信號與系統課程線上線下混合式教學研究

摘" 要" 針對信號與系統課程在教學環節存在的問題，打造五位一體的教學資源庫，實施四項結合的教學機制，確立科學的培養目標，以此來充分調動學生學習的積極性，激發學生的應用創新能力，全面提高學生綜合運用所學知識的素質和能力。

關鍵詞" 信號與系統；混合式教學；教學改革；信息化教學；教學資源庫；MOOC；教材

中圖分類號：E251.3" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）08-0129-04

0" 引言

在“三位一體”的新型軍事人才培養戰略和軍隊院校信息化教學改革驅動背景下，5G時代的來臨和在線教育的迅速發展給軍事教育帶來巨大挑戰，也為軍隊院校順應時代潮流、發展在線教育、創新教育模式帶來機遇[1]。信號與系統課程作為軍校高等教育各電類專業的一門必修課，屬于專業背景類別，是本科學員獲得信號與系統基本理論和技能、掌握系統相關分析方法的一門專業基礎課，被喻為21世紀信息時代打開信息科學之門的鑰匙，是切實提高軍校學生電子信息素養和實踐能力的必要環節。信號與系統課程的基本特點是理論性、系統性和實踐性強，學員除了需要掌握基本概念、分析方法和綜合實踐方法，還需要具有解決實際問題和自主學習的能力。

為有效解決信號與系統課程中存在的諸多問題，提升學員的綜合素質，必須打破現有的傳統教學模式。因此，開展以應用創新能力培養為牽引，聚焦實踐為導向的信號與系統課程線上線下混合式教學改革研究是十分必要的，研究的突破點在于將現代信息技術發展的新成果引入其中，積極借鑒“線上+線下”混合式教學模式的成熟經驗，重構課程教學內容，創新教學模式，構建創新實踐學習體系，建設線上教學資源，激發學員自主學習意識，從教學體系、教學內容、教學資源、教學模式以及教學過程設計等多個層次進行改革研究。該研究有利于推進軍隊院校信息化教學改革，對提升院校人才培養質量具有十分重要的理論指導意義和實踐價值。

1" 現狀分析

1.1" 國內外研究現狀

信號與系統作為電子信息學科相關領域的一門主干專業基礎課程，對理工科大學生的知識、能力和綜合素質的培養有著重要且深遠的影響，在人才培養計劃中處于重要地位。當前，國外的工科課程大多數是以Lecture、Recitation、Lab的形式組織的，Lecture類似于普通的授課課堂，Recitation是由助教擔任的小班規模的復習答疑，Lab為實驗課。

在國內，西安電子科技大學采用課堂理論教學和線上實踐教學相結合的教學模式，“問題+知識+案例”相結合的教學方法，同時對考核方式進行改革。將在線課程的建設和線上資源的合理使用相結合，既能夠擴充理論教學的深度和廣度，又能夠提高學生的工程實踐能力，從而體現以學生為中心的工程應用型人才培養，提高教學質量。北京郵電大學將傳統講授型教學方法與基于團隊學習的教學法相結合，設計并構建可基于團隊學習（LTBL，Lec-ture and Team Based Learning）的混合式教學模式，提高學生學習的自主性、交互性，實現以學生為中心的教學目標。在軍內，陸軍炮兵防空兵學院借助泛雅平臺和雨課堂等信息化手段，積極開展信號與系統線上線下混合式教學模式探索，實現學員課前自主學習、課中教員精準教授、課后師生間高度互動交流的三階段一體化教學，并通過實際教學證明該方法的合理性和有效性[2]。陸軍工程大學利用信息化手段，開展線上線下相結合的混合式教學，將整個教學過程規劃為課前自主學習、課中面對面教學和課后鞏固提高三個環節[3]。

1.2" 存在問題

隨著軍隊院校信息化教學改革的不斷推進、信息通信裝備性能的不斷提升以及新形勢下軍事斗爭形態的演變，信號與系統課程在教學過程中存在的問題日漸突出，存在幾個亟待解決的問題。

1）課程授課手段單一。通常采用傳統的講授式教學方法，采用幻燈片結合板書講解，很難與學員產生良好的互動，容易導致學員進入被動學習的境地，難以提升學員的自主學習能力。

2）課程內容與信息技術發展的最新成果融入度不夠。信息技術發展日新月異，新技術不斷涌現，現有的課程內容已無法滿足當前新型軍事人培養和軍隊信息化教學改革的需求。

3）課程內容與裝備案例結合不緊密，學員對課程的學習目標不夠明確。學員在理論學習過程中沒有產生感性認識，只是片面地記住公式、原理和方法，對相關知識到底為什么能用、如何使用知之甚少，設計能力、創新能力、解決問題的能力得不到提高。

4）教材內容不夠與時俱進?，F有教材中理論概述過多，內容以結論推導為主，實驗及驗證性過程較少，偏向于模擬處理技術的理論研究，涉及模擬與數字處理的工程化實踐教學過少，導致教材內容不能很好地銜接嵌入當下流行技術DSP、FPGA、集成芯片等。

