以能力為導向的信號處理類課程模塊化教學研究

張變蓮　楊森林　董少飛

摘 要

圍繞西安文理學院 “以能力導向的一體化教學體系”建設，結合測控技術與儀器專業人才培養目標，面向測控專業的專業基礎、特點以及畢業要求，改革教學內容、教學方法以及課程評價方法，開展基于模塊化案例分析的發現式教學模式研究，并且在《信號與系統》、《數字信號處理》、《數字圖像處理》等本科生課程中推廣實施，并建立多種信息反饋的綜合考核和評價體系對人才培養過程進行評價，從而對教學改革進行進一步的優化調整，最終在知識目標、情感目標以及能力目標方面達到人才培養目標要求，并且培養學生的系統觀念、科技進步觀念和跨界創新能力。

關鍵詞

能力導向;發現式教學改革;模塊化教學

中圖分類號： G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 10 . 19

0 引言

培養和造就創新型人才和復合型人才，特別是創新型工程科技人才，是建設創新型國家并且實施科教興國戰略和人才強國戰略的關鍵之所在，對國家的發展具有重大的意義。近年來，隨著計算機技術和半導體技術的發展，信號處理技術得到了快速發展，并廣泛應用于電信、航空航天、控制等各種領域，信號處理類課程已逐步成為自動控制、模式識別、計算機應用等學科的重要選修或者必修課程。

基于信號處理類課程的特點，傳統的教學方法在測控以及相關專業的教學效果并不理想。該類課程特點：一是理論性強。課程涉及數學應用較多，公式繁多，課程用到微積分、卷積積分、傅立葉變換以及拉普拉斯變換以及Z變換等許多較復雜的數學推理和計算內容;二是實踐性強，該類課程在實際工程中有較多應用，比如信息處理、通訊工程以及濾波等方面具有較多應用;三是系統性強，其核心概念、原理特性以及應用設計的教學大多都不能脫離系統模型[1]。

基于西安文理學院“以能力為導向的一體化教學體系”建設，結合2018版測控技術與儀器專業人才培養方案，從教學方法與教學手段、線上線下教學模式探索、項目與理論知識考核等方面進行教學模式探索，探索以能力為導向的發現式教學模式[2]，培養學生的系統觀念以及創新意識。

1 模塊化教學體系的構建

西安文理學院作為一所偏重應用型的地方本科院校，測控技術與儀器專業一直致力于培養學生解決復雜工程問題的能力以及具備軟硬件開發和信息獲取、監測和控制的能力，而這些能力的培養需要借助于具體課程的實施來進行。在此背景下對“信號處理類”課程進行模塊化發現式教學模式進行探索就具有重大的意義。該教學模式的教學體系構建以及課程培養目標。依據測控專業2018版人才培養方案的培養目標，該教學改革的教學體系可以在工程知識、問題分析、設計開發以及研究等方面達到畢業要求所具有的既定目標。

根據該課程模式的模型，可以將信號與系統以及數字信號處理等課程的知識分為理論教學和基于項目的實踐教學兩大架構。作為整個知識體系的理論支撐，根據信號處理類課程公式繁多、數學知識多以及較抽樣的特點，理論知識主要注重核心知識點的深入講解。

2 以能力為導向的基于模塊化案例分析的發現式教學模式探索

我們學院是一所地方性的應用型本科院校，學院一直致力于發展學生的各項綜合能力。根據學校以能力導向的課程教學體系建設目標，針對測控專業的專業特色、特點以及畢業的各項要求，對教學模式、教學內容、教學體系以及課程的綜合評價模式，開展采用模塊化結合應用實例剖析的發現式教學模式改革探索，并且在《信號與系統》、《數字信號處理》、《數字圖像處理》等本科生課程中推廣實施，并建立多種信息反饋的綜合考核和評價體系對人才培養過程進行評價，從而對教學改革進行進一步的優化調整，最終在畢業要求所需要達到的各種目標要求方面達到標準，并且培養學生的宏觀觀念、綜合觀念和跨學科創新能力。

將發現式教學方法與模塊化案例分析結合在一起進行教學改革，主要的實施過程有：

（1）通過對教學內容進行重構，根據具體的實際應用案例將整個教學內容劃分為各個模塊。類似于抽絲剝繭，將各個模塊相關的重點知識體系組合起來，讓學生在具體的實際應用基礎上進行主動學習，以學生的自我探索為契機，結合自行組合的小組，進行合作學習，從而可以有效地提高學習效率。

（2）擯棄傳統的一言堂和大班授課，采用小班形式進行課程的學習。傳統教學過程中，學生的學習是被動學習，老師滿堂灌，但是學生的學習積極性以及學習效率并不高。采用小班授課，并且結合案例式的分析，可以讓學生看到學習每一部分知識的實際應用價值在于什么，可以用到什么樣的具體工程應用中，并且學生可以切實進行思考和發現式的學習，從而將學生的能力培養落實到實處。而且小班授課的教學活動在時間上和空間上大大增加，增加課堂的活躍度。

