多平台多维度生物医学工程实验课程远程教学实践①

王晶 徐银冬 王昱然 樊建慧＊

(1.大连医科大学基础医学院 辽宁大连 116044；2.大连市友谊医院中医康复科 辽宁大连 116001)

生物医学工程信号处理类实验课程作为生物医学工程学科的基础专业课程，在此专业的学习中占据十分重要的地位。其实验即围绕教材中的基本内容，在Matlab等数学仿真类软件的环境下，进行相关处理，从而对学生的规范性、钻研性与创新性思维进行培育[1]。但由于某些特殊情况（如成人教育等），教师无法如以往开展课堂授课、与学生面对面进行讨论，于是，使用多媒体平台进行远程网络授课的方式开始完全普及。由于生物医学信号处理类实验课程操作性较强，需要从网络平台中进行信息反馈，但各种网络教学平台各具功能与特色，哪种平台线上授课方式可以帮助学生们更好地理解、操作实验成为一大难题。因此，结合多种线上教学平台进行远程授课，权衡利弊变得尤为重要[2]。

1 远程教学现状

图1 教学内容概览

线上学习常被运用与线下授课相结合，这是因为利用网络能极大程度地增加学生在单位时间内所学习的内容，且可根据网络媒介的可回放性，帮助学生较为系统、彻底地理解掌握知识信息，降低了知识获取的复杂度；同时通过课后的巩固，充分传达教学目的[3]。

某些特殊情况下，网络教学承担了线下教学授课与线上复习学习的双重任务。

2 实践目的

生物医学信号处理类课程实验作为操作性强的实验课程，仅仅通过教师网络平台远程授课是远远不够的，还需要远程操作进行授课[4]；因此，结合各种网络教学平台，根据各平台不同的功能、特色，权衡利弊，选择最适合学生的多平台结合远程教学方式，帮助学生们更好地理解实验，为生物医学信号处理类课程的理论学习巩固基础，提升学生们的专业技能[5]。

3 实践方法

在生物医学信号处理类课程的学习过程中，通过Matlab软件的实践，使理论与实践相结合，可以促进学生们更好地理解、巩固和运用所学知识[6]，并在日后的学习与研究中积累基础经验，夯实基础。《综合课程设计III》实践课程共计九章，36学时，结合多平台远程课堂教学，将其应用于生物医学工程专业二年级下学期的教学中。

3.1 实践对象

本次实践对象为大连医科大学本科二年级生物医学工程专业。授课时间为2020年春季学期，用时 9 周。

3.2 平台及其功能

本实践使用云班课（北京智启蓝墨信息技术有限公司）进行课前签到，促使同学们形成按时学习的良好习惯，同时，老师可以较好地了解同学们出缺席情况。另外，课后作业提交的方式也五花八门，可以让学生们在掌握课堂知识的同时，增加知识的趣味性。

本实践将雨课堂（由清华大学在线教育办公室联合学堂在线平台研发）作为核心授课平台：录播有声课件、上传预习视频供学生预习；进行弹幕交流形式的直播课，进行随堂小试，发布课后作业公告、上传课前预习、课后复习资料。

图3 讲解同学的实验操作成果

图4 雨课堂发布课堂小测

图5 使用云班课发布作业

由于雨课堂直播不能与学生进行语音交流，通过QQ直播（深圳市腾讯计算机系统有限公司）的形式，课上问题讲解与课后答疑则，直观传递信息给学生。

另外，由于网络远程授课的不可见因素，定期进行在线考试，以便了解学生们对知识的掌握程度。此形式在融智云考题库（北京融智云创软件有限公司）上进行。

4种网络教学平台进行综合线上远程教学，采用在线与离线学习紧密结合的方式，极大限度地增加了授课的便捷性与系统性。

3.3 远程教学实践

生物医学信号处理类课程实验的计算机环境为Matlab，这是一款致力于算法开发、数据可视化与分析、数值计算的高级技术计算语言和交互式环境的一款数学软件，目前在发达国家的大学教育和科研领域中常常作为一个不可缺少的重要计算机工具。现如今，国内也有越来越多的理工院校已或正在把Matlab作为工程相关学科计算机数据分析、辅助设计和教育教学专用[7]。此次实践教学目的是使学生通过Matlab掌握基于信号分析、LIT系统分析及数字信号处理的基本分析方法。

教学安排分为远程授课实践、自由操作、问题答疑、知识检测、课后复习五部分。其中远程授课与问题答疑部分主要在雨课堂、QQ直播进行，课后习题部分在云班课进行，知识检测则使用雨课堂和融智云考题库。共计 36 学时，9 周次进行网络远程教学，具体教学内容安排如下。

(1)课前签到：云班课开设签到活动，了解学生们的出席情况。

(2)远程理论讲解：雨课堂发布有声课件，供学生学习，且可以回放，便于学生们充分进行课前预习，从而减少因教材缺乏等原因引起的预习困难，并缓解实验学习的压力。

(3)远程实验讲解：通过QQ直播的方式，引导学生们使用Matlab软件进行实验。

(4)自由操作：学生使用Matlab进行自由操作，对刚学到的内容加以实践。在学生遇到操作困难时，可邀请老师使用QQ平台远程控制桌面，及时解决因距离造成的沟通不畅等问题。

