“建構主義”在《信號與系統》課堂教學中的應用與實施*

楊國偉　尤圣最　畢美華　周雪芳　魏一振　盧旸（杭州電子科技大學通信工程學院，浙江杭州310018）

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“建構主義”在《信號與系統》課堂教學中的應用與實施*

楊國偉尤圣最畢美華周雪芳魏一振盧旸
（杭州電子科技大學通信工程學院，浙江杭州310018）

摘要：《信號與系統》課程是一門實用性較強的信息類基礎理論課程,該課程的教學改革對信息類本科生的專業素質培養和提高有著極大的意義。本文著重闡述了在此課程的教學過程中運用“建構主義”思維模式，引入采用數值計算進行驗證的案例實踐環節，以激發學生自主學習和團隊協作能力為主要目標，將知識、學習與教學有機地銜接和融合，提高學生對《信號與系統》的學習興趣與效果，提升課堂教學質量。

關鍵詞：建構主義；課堂教學；案例實踐；信號與系統

Abstract:The course of "Signals and systems" is a basic theory course with strong practicability. The teaching reform of this course is of great significance to the cultivation and improvement of the professional quality of undergraduate students in communications engineering. This paper focuses on using the "Constructivist learning theory" in the teaching process of this course, and also introducing case practice to verify the learned theory by numerical calculation. Our aim here is to improve the students' ability of autonomous learning and team working, make the knowledge, learning and teaching organic convergence and integration, improve the learning interest and effect on the "signals and systems", and improve the quality of the classroom teaching.

Keywords:constructivist learning theory; classroom teaching; case practice; signals and systems

一、概述

《信號與系統》是信息類相關專業的基礎入門課程，對各專業的進階課程具有承上啟下的作用。然而，抽象難懂的理論概念和繁多的計算公式[1]，及單一而枯燥的傳統教學模式，使得學生對本課程的學習興趣較為低下，對知識的理解和掌握也相對困難。因此，本文將重點介紹如何在《信號與系統》教學中引入“建構主義”的思維模式[2]和相應的案例實踐環節，以期統一知識、學習與教學在本課程中三位一體的關系。

“建構主義”是一種關于知識和學習的理論，強調學生對知識學習的主動性。建構主義學習理論認為：“情境”、“協作”、“會話”和“意義建構”是學習環境中的四大要素。教學過程以教師創設合理情境、學生自主協作、成員思維成果共享、最終把握知識整體與內在聯系為基本框架，激發學生學習興趣，提高學生自主學習興趣與能力。

《信號與系統》是我校通信工程學院各專業的理論基礎課程，其培養目標是為學生從事通信技術、通信系統、通信網絡等行業的工作打好信號處理方面的理論基礎[3]。為此，在本課程教學實施過程中，引入“建構主義”教學思維模式進行課堂教學的探索與實踐，并在教授理論課的同時，輔以對應的實踐環節[4]來加深對知識的理解。

二、“建構主義”的特點及要求

“建構主義”不僅強調學生對學習的主動性和成員之間的溝通協作，而且強調教師對教學設計和課程安排的合理性，以良好的學習氛圍來激勵學生去探求知識概念和理解把握核心要點。通過這種教學模式來培養學生的合作溝通意識、動手實踐能力，以及自主創新能力。

“建構主義”這種教學模式的提出和實施，突破了傳統的教學理念，倡導以學習者為中心的學習方式，也就是說，既強調學習者的認知主體作用，又不忽視教師的指導作用。教師是意義建構的幫助者、促進者，而不是知識的傳授者與灌輸者。

學生是信息加工的主體、是意義的主動建構者，而不是外部刺激的被動接受者和被灌輸的對象。學生要成為意義的主動建構者，這種教學模式對老師和學生也有了如下新的要求。

1.情境構建的合理性。教師針對課程所設計的教學內容和教學方式要緊貼教材章節內容以及核心知識點，使得每章節的知識內容緊緊相扣形成知識框架，創新課堂教學形式，提倡互動教學[5]。對通信系統中經常使用的專業術語要詳細講解，便于學生理解，例如什么是信息、信息量，什么是時域分析、頻域分析等。并且通過合適的實踐內容設計，增強抽象概念的實體化，加強學生切身實施的體驗，從而起到知識理解的強化作用。

2.合作溝通的積極性。在教學過程中要充分調動學生的積極性，全程參與到課堂教學和實踐環節中來，使學生主動協作[6]來完成學習資料的搜集與分析、假設的提出與驗證以及學習成果的評價。

三、具體實施方法舉例

以“連續時間傅里葉變換”章節為例，詳細說明“構建主義”的具體實施過程?！斑B續時間傅里葉變換”這一章節的主要內容有傅里葉變換公式、周期及非周期傅里葉變換、傅里葉變換性質、基本傅里葉變換對以及線性常系數微分方程表征系統。這一章內容概念和公式很多，按照以前的講解方法比較枯燥，且不利于學生理解和掌握。

（一）教學的設計與實施

首先，通過整理一下這章內容，很容易發現本章節的內容是圍繞“傅里葉變換公式”展開的，其變換公式是由第三章的傅里葉變換級數推導而得。傅里葉分析方法的建立有一段漫長的歷史，其提出者和主要貢獻者是法國科學家傅里葉。之后，還有歐拉、伯努利等科學家的相關研究工作，得到了一系列傅里葉變換性質和一些基本變換對。我們需要發揮“站在巨人的肩膀上”的優勢，充分利用這些性質和變換對，將復雜繁瑣的式子化難為簡、知識點歸類串接，使得教師的教學內容條理清晰、教學過程流暢互通，使得學生的學習內容重點突出、脈絡清晰，學習過程中聽講和實踐結合。