以《信號與系統》課程為例，傳統的講述主要是圍繞著信號作用于系統產生的響應是什么展開分析和討論，中間夾雜著很多的公式計算和分析，學生看到滿屏的公式可能就會產生學習興趣不高，或者干脆放棄這一部分的學習。如果針對發現式的教學特點重新梳理教學內容，并且結合具體的應用實例，比如常見的低通濾波器的設計，通過如何選擇元器件確定濾波器的參數為引入點，一步步過渡到基本的知識點，并且中間的過渡過程讓學生自由討論和發揮，那么這樣就可以將枯燥的數學公式放置于具體應用之后，而且每一個公式和符號對應的都有實際的物理含義，這樣學生學習起來就會覺得知識是生動的、可接受的。通過以上兩個教學改革的實施，可以將傳統的教學過程演變為教師引導、學生主動進行發現式的探索式的學習，結合模塊化教學方法，利用豐富的網絡教學資源，將學生的積極性提高，以學生的能力培養為主要的出發點，把發現問題和培養目標作為主要的教學要點。

3 課程考核和教師學生綜合評價體系

發現式的教學方法結合模塊化教學理論，在傳統的課程考核的基礎上，也需要對考核方式進行更新。結合理論教學和信號處理類課程模塊化教學的基礎上，采用線上線下混合教學模式，借助于超星泛雅以及智慧樹網絡平臺，分別創建了相關課程教學網站。平時的教學除了常規的面對面授課以外，還要求學生完成在線的學習任務要求，從而探究一整套完整的課程教學效果評價體系，既考察學生對知識的掌握程度，還全面考察學生的知識拓展度以及自學能力。主要的考核體現在：

（1）加強考核的全程性：考核不再局限于最終的考試，而是貫穿于整個學習過程。

（2）加強考核的隨機性：考核不僅限于知識點的考核，課前的預習，課堂的筆記以及課后作業都是考核的范圍。

（3）考核形式多樣性：課堂筆記、隨堂練習、章節測試、課堂積極度等等。

（4）特別是每一個模塊中實際動手的環節考核，對硬件設計以及軟件編程進行綜合考核并計入最后的總評成績中。

通過以上的考核方案，在模塊化教學的實施過程中，弱化了期末考試的重要性，提升了全程的參與性以及學生的積極主動性的考察，這樣可以在整個教學過程中監控學生的學習狀態。通過在線教學平臺的相關數據分析，還可以對現有的教學模式中不足之處進行改進和提升，從而不斷完善各個模塊的體系結構和教學模式。

結合模塊化教學過程，對教學效果的過程性考核主要體現在以下幾個方面：

（1）課前的預習情況。課程網站上上傳的有每一個教學模塊的課程教案以及逐步增加的實際案例，要求學生在給定的時間范圍內完成案例的解讀以及相關知識點的預習，預習情況可以由課程網站數據給出，從而督促學生積極主動地學習，而不是被動地學習。

（2）紙質作業以及網絡作業。以能力為導向的教學模式改革對學生的考察不僅僅是在于傳統的作業，更為重要的是和實際相關的一些具體應用。每一個模塊內容講述完畢以后，會給學生布置相關的實際應用的大作業，大作業結合具體知識點的作業以及網絡習題的完成情況作為學生的作業成績評定。

（3）模塊測試。借助相關的網絡教學平臺，對每一個模塊的知識點適時進行測試，測試方式多樣，可以是課堂練習，也可以是隨機的提問或者是小測驗，全方位地考核學生對各主干知識體系中的核心知識點的掌握程度。

（4）實際動手能力的考核。結合以能力為導向的培養目標，將學生分成若干個小組，小組成員之間有明確的分工，每一個模塊的內容學習完畢以后，對不同的小組布置不同的實際訓練項目，視完成情況的不同給出差異化的評價。通過對項目的實施，可以鍛煉學生的動手能力、團隊協作能力、資料查找能力以及實際應用能力。

4 結論

通過對實際教學過程中存在的問題的思考，結合 “信號處理類”課程傳統教學過程中存在的問題以及不足，逐步探索了 “信號處理類”課程的模塊化教學模式教學改革思路以及具體的實施方案，該探索以學生的能力培養為導向，采用發現式的模塊化教學構架。在如今的信息社會，信號處理類課程的重要性不可小覷，其相關理論和方法已成為智能化信號信息處理的重要理論依據，是新一代智能信息處理的核心專業基礎課，針對這些課程應用范圍廣，理論知識多，公式較多的特點，基于西安文理學院“以能力為導向的一體化教學體系”建設，結合2018版測控技術與儀器專業人才培養方案，從教學模式、教學方式、綜合評價方式、課程體系架構等方面進行合理設計以及探索和實施，開展以能力為導向的面向“信號處理類”課程的模塊化發現式教學新模式探索與實踐，并且結合網絡課程建設將理論性較強的同時較重要的內容開放在線課程。而實際應用關聯性較大、靈活性較強的知識點以案例的形式給出，并且以可視、可感知的方式呈現給學生，并且在學生的考核方面加強過程考核以及實際應用能力、團隊協作能力等綜合能力的考核，不斷優化從而最終在各個層面達到人才培養要求。

參考文獻

[1]胡衛軍，曹曉莉，等.《信號與系統》在線課程平臺設計研究[J].教育現代化，2018（23）.