5）信號與系統課程線上MOOC資源雖然較多，但是由于培養對象和培養目標不同，大部分線上資源不能滿足當前人才培養方案的需求，學員在使用過程中接受程度較低。

2" 研究目標及思路

根據我軍未來十年人才發展總體目標，結合信號與系統課程理論性強、實踐性強、系統性強的特點，制定信號與系統建設的總體目標：以培養學員創新實踐能力、自主學習能力、綜合解決實際問題能力為主線，重構課程教學內容，構建創新實踐培養體系，創新教學模式，建立以學員為中心的工程應用型人才培養體系，為部隊培養綜合素質過硬且具有部隊特色的電子信息類人才。

為實現目標的研究思路有：

1）建設MOOC、教材、實踐項目、教學案例、教師隊伍五位一體的混合式教學資源庫；

2）實施線上自學、線下面授、項目引領、任務驅動四項結合的教學機制；

3）構建“知識—能力—情感”三維目標應用型人才培養體系，實現教學體系、教學內容、教學資源、教學評價、教學模式以及教學過程設計等多層次相統一、協調發展。

3" 混合式教學實踐

3.1" 建設MOOC、教材、實踐項目、教學案例、教師隊伍五位一體的混合式教學資源庫

3.1.1" 打造適合軍校學員的線上MOOC資源" 以教育信息化改革為切入點，積極吸取國內外MOOC建設的成熟經驗，建立MOOC課程網絡教學資源。海軍航空大學該課程團隊充分利用課程教學研究與改革成果，優化教學體系，在實現知識碎片化的同時，保證知識點有效串聯，突出基本原理與概念，明確信號表示與系統描述的教學內涵，把裝備案例、科研案例和生活案例與教學內容充分融合，將信號與系統MOOC打造成一門貼近裝備、面向實戰、生動形象、通俗易懂、科學嚴謹，適合軍校學員訪問學習的在線教育課程。

3.1.2" 整合教學資源，優化教材內容" 線上線下混合式教學將部分學習內容交給學員課下自學，教材就是學員課下自學的參考書。結合學生的專業背景和任職實際需求，對教材內容重新進行整合梳理，突出教學重點，弱化公式推導，注重工程概念和物理意義，將裝備實例、工程實例引入教材，實現教材與課堂、MOOC相統一。

3.1.3" 軟硬件結合，開發實踐項目" 信號與系統是進行電子系統設計的核心基礎課程之一，但課程本身公式多，概念較為抽象，不容易理解，一定程度上會限制學生應用能力的形成。此外，根據學員層次的不同，可分為學術性能力培養和工程能力培養。針對學術性能力培養的學員，應更加強調理論體系的完整性和算法的設計能力培養，使學員具備牢固的信號處理和系統分析能力，為后續學術研究打下堅實基礎。MATLAB仿真軟件不僅能快速幫助學員理解枯燥的理論知識，還可以幫助學員培養算法設計的基本能力。因此，課程組針對課程中的重難點內容，開發基于MATLAB的仿真實踐項目。工程能力培養主要服務于崗位任職，在培養過程中強化學員的工程素養和解決工程實際問題的能力，將簡單的信號分析與硬件電路聯系起來，合理設置基于嵌入式、FPGA的實踐項目，初步形成“理論為基礎、仿真助學術、實踐固工程”的教學閉環。

3.1.4" 加強教師隊伍建設" 混合式教學理念下的軍校教學模式對教師隊伍的要求相對較高，不僅要求教員具備扎實的專業知識以及對信息化教學平臺的熟練運用，更要求教員樹立以學員為中心的服務意識，在教學過程中能及時掌握學員的學習需求和學習動態，并及時給出反饋，實現線上線下教學的深度融合。

3.1.5" 挖掘教學案例，豐富教學內容" 根據課程特點，合理使用教學案例，能夠更加突出學員的主體地位，增強課堂的互動性。教學案例的設計不能脫離教學目標，應具備關聯性、實戰性、代表性和啟發性。關聯性是指案例應與教學內容緊密相關，不能脫離教學內容；實戰性即所選案例應能反應并一定程度上解決裝備問題，在提高學員運用知識的能力的同時，加深學員對裝備技術的理解；代表性是指所選案例與將學的基本知識點有密切的關系，具有舉一反三、融會貫通的作用；啟發性是指所選的案例能激發學員的思考，使學員多角度地發現問題，引導學員進行深入討論。

3.2" 實施線上自學、線下面授、項目引領、任務驅動四項結合的教學機制

基于五位一體的教學資源，以教員為主導、學員為主體，將線上MOOC資源與線下課堂進行深度融合。根據軍校學員的特點，有針對性地改進教學模式，合理設置教學環節，實施線上自學、線下面授、項目引領、任務驅動四項結合的教學機制。

軍校作為軍事人才培養的主要渠道，正逐步突破傳統大學的圍墻，實現全體官兵共享優質教學資源，將信息化在線教育與軍校傳統教學深度融合，已經成為普遍共識。由于軍校的特殊性，學員的自主學習時間相對較少，必須合理設置學習時間和自學內容。課程組提前一周發布本周自學內容，布置線上自學任務，設置完成標準，保證線上自學的完成度。

