基于PRIDE教學模式的信號與系統課程改革實踐探析

康長青，朱麗娟，孫成嬌，鄭毅，王峰

(1.湖北文理學院計算機工程學院，湖北襄陽 441053；2.湖北文理學院物理與電子工程學院,湖北襄陽 441053)

0 引言

我國高等教育質量問題越來越受到黨和國家的重視。國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020 年）指出“提高質量是我國高等教育的核心任務”。2018年召開的全國教育大會規劃了將我國建成高等教育強國的“三步走”戰略。黨的二十大報告強調要“加快建設高質量教育體系”。影響高等教育質量的要素眾多，而課程建設是當前提高高等教育質量的核心環節。在“金課”“一流課程”“101 計劃”等系列政策的教育指引下，如何落實立德樹人根本任務，如何著力提高課程質量，成為新時代高等教育工作者的責無旁貸的使命和擔當。

信號與系統課程是新工科諸多專業（如電子類、通信類、自動化類、計算機類等）的專業基礎課程，旨在培養學生掌握信號分析與處理的所需的基礎理論和基本分析方法，具備利用現代編程工具實現典型信號處理系統的能力，培養學生系統思維能力，提升分析問題和解決問題的能力，為學生成為我國電子信息制造業急需的卓越工程人才奠定良好的基礎。信號與系統課程作為電子信息類的專業基礎課，在人才培養方案中起著承上啟下的關鍵作用。廣大同行教師在課程思政[1-2]翻轉課程[3-4]產教融合[5-6]和綜合實驗[7]等方面進行了有效的課程改革探索，取得了較好的教學效果。然而學生反映的“講授多練習少”“公式多難度高”“不會應用”“不會編程”的現狀仍然未得到有效改觀。因此如何創建新型課程教學模式來著力提高課程質量，來適應新時代對大學生的綜合發展需求，仍是當前課程改革的嚴峻挑戰。

1 PRIDE教學模式的內涵

教學模式是指在一定的教育思想、教學理論和學習理論指導下的、在某種環境中展開的教學活動進程的穩定結構形式[8]。雖然不存在完全整齊劃一的課堂教學模式，但是以建構主義為理論為支撐的各種新型教學方式，通過主體性的、對話式的深度學習，充分展現了在激發學習積極性，提升合作溝通能力，促進高階思維培養和提升創新能力等方面的先進價值[9]，為廣大教師進行課程教學轉型并創建地方特色的新型教學模式指明了方向。

PRIDE 教學模式是由課程思政(Politics)、科教產教融合(Research)、啟發式教學(Inspiration)、研討教學(Discussion)和案例教學(Example)共同組成的課堂教學模式[10-11]，結構圖如圖1所示。其中，課程思政是指在課程教學過程中使價值塑造整合于知識傳授與能力培養的過程中，達到讓教育回歸育人的本質，促進學生成長成才的國家要求。科教融合是在科學研究和生產實際中提煉出適合教學元素并革新課程內容，培養學生的工程實踐能力和創新思維。啟發式教學是采用高質量的問題等形式來千方百計調動學生的學習積極性，讓學生舉一反三和觸類旁通，來達到促進高階思維培養綜合能力的目標。研討教學是師生圍繞課程目標或具體的工程問題，相互溝通交流，討論并探究的過程。案例教學是通過設計綜合性的復雜問題，讓學生通過自主學習和協同學習來學會分析并解決問題，逐漸培養學生的溝通協作和系統求解能力。

圖1 PRIDE教學模式

總的來說，PRIDE教學模式是一種以建構主義理論為主要依據的、有效落實立德樹人根本任務和全面推進課程思政建設的新型教學模式，不僅有助于學生高階思維發展和創新能力提升，還全面契合了將學生培養成為滿足國家科技創新發展與高水平科技自立自強所亟須的科技創新人才的培養目標。

2 基于PRIDE教學模式的課程改革實踐

2.1 構建思政框架，巧妙思政育人

按照《高等學校課程思政建設指導綱要》的要求，并依據實際校情、學情和課程特點來構建了能力思維、精神修養和國家民族三個層面的內容體系，如表1所示。設計符合思政框架的具體思政元素作為課程思政目標，在課程的具體教學環節，通過在微觀的教學設計層面來設計一些特色的思政案例，來避免形式化表面化的說教，讓課程思政目標巧妙融入教學環節，來達到“潤物細無聲”的良好效果。

表1 課程思政框架和思路

2.2 融合產業科研，更新教學資源

考慮學生未來從事地方優勢產業的就業需求，引入課程知識所對應的行業應用案例來豐富課堂教學資源。采用“基礎課行業知識融入，核心課校企雙方共建，實習課參與企業課題”的思路，來深化課程體系改革，著力加強學生熟悉地方產業，增強行業知識技能，提升工程應用實踐的綜合技能。比如在教學中運用異步電動機啟動電流是額定電流的倍數數據來解釋書本中學生覺得非常抽象的單位沖擊函數δ(t)。通過額定功率計算結果（超過額定功率的倍數）來講解沖擊電流讓連接電機設備損壞的后果。通過現有的電機啟動控制器的控制效果圖，來引出如何設計系統傳遞函數，激發學生學習興趣。

