新形势下《生物医学信号处理》实践教学探讨

《生物医学信号处理》是生物医学工程专业学生必修的基础课程之一。在本科教学阶段，由于时间和资源的限制，大多数学生通常无法对课程内容进行深入和详尽的学习，对课程内容的应用方法只是初步了解，难以达到精通的程度。这不仅是因为该课程内容复杂，涉及的基础课程内容很多，还因为当前课程教学方法比较传统，其教学节奏和应用节奏脱轨，导致教学成果很难脱产，且实际的应用效率不高。为此，本研究尝试将一些新的教学模式应用到《生物医学信号处理》课程中，探索其教学未来发展之路[1]。1立题背景生物医学信号的分类众多，电信号、语音信号、图像信号等都是《生物医学信号处理》课程中必要的学习内容[2]。教学过程中难点问题较多，为了更好地传达课程内容并帮助学生理解，教师需要具备较强的教学能力和专业素养。作为生物医学工程专业的核心课程，《生物医学信号处理》的内容较为晦涩难懂。因此，大多数本科学院在教学阶段只能选取部分基础知识进行讲解，而无法对全科内容进行深入解读[3]。但是这并不意味着教学难度有所降低，因为拆分必要的课程内容可能会导致学生在教学过程中认知不清，甚至出现理论知识欠缺等问题。作为实践性很强的一门课程，《生物医学信号处理》要求学生在掌握课程理论和方法的基础之上还能够通过编程实现信号的有效处理，因此对学生综合素质的要求很高[4]。由于种种学科教学问题不断浮现，学科教育现状正受到严重影响。因此，教育模式的改革势在必行。2《生物医学信号处理》的教学策略2.1以课程特点和内容选择教学思路《生物医学信号处理》课程具有很强的课程交叉性，学生除了学习理论知识外，还需要学习大量的实验内容。生物医学信号处理的应用基础是《信号与系统》这门课程，作为工程技术类课程，学生需要先学习数理统计、高等数学在内的基础工科知识。所以整体教学难点大，学生理解效率低[5]。《生物医学信号处理》课程具有很强的逻辑性，因此，教师在设计教学思路时应该以课程内容为核心，确保教学思路与课程内容紧密相连，保持逻辑一致性。教师应当下放教学难点，传统的板书式教学难以突出课程内容中的重难点，并且在过去长时间授课过程中总结出的经验表明，很多教师为了尽量提高课程授课的完整性和知识点讲解的准确性，会有意识地突出课程的逻辑难点，不经意间就利用死板套路化的方法完成了定理和公式的授课[6]。解决这一问题的关键在于突破固有的教学环境限制，可以适当引入网络平台作为辅助教学工具。平台拥有更加全面的教学资料，对于课程讲解过程中的重点和难点内容，教师可以单独制作幻灯片或直接利用网络平台上的动画模板为学生展示，将原理介绍放到一侧，利用立体动画来吸引学生的注意力，同时还可以加入教师自己整理的部分真实生理信号，让学生自由对实例进行研究和解读。《生物医学信号处理》这门课程的授课难度和学习难度有目共睹，从教师方向看，授课不能一味地活跃和趣味化，因为课程本身带有的严谨性特质不可磨灭。这就导致很多教师无法衡量灵活授课与死板授课之间的平衡关系，久而久之会偏向选择更加保守的授课方式[7]。为此本研究考虑到网络平台应用可能会对学生造成的负面影响，在此特别强调要先对学生的学习能力和学习效率进行考察，之后由教师引导完成教学任务。2.2以学生学情和进度确定阶段性授课方式学生的学情和进度是影响授课效率的关键，大多数学生对《生物医学信号处理》这门课程都抱有较大的恐惧心理，因为可以预见的授课内容非常复杂，且最终的评价结果与课程教学成果息息相关，所以学情几乎成为影响学生学习效率的第一关键原因[8]。教师在授课的过程中需要优先考虑学生的学习心态，选择学生可以接受或者认为掌握能力较强的授课模式，尽量减缓学生对课程本身的排斥心理[9]。学情影响进度，而进度又是确定阶段性授课方式的关键。本研究主动推出网络化教学，一是因为当前网络教学模式盛行，大部分学生都有网络学习经验，对于互联网媒体没有过多的排斥心理。二是网络教学过程中资源可以共享，没有了课堂的束缚，学生会不由自主地放松心态，还能培养学生的主动学习意识[10]。阶段性授课的优势在于能够帮助学生制定小的学习目标，降低课程目标高度，进一步加大教学效益。教师可以将了解到的学生个体学习情况作为教学进度控制的关键，在开始授课时先为学生介绍本课程的整体教学内容，之后对教学区域任务进行划分，告知学生不同时期的教学具体内容，并先行划分教学内容的重难点。