧扣原理应用、紧扣错误辨析抓住“问题主轴”。
        一是教员主导。课前：教员利用网络平台，上传资源，发布任务;课中：课堂中教员采取问题牵引、问题启发、类比归纳的教学方法组织教学;课后：教学团队研讨交流、总结反思、优化教学设计。二是学员主体。课前：学员自主学习，自主探索;课中，学员根据课前准备和思考积极参与教学活动;课后独立完成思考题，以达到全面掌握的目标。三是问题主轴。学员巧用网络平台讨论区等，教员收集问题并精准把脉，从而在备课时做到有的放矢，为课堂讨论提供依据。
        3.理实结合
        针对课程中部分内容实践性强的特点，采用理实结合教学方法。结合学员不同专业研究方向，将检测和估计理论问题化解为实际应用问题，引导学员针对实际应用，编程仿真加深对课程内容的理解，化抽象为形象，让学员学懂学会并能学以致用。
        二、基于线上线下混合式翻转课堂教学模式典型教学案例探析
        下面以教学时长约为45分钟左右的“标准Kalman滤波应用实例”为例，采用BOPPPS教学模式组织基于线上线下混合的翻转课堂教学，主要的教学流程设计如下：
        （一）导入（Bridge-in）——教员引导，PPT、视频辅助展示
        以雷达跟踪目标的视频引入，介绍雷达航迹处理流程，引出本次课教学内容标准kalman滤波在雷达目标跟踪中应用。
        （二）教学目标（0bjective）——PPT展示
        1.知识目标
        理解卡尔曼滤波在雷达目标跟踪中应用，能写出两坐标雷达对匀速直线运动目标跟踪的
状态方程和观测方程。
        2.能力目标
        能够编程实现两坐标雷达对匀速直线目标跟踪滤波，提高学员仿真编程能力。
        3.情感与素质目标
        通过探究目标跟踪实现过程，培养学员用统计学思维去判断。
        为顺利开展后续的课堂教学活动，利用前测环节进一步了解学员对前期知识掌握情况。
        （三）前测（Pre-assessment）——检查学员线上自学情况
线上编程课排名
        （1）课前：布置线上学习任务，学习在线开放课程“统计信号处理”6.5节：要求：写出两坐标雷达对匀速直线运动目标的状态方程、观测方程;写出状态矢量的初值、均方误差阵的初值。
        （2）课中：检查学习情况，指定1名学员写出匀速直线运动目标状态方程、1名学员写出两坐标雷达的观测方程、1名学员写出状态矢量的初值、1名学员均方误差阵的初值。

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