融合研討式學(xué)習(xí)與 CDIO的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)

摘要：針對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，提出了融合研討式學(xué)習(xí)與 CDIO理念下的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革思路。通過討論式教學(xué)方式、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、學(xué)科交叉、改革課程考核方式等措施提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：信號(hào)與系統(tǒng)；教學(xué)改革；CDIO

作者簡(jiǎn)介：印勇（1963-），男，重慶人，重慶大學(xué)通信工程學(xué)院副院長(zhǎng)，教授。（重慶 400044）

基金項(xiàng)目：本文系重慶市高等教育教學(xué)改革研究重大項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：101103）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）34-0071-02

傳統(tǒng)的工程教育偏重于學(xué)科知識(shí)的傳授，在實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力方面的教育、訓(xùn)練存在許多缺陷，嚴(yán)重影響了人才培養(yǎng)的質(zhì)量，已經(jīng)不能滿足時(shí)代發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)提出的要求。

2000年，美國(guó)麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成跨國(guó)研究組合，經(jīng)過四年的探索研究創(chuàng)立了CDIO工程教育模式并成立了CDIO國(guó)際合作組織。CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)作（Operate）四個(gè)英文單詞的縮寫，它是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象表達(dá)。CDIO是一整套符合工程科技人才成長(zhǎng)規(guī)律和特點(diǎn)的教育模式，它通過各種教學(xué)方法讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，具有很強(qiáng)的可操作性，是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果，具有良好的發(fā)展前景和推廣價(jià)值。

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程是電子信息類相關(guān)專業(yè)本科教育中最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。該課程通過將信號(hào)和電路系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型、分析和研究信號(hào)與線性系統(tǒng)的基本概念、原理、方法與性能。該課程理論性強(qiáng)，課程內(nèi)容與數(shù)學(xué)知識(shí)和物理概念聯(lián)系緊密，是本科教學(xué)中公認(rèn)的“難課”。為高質(zhì)量地完成信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)，我們借鑒CDIO工程教育理念，對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐，教師通過問題引導(dǎo)、學(xué)生課外自主研究、課堂討論的教學(xué)模式發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的意識(shí)和思維方法。

一、傳統(tǒng)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)模式的不足

1.“滿堂灌”式的“一言堂”課堂教學(xué)

傳統(tǒng)“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)中主要采用以教師講授為主的教學(xué)模式。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中僅被動(dòng)地接受知識(shí)，加之課程理論性強(qiáng)，課程內(nèi)容涉及復(fù)雜抽象的數(shù)學(xué)關(guān)系，學(xué)習(xí)起來比較晦澀難懂，造成相當(dāng)部分學(xué)生的厭學(xué)情緒，不利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。

2.理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐脫節(jié)

一般該課程配合理論教學(xué)內(nèi)容僅開設(shè)了少量的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，且在課程教學(xué)中教師往往只注重純理論知識(shí)的傳授，面對(duì)抽象的數(shù)學(xué)關(guān)系，學(xué)生很難與實(shí)際工程中的物理概念與工程概念聯(lián)系起來，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程概念、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力，難以提高學(xué)生主動(dòng)參與的興趣。

3.學(xué)科知識(shí)缺乏融會(huì)貫通

“信號(hào)與系統(tǒng)”與“電路原理”、“電子技術(shù)”、“通信原理”等課程雖有密不可分的聯(lián)系，然而，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中把它們視為毫無關(guān)系的相互獨(dú)立的課程，幾乎無法體會(huì)到它們之間的聯(lián)系，缺乏課程知識(shí)間的融會(huì)貫通。

4.課程考核方法單一

該課程的考核一般都采用期末一次性考試，同時(shí)參考平時(shí)作業(yè)評(píng)定成績(jī)的方式，考核方法單一，缺乏對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的控制和評(píng)價(jià)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行能力素質(zhì)的考核，導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)與能力素質(zhì)發(fā)展不協(xié)調(diào)。

二、基于CDIO理念的課程教學(xué)改革

1.合理設(shè)置疑問，采用研討式教學(xué)方式

在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)中，我們梳理總結(jié)了課程知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程各部分知識(shí)的特點(diǎn)，合理設(shè)置疑問，并將學(xué)生每4～6人分成一個(gè)討論小組，讓學(xué)生課外查閱資料，在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行課堂討論和陳述，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)、積極、自覺思維的內(nèi)因，活躍教學(xué)氣氛，提高教學(xué)效果。如，采用微分方程分析線性系統(tǒng)響應(yīng)的教學(xué)中，在課前設(shè)置“怎樣利用微分方程的特解、齊次解分析系統(tǒng)零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、全響應(yīng)？有多少種分析途徑？零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、全響應(yīng)與系統(tǒng)初始狀態(tài)、原始狀態(tài)有怎樣的關(guān)系？”等疑問，讓學(xué)生利用已有的微分方程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，在課外查閱資料，在課堂通過討論和陳述觀點(diǎn)使學(xué)生牢固掌握該知識(shí)點(diǎn)，提高教學(xué)效果，徹底改變了目前教師“滿堂灌”的教學(xué)方式。