因为是网络平台授课，所以学生可以将教师授课所用的幻灯片拷贝下来作为后续教学的主要大纲[11]。这样不同时期有不同的授课内容，教师提前与学生达成友好的合作关系，告知学生必要的课程内容，也方便学生提前对相关知识点进行预习。教师甚至可以将预习板块纳入最终的成绩考核中，作为评价的一项指标，有意识地提高学生的预习效率和积极性[12]。生物信号处理因为内容庞杂，知识体系较为繁多，教师在进行网络平台授课时，按照课程本身的授课规律，可以划分为单元课程、章节课程、重难知识点这3个层次。单元课程之间到的知识点联系较为紧密，教师可以在集中时间段内进行讲解。而章节课程比较庞杂，但是系统梳理清晰，能够为学生提供必要的知识点学习框架，可以作为教师后续教学单元划分的主要对象。最后的重难知识点一般都囊括在前两个层次当中，在此教师可以分为两部分内容进行讲解，一是将知识点放在不同单元中整体讲解，将重点和难点内容醒目标注，与前后知识点产生一定的联系，方便学生理解和记忆。二是在后续的复习工作中单独将重难点问题划分出来，按照不同的课程系统进行规划，既让学生明确这部分知识点的基本归属，也能强调知识点本身的重要性，加强学生的记忆[13]。2.3导入课程思政教育内容课程思政教育是课程教学过程中必不可少的部分，立德树人始终是课程教学的主要发展方向，而实现立德树人目标不仅需要依靠专业的课程教学，还要依靠系统的思想政治教育。思政教育内容的出发点要和课程实际结合起来，要明确课程的教育需求，以及期望培养出的专业人才。生物医学工程的市场发展规模日益壮大，所以对《生物医学信号处理》专业的人才需求量会越来越大。市场渴望有更加优秀的工程师加入生产过程中，最终目的也是服务社会[14]。所以思想政治教育工作始终都是需要放在课程教学的第一位。教师在授课的过程中，要重视学生实践能力的培养，在实践教学的过程中不断考验和认知学生的专业素质修养和道德品质。将思政教育纳入到学生的评价标准中去，不断建立综合教育评价系统[15]。3网络平台在混合型课堂中的应用3.1课前导入提高课堂效率学生对于网络平台的应用有一定的积极性，因此可以将其作为学生预习学科内容的主要工具。教师可以给学生推荐一些微课的视频和预习习题，让学生方便找到预习方向，按照教师制定好的学习轨道进行预习工作，还可以利用超星泛雅平台提供资源共享服务，让学生在预习的过程中也能得到专业系统的引导。网络平台作为教师的辅助工具，必要时也可以激发学生的自主学习意识[16]。3.2课堂应用确定教学目标在课堂上，网络平台可以为教师提供必要的教学服务。教师可以利用网络平台上的信息资源扩充自己的教学资料库，辅助教师备课[17]。在强调网络平台资源的对应性和扩展性的同时，教师可以通过展示立体教学物料的方法帮助学生加深知识点记忆。首先，教师需要对课堂上的基础教学内容进行对应讲解，并利用网络平台的相关物料作为辅助，以引导学生进一步认识教学内容。然后，通过这些教学物料，教师可以引导学生进行拆分，并进行深入学习，从而更好地掌握知识点[18]。其次，教师需要有意识地扩展一些课堂教学之外的内容，通过对课程物料的进一步筛选，引入一些与课程相关但相对较为深入和复杂的知识点，以帮助学生建立更强的学习意识，并促进学生的学习能力得到进一步的发展[19]。3.3课后模式加深记忆理解基于学生对于网络教学器材的兴趣，教师可以在课后布置网络作业和复习任务，从而帮助学生更好地了解《生物医学信号处理》的课程知识，提高学生自主学习的积极性[20]。除此以外，教师还可以通过对网络作业的完成度和正确度评估来判断学生对于课程内容的掌握程度，及时发现学生的接受弱项进行针对性的补习教学，让课后教学成为反映学生学习情况、纠正教师教学重点的机制，形成反馈、修改的正向循环[21]。传统教学模式中对课后评价系统的建设比较空缺，所以教师应当在这一单元集中进行补充。课后模式的重点在于发现问题、改正问题这一纠正机制，其努力的方向应当是结合课堂内教授的知识，围绕教师在经验下总结出的重点、难点问题而给出针对性的训练内容[22]。课后模式可以最大程度地了解学生对于课堂知识的掌握程度，对于教学内容的接受程度，也可以反映出教师需要针对性加强的教学内容，将学生的兴趣与课程相结合，最大化地提升教学效果[23]。课后作业和任务的布置能够留给学生一定的自主学习空间，这有助于提高学生的开阔思维和学习能力，也有