應用型課程信號與系統教學改革的策略

王瑾 趙永強 劉青芳 薄曉寧

本文結合正在轉型發展的應用型本科院校的具體特點，針對“信號與系統”在應用性課程改革中存在的主要問題進行探討，特別是與自身院校師生特點相匹配的改革方法論被忽視，以學生為主體的教學改革變成了學校和老師的獨角戲，讓學生創新實踐、應用性課程改革基本流于形式，不能從根本上滿足地方本科院校轉型要求。本文從信號與系統教學轉型建設的視角，重點從教學改革策略、學生主動學習、學生學習效果改善和落實情況進行思考，提出了“以學生視角為主線的讓課程改革建設落于實處”的路徑探索。

一、 引言

應用型本科院校轉型建設是我國在高等教育領域設立一項重大工程，其核心理念重新審視高等教育辦學定位，解決地方本科院校定位向學術研究型本科院校趨同與地方經濟建設人才需求不足之間矛盾。課程建設是人才培養工作基礎，應用型課程建設是轉型的重要環節和有力抓手。

“信號與系統”是電子工程系所學專業一門重要的專業基礎必修課，主要研究信號與系統的基本理論，構建信號與系統數學模型的分析方法。隨著應用型本科院校轉型推進，傳統定型的課程建設與應用型人才培養目標存在明顯差距，因此，探索適合應用型人才培養模式下的“信號與系統”應用型課程建設具有重大意義。目前在改革實踐過程中存在落實不到位、改革流于形式，學生對改革認識深度不夠等問題。本文以我院信號與系統應用型課程建設為例，著力從學校和教師方面構建適合我院師生的教學體系和模式，做到真正以學生為主體的教學改革，重視思想引領行動的特征，激發學生對課程改革建設的深度認可，讓一系列完美的教學大綱、教學方法、教學手段起到作用，讓學生學習效果得到真正改善，讓課程改革落到實處。

二、應用型課程建設過程中存在的主要問題

（一）忽視學生思想的深度認可

應用型本科院校的轉型，應用型課程的建設，源于社會對人才類型需求的多樣化，應用型人才成為新時代需求的主流人才。在改革大潮下，學校和教師率先被引導并認可改革的必然意義，通過開會、培訓、學習等多種形式接觸，我院作為山西省首批轉型試點高校，為了加大改革力度落實，制定一系列應用型課程建設的方針和政策，鼓勵教師申請探索改革，并給予經費支持，學校實施課程跟蹤和推進，不斷把課程轉型中遇到的實際困難和經驗拿出來探討，迎合時代的發展需求。

學生呢？僅僅是開學的第一節課，簡單的把課程改革的消息傳達給學生，開始期盼他們能夠盡快轉變思想，適應從教師為主體到學生為主體的教學模式改革，并希望學生能積極融合到新的課程體系建設，關注學生的行動力，忽視了學生思想的深度認可，導致教師非常用力，卻達不到好的教學效果，學生的學習能力、分析和解決問題的能力及創新實踐能力未得到提高，甚至讓改革完全流于形式。因此，忽視學生思想深度認可是導致改革開展不順利，效果不理想的一大障礙。

（二）忽視學生能力的改革力度

應用型課程的改革，核心是從教師為主體的課堂，變成學生為主體，教師為主導的學習課堂。教學目的讓學生在重難點知識的掌握基礎上提高表達、思維、邏輯、分析解決問題綜合能力，充分發揮學生的自主性和能動性。教學內容、教學方式和教學模式均需進行相應的改革。

教學內容方面，為了更好的培養學生的實踐應用能力和知識轉化能力，增加一些與課程有關的科研內容，設計綜合性實驗，達到鍛煉學生自主綜合設計能力。課程安排的實驗學時數既要完成常規的基礎實驗，還需完成綜合性實驗，所以會進行任務分解，有些任務要在課后時間完成。

教學方式方面，通過MOOC為學生提供良好的學習平臺，迎合網絡時代的教學資源，是大家公認的好資源和好方法。翻轉課堂把更多的時間還給學生，讓學生思考問題，討論問題，解決問題，深刻理解信號與系統的物理概念和工程意義，需要學生付出更多的精力和時間，才能達到預期的良好效果。

