基于OBE理念的“信號與系統”課程教學改革

張玉玲,王增鋒,于 泓

(魯東大學 信息與電氣工程學院,山東 煙臺 264025)

1 “信號與系統”課程存在的“痛點”問題

“信號與系統”課程是電子信息類本科生的一門非常重要的專業基礎課及核心課,也是很多985、211高校的研究生入學考試科目之一。結合多年的教學情況分析,“信號與系統”的教學過程中主要存在以下3個問題[1]。

(1)課程理論性很強,其中涉及大量數學知識,公式推導比較多,內容較抽象,雖然學生前期已經學習過高等數學、復變函數分析等課程,但是有相當比例的學生對之前已學的數學知識已生疏,心理上厭煩理論公式推導,比較容易感覺課程枯燥乏味。

(2)課程應用性很強,而考核方式卻比較注重理論,學生為了應試,能夠通過機械記憶和強化做題來記住大部分知識點,但是卻不能夠將理論概念、物理現象和工程應用有機結合起來,探索創新能力較差,不能夠學以致用。

(3)課程內容豐富,知識點多且零散,但是教學時間有限,需要學生課余時間發揮主動學習的能力,然而學生學習目的不明確,缺乏主動學習的“內驅力”。

雖然學生數學基礎和邏輯思維能力相對薄弱,但在互聯網環境下成長起來的當代大學生,對實際工程應用相關的知識具有十分強烈的好奇心,而且擅長通過網絡獲取學習資源。因此,為了解決課程中存在的上述問題,結合學生的特點,通過課程思政激發學生的內在學習動力,通過教學內容的精心組織提升學生解決復雜工程問題的能力,通過信息化的教學方法和手段提高學生的學習興趣與學習效率。

2 “信號與系統”教學創新實踐

2.1 教學理念及思路

基于OBE理念,圍繞通信工程專業學生培養目標反向設定課程目標,并通過相應的反饋環節,以達到對課程目標進行閉環監測、動態調整的目的[2]。課程重點強調知識點的物理意義以及工程應用價值,堅持理論分析與實際應用緊密結合,堅持基礎理論與前沿科技緊密結合,堅持課堂教學與課外學術活動緊密結合,通過“三個結合”,充分調動學生的學習“內驅力”。

課程采用“3+3+3”的設計思路:采用不同的教學方法,堅持傳授知識、培養能力、提高素質三者協調發展;充分利用信息化資源,針對課前、課上、課后3個階段采取不同的教學平臺設定不同教學任務;課堂教學從“案例導入”“知識點講解和分析討論”“總結歸納”3個方面層層遞進,同時利用MALTB仿真工具將抽象的概念可視化,加強師生互動,活躍課堂氛圍,提高學生的學習熱情。

2.2 教學模式改革

采用以學生為中心、“互聯網+教育”的模式來組織教學活動,結合傳統教學模式、翻轉課堂模式、分組討論模式,探索將現有課程網站、超星學習通平臺、MOOC平臺等多種互聯網資源整合的深層次多元混合教學模式,并根據知識點的難易程度,靈活切換各種教學模式[3]。

2.3 教學內容改革

理論課程內容可總結為兩大系統、兩種分析方法、三大變換,以此基本理論內容為核心,重點從課程思政和案例驅動兩個方面進行教學內容的擴展。

(1)教學過程中根據教學內容有效的同思政教育相融合,避免簡單的說教[4]。一是通過介紹信號與系統的發展歷史及其在不同國民經濟領域中的應用,培養起學生的學習興趣,通過介紹我國在相關領域的技術現狀及技術瓶頸,激發學生的愛國熱情。信號與系統課程中涉及的重要基礎理論,凝聚了若干科學巨匠的心血,結合他們的生平事跡,引導學生探索科學、勇于創新,培育工匠精神。

(2)在傳統教學內容之外,增加案例研討,從工程實踐項目中,從學科競賽題目中以及教師的科研項目中提煉出與課程相關的知識點,豐富教學內容,讓學生感受到學科研究的深度和廣度,了解目前所學的現實應用和進一步研究的方向。

