基于OBE理念的信號與系統課程教學探討

摘要：在“新工科”背景下，為實現教育模式由“知識獲取”到“能力提升”再到“高質量應用”的轉變，根據電子信息類專業的人才培養目標及“信號與系統”課程的特點，從課程建設方案和教學路徑兩方面給出具體的OBE教學理念的應用，并提出將“學習產出”和“課程思政”相融合，提高學生的學習興趣和課堂活躍度，有效提高學生的學習產出，為培養具有高素質的應用型新工科人才夯實專業基礎。

關鍵詞：成果導向；培養目標 ；OBE；課程體系

近年來，隨著新技術的發展和新興行業的興起，“新工科”建設和發展正在積極進行。這一改革樹立了創新型、綜合化、全周期工程教育的新理念，旨在構建一個結合了“新工科”和傳統工科的學科專業新結構。同時，它探索實施了工程教育人才培養的新模式，持續打造具有國際競爭力的工程教育新質量，建立并完善了具有中國特色的工程教育新體系，推動我國從工程教育大國走向工程教育強國的轉變[1]。

根據《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》，提高教學質量，尤其是應用型人才的培養質量，并服務于區域經濟發展是高等教育改革的核心任務。教育模式需要從傳統的知識獲取轉型為能力提升[2-3]。

OBE（Outcomes-Based Education，成果導向教育）是一種教育模式，它側重于教學評估應以教育產出效果為主要導向。在引入OBE教學理念到高校課程中時，應基于反向設計原則，首先依據社會和行業需求確定人才培養目標，然后定義畢業要求，并確立相應的專業畢業要求觀測點及合理的評價體系。

這些評價結果將用于培養方案的制定和目標的持續改進。確定了畢業要求之后，接下來是為每門課程設定具體的課程目標，并將這些目標分配到各門課程中。以電子信息類專業的基礎課程“信號與系統”為例，該課程的學習效果直接關系到學生對本專業后續課程學習的興趣和工程實踐能力的初步培養，因此它也是該專業及相關相近專業的研考初試課程之一。

結合筆者的教學經驗，本文將從課程體系設計和教學路徑兩方面介紹OBE教學法在這門課程上的具體應用。

一、基于OBE理念的“信號與系統”課程建設方案

以“學生中心、產出導向、堅持改進”為核心的成果導向教育（OBE）理念，已成為國內工程教育專業認證的標準。這一理念強調以學生的預期職業成就來驅動教育系統的運行。教育者需要先設想學生未來的職業成就，構想出學生畢業時應達到的能力和水平，然后設計適宜的課程結構和教學過程，以確保學生能夠達到這些預期目標[4]。

美國學者里查德（Richard M.Felder）所提出的基于OBE模式的課程設計模型[5]中，學生學習成果的評估工作是該模型的三大要素之一。在此教育模型中，學生所獲得的知識與技能及其最終成就，相較于學習過程的具體形式與時間表，顯得尤為關鍵。計劃、指導與評估這三個環節并非線性排列，而是相互交織、動態互動的。

在每個環節中積累的信息，都會在一個旨在促進不斷優化的閉環中，反饋并影響其他環節。若評估結果顯示既定目標未能達成預期，這一反饋可能促使教育者重新審視并調整目標設定，或是優化教學方法與策略。相反，隨著教育成效的顯著提升，可能會激發教育者設定更為高遠的教育目標，以追求更高層次的知識傳授與技能培養，并相應地對評估標準與參數進行必要的調整與升級。這一過程體現了教育實踐的靈活性與發展性，旨在通過持續的自我反思與改進，實現教育質量的螺旋式上升。

在基于OBE教學理念進行的“信號與系統”課程的建設實施中，學生的學習產出先于教學內容而存在。專業和課程資源的設計與開發、教與學的方法都要圍繞學生的產出而展開，學生真正成為教學活動的中心。這也生動體現了別敦榮教授提出的現代大學教學改革正在由“表演式哲學”向“實踐哲學”轉向的內涵，即教育模式由“知識獲取”到“能力提升”再到“高質量應用”的轉變。

二、基于OBE理念的教學路徑

美國學者Spady W.D.撰寫的《基于產出的教育模式：爭議與答案》一書中把OBE定義為“清晰地聚焦和組織教育系統，使之圍繞確保學生獲得在未來生活中獲得實質性成功的經驗。”[6]。這種教育模式強調以學生的學習成果為中心，教育系統應圍繞提高學生的實質成功經驗來組織。