以上這些改革策略針對應用型課程轉型，特別到位。這樣的改革力度忽視了應用型本科院校學生的特點，以我院電子系大二學生為例，修信號系統這門課的同時還需完成數電、模電等5門課學業，且數電和模電也是重要專業課程，都在進行課程改革，學生任務必然會加重，課余時間需同時兼顧多門功課的學習任務，大部分學生存在自學能力不強，自制力差的特點，使得以學生為主的課下學習效果堪憂，參與問題討論課堂環節，學生參與度不高，或被動參與，使課堂時間被安靜浪費。

（三）忽視學生主體的改革落實難度

為了讓課堂的主體轉為學生，提出了一系列有效的教學改革方法，比如文獻分層次教學，目的是因材施教，通過分析學生的學習目標、基礎能力進行分層次教學，此方法真正做到了以學生為主體的教學出發，推動教學內容的改革，實踐環節的落到實處，非常行之有效。問題是如何落實分層次教學，在一個三個班的合堂，教學不同的內容還是同樣的內容不同的要求，或是直接把不同的層次分為不同的班，這個課程教學具體該如何實施？需要學校配備更多的教師和教室，才有可能做到真正的分層次教學，落實難度較大。

文獻提出大班授課，小班討論的教學模式，兼顧了授課學時和教師資源有限，將課堂講授和專題討論相結合，有效的促進學生的自主學習和思考，無疑，小班討論需要增加更多的課時，對我們已安排好的合堂課時，不知道該如何進行增加？我們目前的信號系統課是二班或三班一個合堂，如果需要小班討論的話，課堂時間需要增加幾倍，如果把學生不多的課余時間增設討論課堂，學生變會成為無自主學習時間。或者按合堂來加入討論環節確實很難，人數較多，就一個問題展開討論，一節課下來討論不了幾個問題，存在效率不高，嚴重浪費課堂時間的現象。

三、應用型課程建設落于實處的教學探索

（一）增強學生對改革的認識

習近平總書記在召開學校思政課教師座談會上發表重要講話，深刻闡明了學校思政課的重要意義。在教學改革這個問題也是一樣，必須提高政治站位，深化思想認識，增強學生對改革的理論認識和親和力，樹立改革自信情懷，才能把課程建設真正落實到位。

讓學生明白改革的意義，認識傳統信號與系統課程教學模式的弊端和局限。傳統教學，課堂進行不斷的知識傳授，知識內化需學生在課外進行。以連續信號和系統的頻域分析為例，學生在課堂上被動接受有關的概念和分析方法，課后內化環節學生疲于應付完成作業，不斷進行信號的傅里葉變換，進行大量的數學計算，易忽視課程本來的特點和頻譜分析的物理意義，被復雜的數學公式煩擾，漸而失去自主學習的興趣。傳統教學模式學生深有體會，認同確實存在這樣的局限，教學的改革存在必然性。

提出改革的建議和方法，供學生思考和選擇。獲取信號與系統課程知識的途徑很多，通過書本、網絡慕課、微課等，需要通過課堂獲得自己無法從其他途徑獲得的知識內化和疑難問題的理解，讓老師真正發揮作用，使課堂時間最有成效。以連續信號和系統頻域分析為例，課堂時間，教師需進行引導性學習，清晰化學習目的，主講內容和知識重點。明確LTI系統頻域分析的基本方法，將正弦信號作為基本信號元，任意信號可以由不同頻率的正弦信號組成。傅里葉變換可以構建信號時域和頻域的聯系，重視其物理意義可以從頻域的角度分析信號，讓數學徹底成為工具為學習信號鋪路助力，而不是阻力。在課堂上進行重難點討論，答疑，糾錯，總結，使學生在課堂上進行內化提升。

