信號與系統(tǒng)課程“以學(xué)為中心”教學(xué)模式探索與實踐

全星慧，韓建，趙麗華，周圍，呂秀麗

（東北石油大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，黑龍江大慶 163318）

“以學(xué)為中心”是大學(xué)教育理念的靈魂，也是提高教育質(zhì)量的核心所在[1]?！耙詫W(xué)為中心”包括以學(xué)生為中心、以學(xué)習(xí)為中心、以學(xué)術(shù)為中心、以教學(xué)為中心等，高校中的一切教學(xué)活動應(yīng)該圍繞這幾個中心開展[2]。本文以信號與系統(tǒng)課程為例，從“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念出發(fā)，深度剖析教學(xué)中存在的問題，結(jié)合OBE（成果導(dǎo)向教育）理念，構(gòu)建“以學(xué)為中心”的教學(xué)模式，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提升教學(xué)效果。

信號與系統(tǒng)是電子信息類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過課堂講授、實驗教學(xué)等環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握信號的表示和系統(tǒng)基本分析方法。課程包含大量復(fù)雜的公式、定理和性質(zhì)，涉及微分方程、矩陣等復(fù)雜、煩瑣的數(shù)學(xué)知識，數(shù)學(xué)原理較多、抽象且難以理解，傳統(tǒng)的授課方式導(dǎo)致課程與實踐應(yīng)用脫節(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高[3-7]。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，進一步提高教學(xué)質(zhì)量，是亟須解決的問題。

1 教學(xué)模式探索與實踐

結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題，本文結(jié)合“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念，以O(shè)BE 理念為指導(dǎo)，圍繞畢業(yè)生的能力需求進行信號與系統(tǒng)課程建設(shè)與教學(xué)改革，重點開展以產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計、以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的課堂改革、以持續(xù)改進為目標(biāo)的課程考核與質(zhì)量評價[8-10]。圖1 為“以學(xué)為中心”的課程教學(xué)模式架構(gòu)，通過整合教學(xué)內(nèi)容、增加教學(xué)環(huán)節(jié)、豐富教學(xué)手段、完善評價機制等，將教學(xué)過程進行縱向延伸，將教學(xué)內(nèi)容進行橫向延伸。

圖1 課程教學(xué)模式架構(gòu)

借助超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺以及信號與系統(tǒng)的MOOC 課程平臺，將教學(xué)過程由課堂教學(xué)延伸到課前、課后的內(nèi)容預(yù)習(xí)、分組討論、總結(jié)歸納等，實現(xiàn)教學(xué)過程的縱向延伸；同時將教學(xué)內(nèi)容由理論講授延伸到前沿應(yīng)用、案例分析、工程實踐等，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的橫向延伸。

1.1 課前預(yù)習(xí)內(nèi)容推送與問題分組討論

借助學(xué)習(xí)通以及MOOC 平臺，充分將信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)資源與教學(xué)過程、教學(xué)內(nèi)容深度融合[3]。教師借助平臺推送理論課程教學(xué)視頻、實驗課程教學(xué)視頻、教學(xué)課件等課程資料，以及課程相關(guān)知識擴展、學(xué)科前沿、應(yīng)用領(lǐng)域等參考資料；學(xué)生根據(jù)平臺提供的課程資料進行課前預(yù)習(xí)，同時對課程相關(guān)問題進行分組討論。

1.2 課上整合教學(xué)內(nèi)容，增加教學(xué)環(huán)節(jié)，豐富教學(xué)手段

教師針對課程內(nèi)容進行重新整合，將原來的連續(xù)時間信號與系統(tǒng)到離散時間信號與系統(tǒng)的分析，調(diào)整為信號與系統(tǒng)的時域分析到變換域分析，將原來的傅里葉變換和傅里葉變換應(yīng)用于通信系統(tǒng)，整合為信號與系統(tǒng)的傅里葉分析方法，加強了知識的接續(xù)性，使學(xué)生能夠由此及彼，舉一反三；由理論推導(dǎo)分析到利用MATLAB 軟件應(yīng)用案例仿真分析，使學(xué)生從被動接受到自主探究，實現(xiàn)課堂教學(xué)以知識傳授為主過渡到以提升學(xué)生的獨立思維和創(chuàng)新能力為主。

課程包括小班授課、課程導(dǎo)入、討論匯報、講授新知、案例分析、課上總結(jié)、鞏固練習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課上學(xué)生匯報、學(xué)生互動和師生互動，將研究與討論貫穿教學(xué)活動始終，突出以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式。

在課堂授課中，借助學(xué)習(xí)通、MOOC 等教學(xué)平臺的“投票”“搶答”“選人”“隨堂練習(xí)”多種功能進行課堂互動，活躍了課堂氣氛，增加了師生的交流，鞏固了課上所授知識點，激發(fā)了學(xué)生積極參與課堂的主動性。

