面向“卓越工程師”目標 進行“信號與系統”課程教學改革

畢 萍， 劉 毓

(西安郵電大學 通信與信息工程學院，陜西 西安 710121)

0 引 言

“卓越工程師教育培養計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)作為《國家中長期教育改革與發展規劃綱要(2010～2020)》組織實施的一項重大項目，其主要目標是培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類型高素質工程技術人才，即卓越工程師后備人才(以下簡稱“卓越工程師”)。“卓越計劃”是我國高等工程教育的重大教學改革項目[1-4]。我校以資深的郵電通信行業背景，作為第二批試點院校入選“卓越計劃”?！白吭接媱潯眹@工程能力這一核心問題，對人才培養模式進行了全方位改革，強化培養學生的工程能力和創新能力。

“信號與系統”課程是電子信息類專業的核心專業基礎課程。它以高等數學、線性代數、復變函數以及電路分析等課程為基礎，又同時是后續的數字信號處理、通信原理、數字圖像處理、語音信號處理、自動控制原理等課程的先修課程，在教學環節中起到承上啟下的作用，是工科學生的必修課。由于該課程理論性和工程應用性強，并且較為抽象，歷來是一門難教難學的課程。國外知名高校如哈佛、麻省理工、斯坦福等都開設了本門課程，并出版了大量知名教材[5-8]。我國各工科高等院校對此課程也非常重視[9-11]，東南大學、北京交通大學、西安電子科技大學等知名高校的“信號與系統”課程都是國家級精品課程。我校“信號與系統”課程是省級精品課程，理論教學已經達到較高水平，但針對“卓越計劃”的專業基礎課程教學改革還是空白。本文以面向“卓越工程師”培養為目標，結合我校教學現狀和教學資源[12-15]，圍繞教學內容、教學方法、考核方式、教學材料建設以及師資隊伍建設等多個方面進行該課程的教學改革。從而滿足“卓越工程師”培養目標的要求，同時給后續專業基礎課程教學改革提供借鑒范例，凝練和打造一支優秀教學團隊。

1 教學內容頂天立地

“信號與系統”課程是工科學生的必修課，就理論學習而言，其主要內容可概況為兩個任務(信號分析與系統分析)、兩種系統(連續時間系統與離散時間系統)、兩種方法(時域分析與變換域分析)和三大變換(傅立葉變換、拉普拉斯變換和Z變換)。為了適應“卓越計劃”的要求，針對教學內容進行了多方面的改革，如圖1所示。目的是重點培養學生的三個能力，即創新能力、動手能力和團隊協作能力。

1.1 理論學習頂天

本課程的理論學習是根基，因此是必須重視的內容。理論學習共64個學時，完整講授吳大正教授編寫的《信號與線性系統分析》(第4版)中的八章內容。以前授課時，偏重于公式的推導和習題的計算，往往讓很多同學誤以為這門課程是一門數學課。改革后，對于知識點重點強調其物理意義和工程應用，例如，講卷積積分的時候，將調制的概念引入，通過示例讓同學們了解卷積積分的應用，為后續的“通信原理”課程做鋪墊。這部分內容的加入，可以使知識點變得生動，理論不枯燥，這一數學運算可以解決實際的問題。只有讓學生深入理解了所學的理論知識，才能在實踐中進行創新，因此理論課程可以使學生所學內容頂天。

圖1 教學內容改革

1.2 實驗學習立地

在改革以前，我校的“信號與系統”課程沒有專門開設實驗課。但是，實驗課對學好課程的知識起到舉足輕重的作用。實驗課可以幫助學生深入理解理論知識，只有真正掌握了理論知識，才能夠完成實驗內容；實驗課可以將工程應用實例引入課堂，工科學生最重要的技能是應用能力和創新能力，例如觀察男女聲音的頻譜實驗，這就使得傅立葉變換的概念不再抽象，學生易于理解，繼而可以要求學生提取出男女聲音，給有興趣的同學一個創造的機會或者可以留待“數字信號處理”課程時進行解決。實驗課可以充分鍛煉學生的動手能力調動學生學習的積極性，并能夠驗證理論知識的正確性和其物理含義，因此實驗課程可以使學生所學內容立地。

1.3 研討學習和網路學習并重

在對理論課程和實驗課程內容進行改革的同時，還加入了研討學習的內容，例如沖激信號和階躍信號、傅立葉變換之我見等內容。這部分環節的加入是為了更有效地突出重點和難點問題，使學生全方位深入學習。通過各組同學去圖書館或者上網查資料進行總結研討，既學習了知識，又激發了興趣，例如有一半以上的同學知道了傅立葉和拉普拉斯的偉大成就，工科課程中也能融入人文知識。

這次改革從多方面搜集了各種知識內容，例如經典的外文資料[4]、各種經典教案和實驗教材、考試試題和考研試題、精品課程視頻資源和網站等等。通過學校的網絡平臺將這些信息發布，便于學生在課余時間自學，省去了自己查找資料的麻煩，同時使學生們開闊了眼界。對學習程度好的學生來說可以提高水平，對于學習程度較差的同學可以查漏補缺。