總之，對課程改革建設的必然意義要認識到位，行動才能跟上來，學生才能對改革之路擁有前所未有的自信，把自己的大學青春時光投身于自我建設中，提高自己的綜合素養和能力。

（二）建立與我院學生特點相匹配改革深度

目前改革比較好的模式是翻轉課堂和問題討論式課堂，我們需要結合我院學生和課程本身的特點，創新適合我院師生的課堂模式。

讓翻轉模式融入學生課堂。結合我院學生和信號與系統這門課程的特點，具體做法可以分知識分內容分章節，選擇深入講解或自主學習， 比如關于基本概念，選擇老師深入講解開始，性質的推導，選擇自主學習開始，信號與系統的處理方法，選擇講解、做大量練習和歸納總結，每章結束時，學習的疑難問題選擇討論解決。既能起到增強學生的自主學習意識和求知意識，逐步養成研究性和探索性的學習習慣。

針對教學內容選擇適合的教學方法，讓方法為內容服務，為目標服務，為提高學生的綜合能力服務，而不能居于形式，為變換而變化。比如學習連續信號與系統的頻域分析，是將時間域映射到頻率域，揭示了信號的頻率特性，以及信號時間特性與頻率特性之間的密切關系。而傅里葉是一個偉大的數學家，找到了信號時間和頻率的關系，方便我們深刻的認識信號，明白頻域分析方法是以傅里葉的變換理論為工具，得到信號與系統的頻譜、帶寬、無失真傳輸、抽樣定理。當學生接收到這個清楚的內容架構后，就會感知傅里葉貢獻了很好的數學思想，解決時頻空間變換，而不是被繁瑣的傅里葉定義和變換搞得忽視信號系統本身的工程性，導致學生興趣低下，甚至知難而退。進一步通過實踐實驗環節，加深學生對頻域分析方法的理解。

（三）重視學生改革落實情況

教師層面，構建完善和合理的教學體系。把信號與系統中的數學概念，物理概念和工程概念有機統一，對每一次教學任務進行深入的整合和精心的安排，重視學生每一次自主學習任務的落實情況。課堂討論，重視學生的思維理解層面，包括錯誤和疑難。作業要跟蹤學生的完成情況，并在討論課上及時解決學生的疑惑，同時借助網絡學習平臺，讓學生隨時隨地能夠聯系到老師，解決疑惑，不積累問題。

加強實踐教學，強化仿真軟件的應用，把仿真實踐帶入課堂，包括matlab圖像仿真和實驗箱的仿真視頻。加深實踐要求，增加設計性和綜合性實驗。比如信號實驗箱可以開設的實驗項目有：系統的階躍響應與沖激響應分析，無失真傳輸，濾波器分析，抽樣定理和信號分析，信號分解和合成等基礎理論實驗20個；還可以開設DSP數字信號處理及二次開發試驗；我們的實驗學時只有10學時，在有限的學時內，對驗證性實驗整合完成，占用較少的學時，讓更多的學時留給實驗設計，提高對專業知識的實踐內化，讓提高學生的實踐動手能力真正落到實處。

學生層面，需要對教師構建的完整課程體系和課程任務，認真對待，力求對基本概念達到深入理解和掌握，時刻把數學概念，物理概念和工程概念緊密結合；記錄并整理自己學習過程中的疑難問題，通過多種途徑及時解決，對每堂課的新知識及時消化，并加固理解；每個章節學完，要及時總結和完善知識框架，對比學習連續信號和離散信號分析，養成良好的學習習慣。端正實踐環節的態度，認真對待每一次實驗任務，通過任務目標，設計實驗過程，實驗報告認真總結實驗數據，和原理進行對比分析，加深理解課程中所學的信號與系統的原理和分析方法。端正考試態度，關注過程學習，徹底改變考前沖刺不掛科萬歲的心態，讓考試成為檢驗學習成果的一次重要經歷。

四、結語

信號系統是我院教學改革的應用性課程，結合教學經驗和課程建設中出現的問題，針對我院師生特點，從教學正在轉型建設的視角，以學生為中心，以學習落實為目的，重點從教學改革策略、學生主動學習、學生學習效果改善方面進行思考，提出了“以學生視角為主線的讓課程改革建設落于實處”的路徑探索。客觀反映了應用型本科院校的學生特點，提出了提高教學改革質量的一些建議。

作者單位：太原工業學院電子工程系

基金項目：2018年太原工業學院應用性課程建設項目，2018YJ09Y