工程改變世界，科技創造未來。工程活動的本質是創造有形的結果，如產品、系統或基礎建設等。因此，圍繞學生預期的學習產出開展教學活動，不僅可以提高學生的就業能力，還能讓畢業生向雇主自信地展示他們所獲得的能力[7]。電子信息工程專業人才在信息社會始終保持高需求。無論是國際巨頭IBM，還是國內的華為、大唐、中興等知名企業，對這一專業的人才需求都十分巨大。這個行業的就業方向主要有四個：硬件工程師、PCB開發制作、嵌入式開發和電子設備維護及銷售。

OBE的教學設計思路是以學習成果為導向，主張根據行業和工作單位的需求制定專業培養目標，形成專業人才培養方案，并據此確定相應的畢業要求和教學計劃。通過適當的評價和多角度考核對學生的學習結果進行評估，判斷其能力是否滿足社會行業需求，并據此持續改進培養目標。整個過程中，清晰地制定出工科畢業生的知識、能力和職業素養，重視工科畢業生的品質。

針對行業需求，圍繞《華盛頓協議》所確立的畢業生12條素質要求中的工程知識和能力核心，基于OBE理念，“信號與系統”課程的教學路徑精心規劃了以下三大關鍵環節，旨在通過系統性的教學安排，強化學生對理論知識的深刻理解與應用能力的全面提升，從而培養出能夠精準對接行業需求、解決實際復雜工程問題的專業人才。

（1）課堂教學內容與工程應用案例相結合，樹立工程教育新理念。“回歸工程”與“樹立大工程觀”已成為當前全球工程教育的核心趨勢，強調教育應緊密圍繞工程實踐，培養學生具備寬廣的工程視野和綜合能力。在現代信號處理技術的多個領域，無論是構建高效的通信系統、深入探索地震奧秘、精準實施超聲診斷，還是進行系統特性的精確辨識，卷積及其逆過程——解卷積，均扮演著不可或缺的角色。它們不僅是信號與系統理論中的基石，更是貫穿整個學科體系的核心概念。在闡述卷積原理的框架下，除了詳盡闡述其基本概念、固有屬性及計算方法外，最為關鍵的是通過具體實例，展現卷積在解決實際挑戰中的強大力量。例如，在通信領域，面對信號傳輸過程中由多徑效應引發的失真問題，卷積原理的巧妙應用成為了消除這一障礙、確保信號完整性的關鍵策略。多徑失真即在無線通信系統中，電磁波經不同路徑傳播后到達接收機，各分量到達接收端的時間不同，按各自相位相互疊加而造成干擾，使原來的信號失真，或者產生錯誤。多徑失真對于數字通信、雷達最佳檢測都有著十分嚴重的影響。通過聯系當前技術熱點和工程案例，不僅加深了學生對卷積理論的理解，更激發了他們運用所學知識解決實際問題的能力。

（2）教學方式上建立基于學生產出的學習框架，線上線下相融合。課前，教師將下發學習任務點，要求學生充分利用新媒體和新技術，通過“互聯網+”的方式自主完成預習，并按時完成線上基本知識點的檢測。課中，教師根據課前的檢測結果針對性地講解，提出重點討論和延伸問題。課后，學生需要進行復習總結，完成作業內容后再進行線上學習效果檢測。教師可以隨時掌握學生的學習效果，對學習效果不理想的同學進行個別幫扶，并持續改進教學方法。

（3）實驗部分采用半開放式項目驅動，以鍛煉學生自主探索工程問題的能力。例如，在脈沖編碼調制與解調實驗中，學生首先在實驗箱上完成基本任務：一是對模擬信號進行脈沖編碼調制并觀測PCM編碼；二是將PCM編碼解調還原。實驗的拓展部分要求學生分組（每組3—5人），自行設計一個PCM編解碼電路，可以參考TP3067芯片的典型電路，搭建硬件電路，并通過實驗調試來檢驗實際效果。此外，部分實驗采用半開放式設計，鼓勵學生利用MATLAB/Simulink和Multisim等軟件進行系統分析設計和計算機仿真。開放部分的綜合性和設計性要求學生通過查找資料、團隊討論等方式完成，并最終撰寫實驗報告以及進行PPT匯報展示。這種方式有效地培養學生的團隊溝通能力、分析問題能力以及解決通信領域實踐工程問題的能力。

三、基于OBE理念的課程教學目標與課程思政內容相融合

（一）根據畢業能力要求設定課程教學目標

在基于OBE理念的教育模式中，教學目標設計是根據對應的畢業能力要求而設置，優選前沿和工程應用的教學資源、改革多元化的教學模式、突出實驗教學，注重經典理論的講述與最新工程技術相互融合，體現課程設置、教學、考核評價與培養目標的一致性[8-9]。比如畢業能力要求項目是工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會，對應的教學目標就是能綜合運用物理、高數、電路分析等知識，建立基本通信系統中信號傳輸、信號交換和信號處理的基本概念，并能夠對當前科學技術領域中各種信號進行分析與仿真等等。