2.4 教學方法改革

利用互聯網資源與信息化手段,在課前、課上、課后分別設定不同教學任務,分為先導知識點、課程知識點、拓展知識點3個層次。(1)在課前預習階段提前發布兩類信息:一是課程要用到的先導數學知識,以便基礎較差的同學提前復習鞏固。二是本節課的知識點,附加參考文獻供學生自學,對于復雜的任務鼓勵學生采用分組討論的模式協作完成。(2)課堂講授階段,以問題為導引,講授概念和分析方法,加強工程案例的教學,并將傳統理論延伸到當代信息處理的前沿。為活躍課堂氣氛,提高學生的學習主動性與積極性,采取搶答、分組討論、隨機提問、讓學生站講臺等方法,鍛煉語言表達能力,進一步加深對知識點的深刻理解。(3)課后自主學習階段,學生利用網絡廣泛查閱資料,利用第二課堂參與各種比賽及教師科研活動,學以致用。

2.5 教學手段改革

在課堂教學中,綜合應用多種教學手段,提高學生的學習積極性,主要有以下幾點[5]。

(1)采用黑板板書進行數學公式的推導演示,采用集圖文動畫于一體的多媒體課件和電子教案展示抽象的概念,采用MatLab仿真軟件對數值計算的結果進行可視化的直觀表現,以生動的表現形式講述動態性質的知識點,培養學生的學習興趣。

(2)將任務驅動法、思維導圖法引入信號與系統的課堂。“信號與系統”課程中講過兩大類方法,時域分析法與變換域分析法,對于同一個系統,學生可以采用不同的方法進行分析,并進行對比。“信號與系統”課程知識點比較零散,要求學生在每一章結束后,能夠畫出思維導圖,將各個知識點串聯起來,記憶更加牢固。

2.6 考核方式的改革

理論課成績由平時成績和期末考試成績組成。期末試卷中減少煩瑣的公式推導,根據課程目標,主要考查學生對基礎知識的掌握及靈活應用能力。另外增設附加題,包括綜合設計題或技術前沿相關內容,考察學生課余時間的學習成果。平時成績又細分為作業成績和課堂表現成績,鼓勵學生以不同的方法完成作業題,而課堂上的討論發言、課程項目的分析匯報也均計入課堂表現成績。

為了提高學生對于實驗教學的重視程度,實驗課跟理論課相同,也要進行正規的考試,打破傳統情況下全部學生一份試卷的做法,一人一題,抽簽決定,更能考察出學生實際水平。

這樣的考評方法避免了一卷定成績的做法,促進教師對于教學過程的監督管理,可以激勵學生加強日常的學習積累。

2.7 教學評價改革

對學生的學習評價由以前的教師評價為主,只在乎考試成績的單一評價方式向多元化、過程化、數據化改變,多主體參與,采用學生自評、生生互評、小組評價、教師點評等多種形式,平時表現和期末成績等多個評價成績并用,實現由終結性評價向全過程評價的轉變。

學生對老師的評價由學生期末評教的單一評價方式,專家聽課、同行評教、學生反饋、調查座談等多種形式貫穿教學過程,便于教師及時調整教學思路與教學進度,而不是期末時候僅由學生對教師進行評教,無法實時地改進教學。期末根據教學目標的達成度分析,進行教學方法和手段的持續改進。

3 結語

本課程的教學改革創新在教學過程中獲得了良好的效果,學生學習的主動性顯著提升。以學生為中心,以教師為引導,通過課前布置思考題,學生的自主學習有了方向,并且能“帶著問題上課”,課上通過對相關問題的討論,有助于吸收課程知識點,提高了學習效率;通過開展案例研討式教學,學習不再局限于書本知識,實際應用案例能夠豐富教學內容并把理論和實踐結合起來,在數學公式、物理意義和工程應用之間搭起一座橋梁。