2.通過基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合

“信號(hào)與系統(tǒng)”是一門理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，需要學(xué)生將抽象的數(shù)學(xué)關(guān)系與實(shí)際工程中的物理概念和工程概念聯(lián)系起來。通過設(shè)計(jì)若干課程研究項(xiàng)目，如“信號(hào)頻譜分析研究”、“信號(hào)分析與音樂合成研究”、“吉布斯效應(yīng)研究”、“線性時(shí)不變系統(tǒng)頻率特性研究”等，引導(dǎo)學(xué)生分小組依托開放實(shí)驗(yàn)室自主完成項(xiàng)目研究，并撰寫研究報(bào)告，讓學(xué)生真正理解和掌握理論知識(shí)，并應(yīng)用理論知識(shí)解決工程實(shí)際問題，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目的更加明確，實(shí)踐動(dòng)手能力得到明顯增強(qiáng)。

3.學(xué)科交叉，拓寬學(xué)生的知識(shí)面

“信號(hào)與系統(tǒng)”是建立在“高等數(shù)學(xué)”、“復(fù)變函數(shù)”、“電路原理”、“電子技術(shù)”等諸多學(xué)科基礎(chǔ)上的一門課程，要求學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。在教學(xué)中要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)分析理論的同時(shí)，鞏固和提高其他專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)、能力。如學(xué)生通過線性時(shí)系統(tǒng)傳輸函數(shù)的研究和學(xué)習(xí)，進(jìn)一步拓寬“電路原理”課程中二端口網(wǎng)絡(luò)、電路的頻率特性、電子技術(shù)課程中放大器增益、頻率特性等方面的知識(shí)；通過編寫Matlab仿真程序，加深計(jì)算機(jī)語言和軟件方面的知識(shí)；通過課程分析討論和項(xiàng)目研究，掌握處理信息和觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α＿@樣，本課程的學(xué)習(xí)就與“高等數(shù)學(xué)”、“復(fù)變函數(shù)”、“電路原理”、“電子技術(shù)”等多門課程緊密結(jié)合，使學(xué)生對(duì)各課程知識(shí)融會(huì)貫通，對(duì)學(xué)科知識(shí)有更深刻的理解和更寬闊的思路。

4.加強(qiáng)課程教學(xué)過程控制，改革課程考核方式

改革“信號(hào)與系統(tǒng)”課程考核方法，要求每位學(xué)生必須參與課程小組討論，并在課堂上陳述自己的觀點(diǎn)；通過課程設(shè)置的研究實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行“做中學(xué)”，并將其納入課程考核范圍。本課程期末考試僅占總成績(jī)的50%，課程研究實(shí)踐項(xiàng)目成績(jī)、作業(yè)、課堂討論等占總成績(jī)的50%，改變了“期末一考定終身”的方式，強(qiáng)化了學(xué)生參與教學(xué)全過程的意識(shí)。

三、教學(xué)效果

在融合研討式學(xué)習(xí)與CDIO理念的指導(dǎo)下，通過課程教學(xué)設(shè)計(jì)和兩屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和鉆研的積極性明顯增強(qiáng)，學(xué)生在課堂上積極主動(dòng)地進(jìn)行思考和回答問題，對(duì)學(xué)習(xí)充滿了興趣。他們發(fā)現(xiàn)課程涉及的數(shù)學(xué)公式不再枯燥抽象，而是解決實(shí)際工程問題的引人入勝的有力工具。學(xué)生在課外利用開放實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立主動(dòng)完成課程研究項(xiàng)目不僅鞏固了課堂和教材上的基本知識(shí)，還融入了其他課程或參考資料中的信息，拓寬了知識(shí)面。例如，在“信號(hào)分析與音樂合成研究”中，學(xué)生不僅鞏固理解和掌握了信號(hào)頻譜、信號(hào)傅里葉分析方法等，而且還學(xué)到了樂理知識(shí)、音樂音調(diào)音色與其頻譜的關(guān)系，強(qiáng)化了計(jì)算機(jī)語言和程序設(shè)計(jì)能力等。學(xué)生們?cè)陧?xiàng)目研究學(xué)習(xí)中充分發(fā)揮自主創(chuàng)新思維，完成了許多富有創(chuàng)意的音樂合成作品，提高了綜合分析能力和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)束語

通過融合研討式學(xué)習(xí)與CDIO的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革優(yōu)化了課程教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)踐能力，初步形成了傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、素質(zhì)教育“三位一體”的課程教學(xué)體系；在課程教學(xué)中發(fā)揮了“學(xué)生是教育主體”的作用，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和促進(jìn)學(xué)生個(gè)性的發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）