考慮學生未來從事專業深造、考研考博所需的科研素養培育需求，引入科研項目來拓展課程的深度。通過裁剪與教學內容相匹配的科研項目，讓部分學生來參與到教師的科研工作中，增強對科研工作的理解，培養一定的學術技能和研究技能，逐步增強他們的未來深造和從事科研工作的職業意愿。例如在教學引入“管道信號泄漏定位系統”，讓學生查詢資料和專利文獻，利用相關系數法來定位泄漏位置，并與文獻中的先進方法和工程實際作對比，發現指標差距，激發科研動力，為以后從事科研工作奠定良好的基礎。

2.3 運用啟發式教學，引導學生思考

啟發式教學是以高質量問題吸引學生,通過引導學生積極主動思考、激發學生興趣、發揮學習主動性、發展綜合能力和培養高階思維的教學模式。比如在講授傅里葉級數和基波諧波概念后，精心設計電力行業諧波源調查報告，讓學生去查詢哪些行業產生的諧波源較多？它們對電網元件和繼電保護裝置有什么嚴重危害？家用380 V 和10kV 電壓的奇次諧波電壓和偶次諧波電壓的百分比是多少？電弧爐裝置產生的諧波電流幾次諧波比較嚴重？消除這些諧波的理論是什么？工業上是如何減少諧波危害的？通過設計遞進式提問的綜合性作業和教學，學生不僅掌握了諧波產生的前因后果，還可以將信號處理的頻譜分析和濾波器設計兩大核心任務與實際工業場景應用關聯起來。這樣類似的啟發性教學既可以培養學生學會3W1H(What，Why，Who，How) 的界定問題，分析問題和解決問題的思維，又拓展了課程的深度和廣度，起到了較好的教學效果。

2.4 運用研討教學，提升思維與創新能力

研討教學是圍繞教學過程中的某個主題進行透徹探討，不提示過多的信息，借助師生之間活躍的對話，著力與培育批判性思維與問題解決技能的一種教學方法[12]。針對現有大學生習慣于在課堂教學中被動學習的現狀，教師需要讓學生明確討論教學的規則，明確學習者參與的責任。通過學會傾聽，學會回答，學會尊重對概念和問題的不同見解，學會反思，學會反饋，來逐漸形成學習共同體[13]，進而形成彼此協作，尊重不同觀點的討論氛圍，不斷提升自己的高階思維能力和創新思維能力。

在教學中，利用學生已經掌握的C語言程序設計的知識和技能，去討論分析Matlab 編程和C語言編程方式的異同。讓學生討論信號處理課程為什么不選擇C 語言作為實現工具，Matlab 語言相對于C 語言的優勢和缺點是什么？Matlab能否調用C語言來實現兩種語言的優勢互補？Matlab中大量的可用函數和C語言的函數有什么不同？為什么plot函數支持帶2個輸入參數、4 個輸入參數和更多輸入參數的情形？這樣設計的好處是什么？你能否采用plot函數的設計思想去設計常用的C 語言函數？通過與以上問題相似的討論式教學，讓學生重視所參與的學習，一起探索發現，傾聽彼此不同的觀點，思維相互碰撞。讓學生學會整合、學會反思、學會促進合作，進而不斷提升自己的提問能力、批判性思維能力和創新思維能力。

2.5 運用綜合案例，培養探究與協作

案例教學是一種真實項目教學案例為基礎,通過引導學生對真實項目和復雜情境的需求分析、功能界定、系統設計與實現為重點,以提升學生應用理論知識解決實際工程問題的能力為目標的教學方法。針對學生應用實踐和分析復雜工程問題能力不足的現狀，按照OBE 工程教育理念，精心設計與課程培養目標和教學內容相符教學案例，形成一批支持個人獨立學習和團隊協作學習的高質量的案例教學庫（見表2)，架起書本知識與工程實踐能力之間聯系的橋梁。表2的綜合案例是在傳統實驗項目基礎上，針對課程的核心知識和能力要求，設計出來的有代碼量要求且適合學生最近發展區的綜合性實驗案例項目[14]，旨在培養學生問題分解、團結協作和解決問題的綜合能力和素養。

表2 綜合案例

3 教學效果

信號與系統課程經過兩年的PRIDE 教學模式實踐，學生的學習緊迫感和使命感變強了，主動學習的積極性和興趣變濃了，投入課程的學習時間增長了，課程的教學質量有了很大提升。課程思政的學生滿意度逐年上升，效果顯著。課程綜合成績優良及以上的人數比例由改革前的29.43%增長到改革后的44.1%，課程滿意度調查結果也由67.6% 增長到91.1%。學生組建的學習共同體數量增長迅速，參加各類競賽的意愿高漲，他們積極參加光電設計大賽、藍橋杯、電子設計競賽，RoboCom機器人等學科競賽，獲得了國家級獎項18項、省級獎項40余項，獲批了國家實用新型專利6項，取得軟件著作權8項，形成了較好的課程產出效果。

4 結束語

回歸課程是推動高等教育改革和高質量發展的時代呼喚，而持續改進課程教學質量是高校內涵式發展的迫切需要。落實立德樹人根本任務并著力培養大學生的高階思維和創新能力是構建新型課堂教學模式需要解決的關鍵難題。論文介紹了在信號與系統課程中利用課程思政、科產教融合、啟發式教學、研討教學和案例教學（即PRIDE 教學模式）進行課程改革思路和具體做法，取得了較好的課程產出效果。如何更精準的實現多種教學方法間深度融合，如何解決學生課程表現的精準過程評價，將是作者接下來的努力方向。