2 教學方法優勢互補

教學方法是教學改革的核心。課堂教學必須以學生為主體、教師為主導，師生互動，知識傳授與能力培養相結合，如圖2所示。為此，我們進行了深入的探索與實踐。

圖2 教學方法改革

2.1 學生由被動變主動

(1) 課堂小老師。工科的理論課程多數以教師的講解為主，學生作為知識的接受方一直處于被動的位置，如果教師講授時理論推導和數學公式過多，往往導致學生注意力不集中，且講課效果不理想，學生僅僅記住了結論。針對這一現象，我們推出了課堂小老師的教學方法。每堂課都有一位同學做小老師，到講臺上來講解本節課中與前續知識相關的知識點，這樣既迫使學生認真復習所學知識，同時提前預習課上內容，進而鍛煉了學生的邏輯思維能力和表達能力，讓學生參與到教師的課堂教學中來。

(2) 網路實驗課。本次改革，在教學內容上增加了實驗課程，但是總學時量并不允許占用課堂時間。因此，實驗課程通過網路進行。將需要進行實驗的題目、目的、內容、步驟、資料等發布在網絡平臺中，設定實驗報告和仿真程序的提交時間，同時在指定時間教師可以進行指導交流。利用網絡平臺解決了課時緊張的問題，同時學生有更多自主安排學習的自由，便于學生學會自我管理和自我約束，提升了學習效率。

(3) 問題研討課。在教學內容改革時提到了，對重點和難點知識點增加了研討課。這一教學形式，以學生為主體，充分發揮創造力和團隊協作能力，以分組答辯的形式對某些知識點進行討論。課堂成為了學生們發揮聰明才智的舞臺，例如，一組學生以生動的話劇形式，表現了信號卷積與傅立葉變換之間的關系，獲得了一致好評。在這一環節中教師作為主導，把握研討的內容，并對學生討論時遇到的疑問和錯誤進行講解。通過這種形式的教學，充分調動了學生的學習熱情，同時也能夠使教師掌握學生的學習狀況，并從學生的辯論中學到知識，與學生進行深入互動。

2.2 教師再學習再深造

(1) 示范教學課。對本課程進行教學改革，不僅從教學內容和和方法上進行改革，同時教師也必須不斷提高自身的知識水平、教學水平和教學技巧，才能勝任本課程的主講教師工作。為了使授課教師不斷學習，“信號與系統”課程教學團隊，每2周組織一次示范教學課，就一個知識點，請2或3位有經驗的教師進行講解，請部分學生參加。這樣，通過教師之間的研討，可以提高教學水平，把握知識點講解的角度，尤其使青年教師受益匪淺，有經驗的教師也可以吸取青年教師的長處。學生的參與，能夠從接受對象的角度對教師的授課方法提出中肯的意見和建議，效果非常顯著。這一環節為打造和凝練優秀教師團隊奠定了堅實的基礎。

(2) 教學督導組。教學督導組作為把握教學質量的重要角色參與到教學改革中。教學督導組聘請離退休教授，對任課教師進行隨機聽課，并在課后提出不足之處，任課教師針對問題提出整改意見。在整個課程進行中，教學督導組給學生發放問卷調查，對教師的教學進行總體評價。通過這種手段，可以實時監控整個教學環節，同時提升教師的能力水平，也是教師與學生溝通的重要橋梁和紐帶。

3 考核方式靈活多樣

考核體系的科學性，對提高學生學習的積極性、養成正確的學習方法與正確的考試觀，都具有重要的意義。同時，考核的結果在一定程度上反映了教學效果的好壞，能夠幫助我們重新制定或調整改革方案，起到導向標的作用。改革以前本課程的最終成績包括：30%的平時成績，70%的期末考試成績。學生平時不扎實學習，但為了通過考試，到了考前突擊復習，做大量的歷年題，往往也能通過考試，甚至取得不錯的成績。但是，學生真正掌握了這門課程的知識點了嗎？學生掌握的是應試技巧而不是知識點，因此當后續課程用到本門課程的知識點的時候，學生一臉茫然，影響了后續課程的學習效果。分析了考試效果后，我們改革了課程評價體系。目前，本課程的評分標準為：出勤率和平時課后作業占10%，實驗成績占20%，研討會成績占20%，期末考試成績占50%。這樣，減少了期末考試所占比重，增加了平時成績的比重，同時偏重了實驗動手能力和討論自主學習能力。經過一學期的試點，兩個卓越班的同學取得了教好的學習效果，成績在同年級同專業中排名第一和第二，且不及格率遠遠低于平均水平。

4 結 語

本文全面而系統地闡述了面向“卓越工程師”培養的“信號與系統”課程教學改革，從教學內容、教學方法、考核方式三方面進行論述?！靶盘柵c系統”課程是電子信息專業專業基礎課程群中的一門呈上啟下的課程，通過本門課程的教學改革，可以總結得失，為后續的同類專業基礎課程的教學提供借鑒。面向卓越工程師培養的課程改革才剛剛開始，還需在此基礎上不斷總結，不斷創新，培養出合格的“卓越工程師”。

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