基于創新思維培養的信號與系統分析基礎課程教學模式

仇芝 賴欣 張禾 杜堅

摘 要 針對信號與系統分析基礎課程，開展創新思維培養的教學模式研究。該教學模式由營造創新環境、CPS模型教學方法應用、課程科研活動和多重考核四個方面支撐。通過在實際教學中的應用，大部分學生表示激勵了其學習興趣，提升了其創造性解決問題的能力。

關鍵詞 信號與系統分析基礎；創新思維；CPS模型

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）23-0085-03

Abstract The teaching mode of cultivating innovative thinking is studied for the course of signal and system analysis foundation. This teaching mode is supported by four aspects： creating an innovative environment， applying CPS model teaching methods， scientific re-search activities of course and multiple examinations. Through the application in practical teaching， the majority of students indicated that the teaching mode stimulated their interest in learning and im-proved their creative problem-solving ability.

Key words signal and system analysis basis； innovative thinking； CPS model

1 前言

隨著新一輪科技革命和產業變革的興起，未來人才培養應以創造性人才為目標。在新的形勢下，作為大學本科階段人才培養體系最基本的單元，本科課程該如何變革以應對新的要求，成為大學教師的研究熱點。本文主要介紹西南石油大學“信號與系統分析基礎”課程組針對創造性人才培養目標，開展的基于創新思維培養的教學模式研究。

2 “信號與系統分析基礎”教學現狀分析

信號與系統類課程自20世紀50年代在美國麻省理工學院開設以來[1]，迅速成為電類專業重要的專業核心基礎課，對學生整體專業素質的培養有著極其重要的作用[2]。該課程以通信和控制工程等作為研究背景，主要學習內容包括信號的三大變換、連續和離散兩類系統的時域與變換域分析方法和理論等。該課程是很多后續專業課程的總體理論框架，因此涉及的知識點多且互有關聯，眾多知識點以及課程獨有的特征非常適合培養學生的創造性思維（囊括了聯想、發散、逆向、直覺和變通思維[3]）。但傳統的教學過程中，教師注重知識點的傳授，強調理論公式的推導過程和數學計算能力，理論和實踐結合較少，教學方法和考核方式單一。由此帶來的特點是學生理論基礎較好，計算能力較強，但很難把握課程知識點之間的關系；理論聯系與工程實際的能力不足；課堂中容易感到枯燥乏味、興趣不高，缺乏內在的學習動機。國內針對信號與系統課程在教學模式和教學方法兩方面做了不少改革和實踐，如基于團隊學習方法的教學[4]、基于問題的教學[5]、以應用實例為主線[6]的教學、面向國際一流大學的教學模式[7]等，均取得很好的成效。

3 創造性人才培養研究現狀

關于創造性人才培養，學者一致認定學生的創造性能夠培養，并且要從培養創造性思維和培養創造性人格兩個方面進行。北京師范大學林崇德研究分析了國內外創造性人才的成長規律，總結出營造創造性環境、實施創造性教育、培養創造性能力、塑造創造性人格是創造性人才培養的重要途徑[8]。北京師范大學劉保存研究分析了美國大學創新人才培養的經驗，提出加強本科生科研的理念和實踐[9]。許曉媛、史代敏教授開展了67所學校的拔尖創新人才培養模式的調研，提出拔尖創新人才培養必須要改革教學方法、讓學生盡早參與科學研究活動，實行本科生導師制，推動產學研合作[10]。北京工業大學郭廣生認為，創造性人才培養的本質特征是人才培養過程創新，要明確學生創新與科學家創新之間的異同，培養目標要多樣化，善于營造濃郁的創新文化氛圍[11]。總結各高校創造性人才培養模式，共同之處有營造學生的創新環境，創新教學的方法和模式，盡早開展本科生科研，注意培養學生的創造性人格。

4 基于創新思維培養的教學模式

根據目前關于創造性人才培養和創新思維培養教學方法的成果，提出由營造創新環境、CPS模型教學方法應用、課程科研活動、多重考核四個方面組成的基于創新思維培養的教學模式。

營造創新環境 課程教學的創新環境營造不同于學校創新環境。在課程教學中，分析課堂、課間、課后三個環境的特點，采取不同的創新環境營造策略，如表1所示。通過在授課過程中根據課程內容傳授創新的方法和思路，介紹課程內容相關人物的創新故事，傳遞高年級優秀學子的創新事跡，展現科技創新相關的人和物，塑造榜樣，鼓勵學生勇于質疑，給他們提供創新的條件和手段實踐。