（二）專業教育與課程思政相融合

整個教育架構由三部分組成：培養什么樣的人、怎么培養人、培養人效果評價，形成了一個環環相扣、以學習產出為導向的閉環系統[7]。

新工科建設要求高校在專業授課中實現知識的傳授與價值引導的有機統一，利用好課程這個主渠道，在專業課程中融入課程思政，發揮專業課的德育功能，提高思想政治教育的親和力和針對性，以滿足學生成長的發展需求和期待[10]。

課程思政的獨特價值體現在它深度融合了思想政治工作于教育教學的每一個環節，旨在構建一個全面覆蓋、貫穿始終的育人體系，確保高等教育在傳授知識的同時，亦能培養學生的思想品德與價值觀念，切實履行起立德樹人的核心使命。

這一模式不僅強調了教育的全面性，還突出了育人工作的系統性和持續性，體現了高等教育在培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人方面的獨特貢獻。這表明，課程思政和OBE理念是相互協同的。因此，在遵循OBE原則的課程設計中，教師積極融入了對當代大學生“世界觀、人生觀、價值觀”的培育，以及科學精神的塑造與科學思維方式的養成。為實現這一目標，課程巧妙結合了實際工程應用中的典型案例、國內重大時事熱點以及杰出工程師的生平事跡等多元化素材，以此作為課程思政教育的生動載體。

通過這樣的方式，教師力求將社會主義核心價值觀全面滲透到教學的每一個環節，不僅讓學生在知識技能的學習中獲得滋養，更在潛移默化中促使這些價值觀念內化為學生的情感共鳴，外化為他們的日常行為準則與習慣，從而培養出既有專業技能又具備高尚品德的未來棟梁。

（三）重視學生學習產出的多元化評估

在OBE模式下，學習產出評估是至關重要的環節，它確保了教育改革模式的循環性和學生中心的地位。基于OBE理論課程改革的總體思路來看，OBE模式是一個循環的教育改革模式，它基于學生為中心，聚焦于學生的學習產出，學生在OBE教育模式中處于主動與中心地位。因此需要分階段、多元化評估學生的學習產出。在第一課堂層面，學生的學習效果評估主要包括小作業、課堂分組討論、課程小論文、章節測驗等；在課程實驗層面，學生的學習效果評估主要從課程實驗的實際操作方面進行考核，包括實驗箱的操作和軟件編程，實驗拓展部分的小組匯報展示環節等，重在對理論知識的理解和實驗結果的分析上；在第二課堂和第三課堂層面，學生的學習效果可以通過學生參加本專業的工程設計專題訓練、大學生創新創業訓練、全國大學生電子設計大賽以及省內各平臺組織的專業比賽等進行考核。

多元化的學習產出考核，充分調動學生積極地參與到教學過程中，刺激學生的學習積極性，調動學生的學習動力，有效而非表面上實現教學目標，達到促成學生提升學習產出的目的，并為下一階段的學習和社會工作打下了堅實的基礎。

四、結束語

基于OBE教育思想的教學新范式和課程思政相整合，為“信號與系統”課程的教學改革帶來了新的抓手。這種整合打破了傳統的教學方式，通過改革教學理念和教學過程，將工程教育活動與國家產業行業發展緊密結合，并將教育目標由知識客體轉向學生本體，把培養時代和未來的創新型卓越工程人才擺在更加突出的戰略位置。不過，實施OBE模式并不是一蹴而就的，需要循序漸進。課程思政的設計雖然美好，但融入點卻要再三推敲，以免華而不實。在信號與系統的課程改革過程中，教師將逐步、有序地完善OBE模式的各環節，精心構思課程思政的切入點，營造“研究學生，鉆研教學”的氛圍。為加快本課程的改革，相關工作者將以新的理念、新的要求、新的途徑來增強學生的學習效果，以滿足培養高水平創新型工程人才的需要。

作者單位：范羽 吳海濤 肇慶學院 電子與電氣工程學院

參考文獻

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[9]工程教育認證標準（2017年11月修訂）[J].電氣電子教學學報，2019，41（01）：1-4.

[10]范羽，吳海濤，陳榮榮等.新工科背景下高校“信號與系統”課程思政的探索與實踐——以肇慶學院為例[J].肇慶學院學報，2022，43（02）：27-32.