在混合式教學模式下，教員應更重視線下理論教學，采用多種教學方法發揮自身在課堂的主導作用，通過推導數學公式、解析物理意義和列舉實際工程應用等環節，幫助學員理解并運用所學知識。教員要能夠根據線上學員自學完成情況有針對性地備課，有針對性地講授，提高課堂的學習效率。課上不僅要對學員課下自學內容進行復習、講解、答疑、解惑，而且要適時對學員自學情況給出反饋和點評，激發學員的自我學習動力。

以實踐項目彌補理論教學難度大、公式多等缺陷。實踐項目主要包括演示型項目、驗證型項目、研究創新型項目和自主設計型項目。其中，演示型項目和驗證型項目主要是針對已經學習過的知識和內容進行驗證性實驗，以此來加深理解，比如信號的分解與合成；研究創新型項目主要是讓學員在理解基本原理的基礎上能夠解釋實驗現象，或者一定程度上解決實際問題；自主設計型項目對學員掌握和綜合運用知識的能力要求較高，教員提供素材，要求學員能夠自行分析設計需求，設計出符合要求的系統。

在課程教學的各個環節，以任務為驅動，通過線上發布學習任務、線下發布主題研討任務等手段激發學員的學習熱情。將本課程的知識重難點問題進行梳理并進行模塊劃分，如信號運算應用、抽樣定理的應用、傅里葉變換之美等，結合學員的掌握情況設置任務的難易程度。學員以小組的形式完成任務，通過查閱文獻等方法對任務中的知識內容進行學習、分析、討論、總結和研討，最后以小組的形式進行專題匯報。整個過程完全由學員自主完成，教員針對學員遇到的難題和未解決的問題給出指導。這種方式不僅能夠實現知識的共享，還能夠培養學員的團隊合作意識，提高學員學習的主動性和學習效率。

3.3" 構建“知識—能力—情感”三維目標應用創新型人才培養體系，實現教學內容、教學資源、教學評價、教學模式以及教學過程設計等多層次相統一、協調發展

3.3.1" 知識及能力目標" 熟悉連續時間信號與系統、離散時間信號與系統的基本知識，熟練掌握確定性信號的傅里葉變換、拉氏變換、Z變換等方法原理，掌握信號通過線性系統的性能分析等知識。要求學員能夠利用所學知識對具體問題進行分析，獨立完成信號與系統的實驗項目、相關的創新設計等實踐環節，并且為后續課程的學習打下必要的基礎。

3.3.2" 過程與方法目標" 在課堂教學中，改變傳統說教、課堂講授為主的方式，將參與完成的科研成果搬進課堂，分解到每一個相關的章節，讓學員從應用的角度理解何為信號與系統。將課程思政與課程知識體系和多元化的創新實踐活動等有機融合，采取形式多樣的課堂教學方法，營造自主、合作、探究的良好學習氛圍與學習機制。由“帶著知識走向學員”變為“帶著學員走向知識”，在課堂教學中要加強對學員學習方法的指導，授之以漁，在學習信號與系統基本概念和基本原理的過程中，引導學員自主對具體問題進行分析。教員在上課過程中發揮主導作用，提供豐富的學習資源，讓學員充分發揮學習主體作用，提高學員的成就感，激發學員的自主學習能力。

3.3.3" 情感和價值目標" 夯實教學內容的載體地位，將本課程教學內容相關科研成果、時政要聞、名人軼事、軍事應用、實戰案例等內容融入課堂教學，讓學員了解我國通信行業現狀，激發學員的使命感和責任感，強化“科技強國、創新興邦”的理念，引導學員樹立遠大理想和愛國主義民族情懷，培養學員創新、求實、協作、奉獻的科學精神，激發學員的學習動力。

4" 結束語

隨著信息技術的不斷發展，基于信息化手段的混合式教學已經成為當前教育教學發展的趨勢之一。在混合式教學模式下充分整合、利用線上線下資源，制定科學的教學目標，確立合適的教學機制，可以充分體現學員的主體地位，激發學員的學習主動性和積極性，培養學員對知識的綜合應用能力和創新能力。

參考文獻

[1] 崔凱波，孫海濤，黃云鵬，等.基于在線教育的軍校裝備課程教學模式創新研究[J].教育現代化，2019，6（27）：45-47.

[2] 周杰，李文娟，張鵬.基于泛雅平臺和雨課堂的信號與系統教學設計探討[J].教育現代化，2019，6（51）：149-150，154.

[3] 王淵，賈永興，朱瑩.混合式教學法在《信號與系統》課程中的探索與實踐[J].教育教學論壇，2020（13）：303-305.

*項目來源：國家自然科學基金重大研究技術（91538201）；泰山學者工程專項（ts201511020）。

作者：孫雪麗，海軍航空大學航空基礎學院，講師，研究方向為電路電子技術；張亞周，海軍航空大學航空基礎學院，講師，研究方向為電路電子技術；鐘兆根，海軍航空大學航空基礎學院，博士，副教授，研究方向為通信信道編碼技術（264001）。