CPS模型教學方法應用 在創新思維培養方法方面，國內外學者認為1963年Osborn-Parnes提出的創造性解決問題的培養程序，即經修訂，現統稱為CPS模型（Creative Problem Solving Model）的教學方法較為有效。在應用CPS模型的教學方法過程中，以知識點為核心，充分挖掘知識點的發展歷程，將CPS模型（三成分六階段）教學方法經過調整用于課堂，教學方法流程如圖1所示。

成分一“了解問題”由構建問題、提出任務和收集資料三個階段組成。教師首先針對某知識點，充分挖掘其歷史背景和現實應用，精心完成問題的構建；然后在課堂中構建問題，包括問題的背景、意義等，并針對問題對學生提出任務要求；接著學生針對問題，利用網絡搜集與問題相關的資料，為下階段做好準備。

成分二“產生構想”由小組討論、提出解決方案、方案評價、發現方案困境四個階段組成，關鍵是要激發學生主動發現問題的關鍵——新知識點。這個部分的主體是學生，教師主要起到引導的作用。

成分三“計劃行動”包括新知識點學習、重回問題解決方案、完成知識點學習總結。新知識點學習階段是銜接“產生構想”成分中的問題解決困境，要解決問題，必須要引入新知識點。重回問題解決方案階段，是由學生應用所學新知識點回到問題解決，最后完成總結。

在CPS模型教學方法的應用中，由于新知識點學習是以學生自主發現為主，因此為了保證學習效果，利用班級QQ群發起投票，可以發現學生的知識薄弱點。在課程最后總結部分，重點進行回顧和再講解，這樣有效實現教與學的溝通和互動。

課程科研活動 課程的科研活動不同于實踐體系的科研活動，旨在緊緊圍繞課程內容進行深度擴展。首先根據課程內容精心選擇與其相關的課題題目，提出完成要求和標準，并在課程教學中輔以案例教學，介紹方法和過程；然后由學生組成學習小組，在課外以完成大作業的形式開展；最后在答疑課中集中展示和評價。在實際科研活動開展過程中，可根據學生的實際情況分為三個層次。

第一層次：科研課題的調研。目標是所有學生能夠了解科研方法和科研過程，調研內容應根據課程中提出的課題題目，由學生自主選擇，完成調研報告。

第二層次：科研課題的實踐。目標是大多數學生組成學習小組參與，以調研資料為基礎，利用相應的軟件或硬件完成科研小項目，最終完成報告并在答疑課中展示。

第三層次：科研競賽和參與真正的科研。目標是推薦少數能力突出的學生參與教師的科研團隊，或者參與高年級學生組隊的科研項目和競賽。

這三個層次由文獻調研、科研方法及實戰練習，到高階創造性的科研活動，逐步進階，既照顧了大多數學生的創造性科研訓練要求，又達到培養優秀學生的目的。

多重考核 傳統的學生學習情況考核由考試、作業和實驗三個部分組成，其中期末考試占課堂成績的70%。而國外一流大學[7]期末考試成績一般占總成績的40%～50%，他們更重視平時成績和實驗。多重考核方法從課堂學習、課后作業、實驗和實踐能力、考試等方面進行考核，可以較好地評估學生對課程知識的掌握情況，激勵學生重視平時的學習。考核標準為課程的課堂學習占10%，課后作業及小測驗占10%，科研小項目占20%，實驗占10%，期末考試成績占50%。另外，為了激勵學生在科研小項目上的投入，設計科研小項目期末展評活動，每個小組通過PPT或現場演示展示各組的成果并評出優秀獎。

在以上考核評價體系中，對學生課堂學習和科研活動參與情況的評價以小組為單位，設計課堂學習和科研小項目評價量表，如表2所示。

5 結語

以“信號與系統分析基礎”課程為例，提出基于創新思維培養的教學模式。該模式通過營造創新環境，激勵學生創新的動力和自信；采用CPS模型教學方法，提升學生創造性解決問題的能力和創新思維；開展小組互助式的科研活動，提供創新的條件；改善學生成績評價方法，更為合理地評價學生，激勵學生自主學習。教學模式通過在實際教學中的應用，得到學生的高度認可，他們認為新的教學模式極大地激發了學習欲望，改善了學習效果，有助于提升創造性解決問題的能力。

參考文獻

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