(5)随堂知识检测：在雨课堂平台发布随堂检测试题，牢固知识点。设置答题时限，督促学生认真完成远程学习，避免互相抄袭。

(6)问题答疑：经学生反馈，搜集疑难，统一通过QQ直播形式进行解答。

(7)课后复习：通过雨课堂平台发布课后作业与实验报告等一系列任务，并通过云班课进行成果验收，批改。

图6 生物医学工程专业成绩统计

表1 学生学习意愿统计

(8)在线考试：为更好了解学生对知识的掌握情况，定期利用融智云考题库平台进行期中、期末在线考试。

3.4 教学实例

以《连续时间信号在 matlab 中的运算》实验为实例。

本次实验目的为：学会运用Matlab进行连续时间信号的时移、反褶、尺度变换；连续时间信号相加、相乘运算；计算连续时间信号微分、积分；计算两个连续时间信号的卷积运算。其中卷积运算是连续时间信号中一种重要的运算，与今后着重学习的傅里叶变换有着密切的关系；单位冲激信号就可以实现标识复杂信号的功能，通过推导和演变，引出卷积积分的定义式。在实际操作中，可以根据Matlab中符号运算函数与运算工具箱的强大功能，计算积分、求导与卷积等功能。本次实验的教学内容丰富，教学方法流程图如图1所示。

3.4.1 远程实践

根据实验要求，使用雨课堂进行连续时间信号运算理论的讲解，配合有声可回放课件，让讲解的方式形象生动，内容简明扼要。有声课件讲解如图 2所示。随后，使用QQ直播进行实验操作讲解。

3.4.2 学生操作

熟习基本操作后，接下来，由学生自主进行Matlab操作实验。其中分为两步，分别是随机分组讨论与随机点名讲解。随机分组讨论：将学号顺序打乱，并随机分成3组，进行远程讨论Matlab实验；随机点名讲解：在自主操作前进行随机点名，被点到的学生进行准备，在分组讨论操作后进行讲解汇报。学生汇报操作具体成果如图3所示。

3.4.3 知识检测

知识检测主要以随堂小测验为主，使用雨课堂发布小测验，对学生本堂课学到的知识做系统检测，并分析，搜集疑难，如图4所示。

3.4.4 问题答疑

搜集学生理论与操作上的种种问题与疑惑，进行统一解答。使用QQ直播，界面简洁清晰，方便观看学习。

3.4.5 课后复习

布置蓝墨云班课作业任务给学生，以实验报告成绩评定及学生实验思考来观察教学效果，如图5所示。

4 教学成果

在多平台网络远程授课实践中，通过几周授课讲解发现，相较于传统的线下教学方式或单一平台远程授课的乏味枯燥，多平台网络授课则可以更好地激发学生学习兴趣，发掘学生潜力，让老师更好地了解每个学生的学习状态[8]。通过云班课后台数据统计，在实践班中，平均课后作业成绩7.6/10分，其中不乏有成绩在9分及以上的同学，说明此种远程授课方式的授课学生掌握情况良好，即使是Matlab零基础的同学，也可以轻松通过远程授课的方式熟练掌握该软件及在生物医学信号处理类课程中的应用。具体教学成绩如图6。

5 教学效果

5.1 学生意向调查

本次实践邀请本科二年级生物医学工程班的同学们进行授课方式与兴趣的调查，共有27人参与此次调查。根据参考文献[9]，设计如下问题：（1）当前的多平台远程授课的学习效果与传统线下授课效果相比，那种方式较好？（2）哪种授课的学时、内容、课后作业可以适当增加？（3）哪种授课形式更有助于提高了学习兴趣？（4）你更喜欢哪一种授课方式？

5.2 调查结果

具体调查统计结果如表1所示。

6 实践结论

本实践根据课程重点和学生特点及知识点的掌握情况，将每个课程具体教学方案细化，通过雨课堂、云班课、QQ直播、融智云考题库等多平台辅助完成教学任务。由于远程课程实验不受时间和空间的限制，可弥补由于某些原因在家学习而引发的沟通不畅等种种缺点。实践通过合理设置教学时数，完善教学计划，以保证学生的听课质量与知识点掌握。远程实践授课配合电子教材、视频等资源，更能激发起学生兴趣，开拓学生的创造性思维。另外，远程授课提供了学生充足的自我学习、自由讨论、自主操作实践的时间，加深学生对知识的系统理解、熟练掌握与灵活运用。最后由随堂小测与课后作业检验学生学习情况。实践后的调查结果显示，相较于普通课堂，线上课堂更能使学生们积极主动参与课堂内容并应用于Matlab软件操作。这表明多平台结合远程授课方式，让学生的学习动力、动手能力得到加强，对信号与系统基础知识及matlab的基本操作掌握更加牢固。同时，这种远程授课方式也促进多学科课程和实验教学的现代化，远程线上实验教学与其线上线下结合教学的拓展必将成为今后教育发展的主流。