面向地方應用型本科院校的信號與系統課程教學的再思考

何海浪+黃乘順+林峰+黃同成+謝兵

[摘 要]信號與系統課程歷來是一門重要而又難教難學的課程。傳統課程教學模式不符合新形勢下應用型人才培養需求，該研究闡述了邵陽學院向應用型本科院校轉型發展過程中按照應用型人才培養目標，在信號與系統課程的教學內容、教學方法、考核方式等方面所進行的探索。

[關鍵詞]地方應用型本科院校；課程教學與改革；信號與系統

[中圖分類號] G642.421 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）01-0070-03

2015年10月，教育部發文《引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》（教發〔2015〕7號），地方普通本科院校向應用型本科院校轉型正式拉開帷幕。這是一項非常復雜的系統工程，包括教育理念的轉變、人才培養方案和課程體系的改革、課堂教學與實踐教學的改革等諸多方面。課程教學是整個人才培養體系中最重要的環節之一，本文闡述了我校在轉型發展過程中，信號與系統課程在向應用型轉型發展背景下所做的主要工作。

眾所周知，信號與系統是通信工程、電子信息等專業的本科生的一門專業基礎課，是國內許多大學的研究生入學考試課程之一，課程的重要性毋庸置疑。它以物理、電子電路、高等數學、復變函數、線性代數等課程為基礎，主要討論信號的分析方法以及信號通過系統后求解輸出的方法，其中的概念和方法廣泛應用于通信、雷達、自動控制、遙感、圖像處理等領域，是后續眾多專業課程如通信原理、數字信號處理、數字圖像處理等的先修課，在整個專業課程體系中起著承上啟下的作用。與電子電路等課程相比，本門課程的理論性很強，涉及的數學知識眾多，知識體系龐大，而且非常抽象，歷來是一門難學難教的課程，尤其對地方普通本科院校而言。筆者在地方本科院校從事多年的信號與系統課程教學，深感對傳統教學模式進行改革的必要性：首先，傳統教學模式不符合新形勢下應用型人才培養需求。其次，對以培養應用型人才為目標的地方本科院校而言，多年擴招背景下的學生的數理基礎過于薄弱。按照我校向應用型本科院校轉型發展的要求，結合應用型人才培養目標和多年的教學經驗，我們對信號與系統課程的教學內容、教學方法、考核方式等方面都進行了一系列的探索。

一、對教學內容的再思考與改革

理論知識的學習是根基，是學生掌握各種能力所必須具備的基礎知識，因此必須重視理論知識的學習。信號與系統課程理論可簡單概括為在“三個域里”（時域、頻域和復頻域）用“三大變換”（傅里葉變換、Z變換和拉普拉斯變換）對“兩種信號及系統”（連續時間信號及系統、離散時間信號及系統）進行“兩種分析”（信號分析、系統分析）。傳統教學以知識為主線，重視推導各種公式及其性質，以及為了加深學生對理論知識的理解而進行的習題計算，一方面使得地方本科院校的部分學生由于數理基礎有所欠缺而很難理解全部教學內容，進而喪失了對這門課程的學習興趣，另一方面往往導致學生忽視理論知識背后的物理含義和工程背景。很多學生把這門課程當作一門數學課或者獨立的一門課程來學習，比如他們會解題，考試能拿高分，但缺乏運用各種理論知識發現、分析和解決相關專業問題的能力。如果學生在后續專業課程的學習中不能運用相關知識，也就難以發揮這門課程作為先修課程的作用。

對培養應用型人才目標而言，應更側重于要求學生掌握知識運用能力，即運用與行業有關的理論知識去認識、發現、分析和解決問題?；诖?，首先，我們需要精簡理論知識的教學深度和廣度，在幫助學生掌握核心理論知識的基礎上，側重于知識的物理含義和工程應用的講解，減少純數學的推導和計算。其次，增加應用案例教學內容，將與理論知識點相關的應用技術引入課程中，加深學生對理論知識的理解，鍛煉學生運用知識的能力，提高理論知識學習的趣味性和實用性。教學內容的改革主要包括以下兩個方面。

一是大膽地精簡和重組傳統教學內容，減少理論知識的深度和廣度，如圖1所示。我們對傳統教學大綱進行了反復的思考，結合后續課程的需要，從龐大的理論知識體系提煉出核心課程教學內容，如卷積、傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等，淘汰一些或者過時或者應用不多的內容，如將算子方程、狀態空間、梅森公式等內容，縮小理論知識的廣度；同時在教學時減少理論知識深度，例如減少對廣義函數與奇異信號性質、“三大變換”的性質等內容的討論，減少煩瑣的數學推導，重點掌握理論知識本身、物理含義及工程應用。

二是引入理論知識的應用與拓展部分，加強對學生知識運用能力的培養。將與知識體系相關的應用技術、后續課程中的部分內容引入，例如頻譜分析、濾波、AM、FM、PCM、多載波OFDM等技術，并進行了為適應本課程教學的簡化，以項目、問題和案例的形式給學生學習。這種項目驅動和問題驅動的方式，可以加深學生對其基礎理論知識的理解，更重要的是可以增強學生對經典理論知識的運用能力。