1.3 課后梳理知識結(jié)構(gòu)，自我檢測，實踐應(yīng)用

教師針對課程內(nèi)容安排學(xué)生完成思維導(dǎo)圖，學(xué)生通過對課程內(nèi)容進行梳理，總結(jié)重點、難點及與其他章節(jié)內(nèi)容的關(guān)系，從而建立系統(tǒng)的知識體系；通過教師在學(xué)習(xí)通平臺自建的題庫，學(xué)生可以自主完成階段測試，對自身學(xué)習(xí)情況做到心中有數(shù)，查缺補漏；通過實驗、課程設(shè)計等對相關(guān)知識進行MATLAB、Python 軟件編程及仿真分析，不僅使學(xué)生對理論理解得更加透徹，而且將理論與實踐應(yīng)用緊密結(jié)合，從而進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生做到學(xué)以致用。

1.4 有機融入思政元素

在信號與系統(tǒng)課程中有機融入思政元素，從而達到立德樹人的目標(biāo)[11-14]。在系統(tǒng)時域分析的不同方法中融入思政點，如系統(tǒng)時域求解的經(jīng)典法與雙零法，引出解決問題的方法不唯一；在系統(tǒng)變換域分析中融入思政點，如系統(tǒng)函數(shù)，引出從系統(tǒng)的時域現(xiàn)象探尋變換域的本質(zhì)，即“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”；在介紹與課程相關(guān)的科學(xué)家時融入思政點，如傅里葉、拉普拉斯等天才的人生經(jīng)歷，學(xué)習(xí)他們堅持真理、求真求是的精神和品質(zhì)，這種品質(zhì)是學(xué)生在未來的學(xué)習(xí)與工作中應(yīng)具有的；在課程定理講授中融入思政點，如抽樣定理，引出精度與速度的辯證關(guān)系，即得與失的辯證關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生辯證思維能力。

2 教學(xué)評價及實踐效果

課程設(shè)置嚴格的評教制度，除學(xué)期末學(xué)校教務(wù)處統(tǒng)一對學(xué)生評教、教學(xué)督導(dǎo)組對教師聽課評教外，教研室教師之間也要互相評教打分，做到以教促學(xué)、以學(xué)促教。

改變課程考核機制，從知識考核向能力考核轉(zhuǎn)變。課程考核由平時成績（10%）+實驗成績（20%）+期中測試成績（20%）+期末成績（50%）構(gòu)成。平時成績包括課堂表現(xiàn)、分組討論、思維導(dǎo)圖、案例仿真等的完成情況；課內(nèi)實驗采取實驗箱與MATLAB軟件仿真相結(jié)合的模式，既能鍛煉學(xué)生搭接電路、調(diào)試電路、分析現(xiàn)象的能力，又能通過軟件仿真拓展實驗箱之外的案例分析；通過自建在線題庫，學(xué)生可進行自主練習(xí)和測試，形成良好的學(xué)習(xí)自測和檢查機制，通過期中測試掌握學(xué)生階段性的學(xué)習(xí)成果，在期末測試中將能力考核的綜合分析試題占比提升到50%。

從2018 年改革以來，課程組更新了教學(xué)大綱、實驗項目及教學(xué)設(shè)計，制定了合理的多元考核評價機制，通過5 年對5 屆學(xué)生不間斷的教學(xué)實施與改進，實現(xiàn)了課程建設(shè)與教學(xué)改革。調(diào)研分析，學(xué)生課堂互動及主導(dǎo)能力明顯增強，課程目標(biāo)達成度逐年提高。每年以信號與系統(tǒng)作為考研專業(yè)課，升學(xué)率在20%以上。學(xué)生以信號與系統(tǒng)課程內(nèi)容為基礎(chǔ)參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生光電設(shè)計競賽、全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽、創(chuàng)新設(shè)計大賽、飛思卡爾智能車大賽等，多次獲得國家級、省級獎項。

3 結(jié)束語

針對課程理論性強、晦澀難懂、課程與實踐應(yīng)用脫節(jié)、學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高等突出問題，本文進行了“以學(xué)為中心”的教學(xué)模式探索與實踐，構(gòu)建了教學(xué)過程縱向延伸、教學(xué)內(nèi)容橫向延伸的課程教學(xué)模式架構(gòu)，多角度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究、獨立思考和創(chuàng)新能力，從而提高了教學(xué)效果，推動了課程建設(shè)和教學(xué)改革。通過課題組的不斷探索與實踐，信號與系統(tǒng)課程教學(xué)改革取得了顯著成效，在后續(xù)教學(xué)過程中將進一步完善“以學(xué)為中心”的課程教學(xué)模式，并逐步推廣到專業(yè)的其他相關(guān)課程中。