教師方面：

1.在課堂教學實施前，教師應借助網絡教學平臺，上傳本章節知識點的脈絡框架，便于學生預習，并要求學生提出他們看不懂的地方，以便教師在課堂上可以有針對性的講解和討論。以本章節知識點為例，其結構體系如圖1所示。

2.同時在網絡教學平臺上安排相關實踐環節的案例和分配不同學生團體進行不同方面的案例研究，將20人學生分成5組，每組4人，分別研究傅里葉變換的基本變換對和變換性質，每個小組分配的案例研究內容如圖2所示。

圖1　“連續時間傅里葉變換”章節的知識點結構圖

學生方面：

1.課前登錄網絡教學平臺，預習本章節學習內容，并把握章節的知識脈絡，圈出不懂疑問，提前了解實踐案例的內容和要求。

2.每次課后對本次課內容和知識點進行總結，重點掌握與下次實踐案例相關的知識點。同時，讓組內成員規劃下次實踐案例學習目的和設定案例的大致步驟，對不懂的地方提出疑問，進行組內討論，組內無法解決的問題可以向老師請教。

3.各小組組長讓組內成員寫好案例預實施計劃，對可能的案例結果進行預測。在案例實施后，需要對結果進行討論與匯總，將最后得出的案例結果與理論推導的結果進行比較，分析可能存在差異的原因，并提出案例實施過程中遇到問題、改進的建議和分享實踐操作心得，最好遞交案例總結報告，由老師評閱。

教學過程組織：

1.第1學時老師先簡單回顧本課程之前所講內容，然后引出這一章節所學的內容，將前后知識點進行串接：傅里葉級數→傅里葉變換公式→傅里葉變換存在條件→傅里葉基本變換對→傅里葉變換性質。

2.第2-3學時對每個知識點進行細化和解答學生對課本知識預習過程中遇到的難點和疑問，之后對實踐案例內容作大致講解，并解答學生在預習案例內容過程中碰到的難點與疑問。第4學時組織學生編寫實現案例內容的MATLAB程序，將課堂內容知識點在案例編寫中進行實踐。第5學時讓各小組演示案例實施過程，將實踐結果與理論知識結論進行對比，分析討論兩者異同，解答其他小組對本案例提出的問題。第6學時各小組匯報完畢，老師答疑和詳細講解學生迷惑的知識點，評價各小組實施案例的成果并適當提出相關疑問，由學生解答，最后老師對本章節進行總結，并且布置適當針對性習題，由學生課后完成，鞏固和加深對知識點的理解。

圖2　“連續時間傅里葉變換”章節的實踐案例設計及相應分組

（二）成績考核方式

針對于“建構主義”的教學模式，強調學生自主學習和團隊協作能力，要求學生善于歸納總結課本知識內容并且具備一定的動手實踐能力。因此，結合本課程教學的實際情況，在考核方式上也一改以往只看考試成績而忽視平時成績的情況，增加了案例實踐在課程學習考核中的權重，將該課程的考核方式設置為“40％期末成績+30％平時表現成績+30％案例報告成績”。其中，40％的期末成績來自閉卷的期末考試，考試題型著重考察對基本概念的認知程度和對理論問題的推導分析能力。30％的平時表現成績是考察個人的出勤情況、課堂表現、實踐編程能力和組內貢獻情況。30％的案例報告成績則是評價小組整體的學習與合作情況，以促進團隊合作意識。

四、結束語

與傳統的教學方式相比較，“建構主義”教學模式取得了較明顯的效果：第一、通過合理設計教學方案，豐富了課堂教學的形式和學生學習的方式，構建良好的學習氛圍；第二、通過分組和案例教學，發展了學生的多方面能力，包括團隊合作意識和應用理論解決實際問題的能力等；第三、通過理論講授和實際操作相互穿插進行教學，最大限度地減少了課程的枯燥性，充分調動了學生的學習積極性。由此可見，學生在課堂教學中學習理論知識，在案例操作中將知識運用于實踐，再在集體討論中將實踐知識建構成自己的經驗知識?！敖嬛髁x”教學模式實現的是循環教育和學習的過程，理論指導實踐，實踐促進理論，是一種值得推廣的實用的教學模式。

參考文獻

[1]胡建榮，王秀敏，金寧.信號與系統課程教學改革與實踐[J].科技信息，2010（25）：450-451.

[2]鐘志賢.建構主義學習理論與教學設計[J].電化教育研究，2006（5）：10-16.

[3]奧本海默.信號與系統（第2版）[M].劉樹棠譯.陜西：西安交通大學出版社，2008.

[4]王忠勇，許瑩婧.創新性思維在信號與系統實驗教學中的探討[J].雞西大學學報，2013，13（2）：21-22.

[5]馮建光.互動學習模式教學設計的實證思考[J].繼續醫學教育，2013，27（4）：36-38.

[6]杜翠紅.如何有效提高學生的合作學習質量[J].東方青年·教師，2011（8）：71.

作者簡介：楊國偉（1984-），男，浙江杭州人，講師，主要從事無線光通信及信號處理方面的研究。

*基金項目：杭州電子科技大學科研啟動基金（No.KYS085614033）。

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）08-0151-03