二、對教學方法的再思考與改革

教學方法改革是課程教學改革的核心。傳統的以教師為主、傳授知識為目標的教學模式不能滿足應用型人才培養的需求。應用型人才的培養以綜合職業能力的培養為核心目標，培養具有實踐能力、創新能力和協作能力的技術技能應用型人才。課程教學應更注重學生知識運用能力的培養，而不僅僅是知識的傳授。如何將應用型人才培養目標落實在課程教學中，一直是我們課程小組苦苦思考的問題。應用型人才培養首先應改變傳統以教師為主的教學方式，打造以學生為主體、教師為主導的課堂，開展啟發式、討論式、交互式和項目化的教學改革，加強對學生知識運用能力和創新能力的培養。其次要改變將課程教學分為課程教學和實驗教學兩部分的傳統做法，將二者有機融合，實現理論知識學習、知識運用和實踐能力全方位一體化培養。此外，還應充分發揮現代信息技術的優勢和作用，綜合利用計算機輔助教學、網絡教學、虛擬實驗教學技術來提升教學效果，使學生融會貫通課程知識，提高知識應用能力，培養創新精神。針對應用型人才培養目標和改革后的課程教學內容，我們目前的做法主要包括以下幾點。endprint

一是打破傳統以理論知識為主線的灌輸式教學方式，引入項目驅動、問題驅動的教學模式，如圖2所示。我們摒棄傳統以教材為載體、以章節為順序和以傳授知識為目的的教學模式，而改為以知識應用為目標，將與核心理論知識有關的行業應用技術進行簡化，形成以項目、問題和案例為驅動的教學模式，讓學生在學習中明確學到了什么，學完能做什么，還需要學什么。例如，我們為傅里葉變換理論知識應用設計了“廣播發射調幅系統”“廣播發射調頻系統”等學習項目，這些學習項目從如何將人的語音傳得更遠的問題和任務出發，引導學生給出簡單的解決方案。我們在教學過程中側重引導學生運用傅里葉變換理論去分析問題，將更多的問題留給感興趣的學生進行課外創新性學習和在通信電子線路、通信原理等課程中做更進一步的學習。教學主要以研討的方式進行，且以學生為研討的主體，這樣有利于完成學生從“要我學”到“我要學”，從被動到主動的轉變。

二是創新課堂教學模式，有機整合課堂理論教學與實驗教學，提出“知識推導+仿真演示+研討+學生實踐”四位一體化的全新課堂教學模式，如圖2所示?！斑厡W邊做，邊做邊學”，完成知識傳授的同時也實現了能力的培養。具體實施上，首先改變傳統以知識或者章節為主線的授課方式，將課程內容模塊化，采用模塊化和任務化的教材構架，以任務模塊的形式組織教學。其次將每次安排2節課改為4節課，以保證每次授課能完成1個任務模塊，包含理論知識推導、實驗演示、習題與研討和學生實踐4個部分，采用“黑板+PPT+仿真演示+學生實踐”的方式，最終完成學習知識、運用知識和實踐能力的全方位培養，全面滿足應用型人才的培養需求。

三是充分利用多種信息技術突破傳統教學模式瓶頸，構建內容豐富、形式多樣、課內課外相結合的“立體化教學環境”，拓展教學內容，提升教學效果，擴展學生學習空間和時間?！傲Ⅲw化教學環境”主要包括基于黑板進行必要的數學公式的推導，利用多媒體課件展示主要授課內容，制作動畫演示理論知識中的重點和難點，基于Matlab或者SystemView進行理論知識應用的仿真與演示，構建網絡教學課堂，開辟第二課堂等。這種傳統黑板教學與多媒體教學相結合、硬件實驗與計算機軟件實驗相補充、課內學習與課外學習相促進的“立體化教學環境”，可以將不同類型的知識以最容易被學生接受的方式傳授給學生，尤其是能將抽象的疑難的知識點通過動畫和課堂仿真演示實驗直觀地呈現給學生，有效提高了學生的學習興趣、理解能力及知識的應用能力。此外，網絡課堂除了包含了授課視頻、仿真演示實驗、重難點的動畫等課內教學內容，還吸取了部分國內外優秀的教學資源，并設置了師生互動版塊，提升學生課外學習的質量。

三、對考核方式的再思考與改革

科學的考核方式，不僅能對課程教學起到反饋、調整、評價、完善作用，還能有效提高學生學習的積極性，使他們養成良好的學習方法和習慣。改革前我們主要采用傳統的結果考核方式，最終成績計算方式是期末考試占70%、實驗占10%、平時表現占10%、作業占10%。這種“一考定終身”的方式側重考核學生對理論知識的掌握程度。由于實驗考核在期末考核中所占的比重過低，而且側重對實驗報告的考核，因此幾乎沒有涉及對學生知識運用能力、實踐能力和創新能力的考核，顯然不能滿足應用型人才培養的需求。結合我們對課程內容和教學方法所進行的一系列改革，我們采用了過程考核和結果考核相結合的考核方式，構建一個全面的符合應用型人才培養要求的考核體系，如表1所示。

考慮到本門課程是學科基礎課程，且課程理論性較強，因此我們保留了結果考核，為理論知識部分的考核設置了40%的比重。我們對課程改革的主要內容是理論與實驗相結合的新型教學課堂以及“學生為主體、教師為主導”的項目、問題驅動型教學模式。因此，我們采用了過程考核，全面、實時地考核學生的知識運用能力、實踐能力和創新能力，促進學生的自主學習，增強學生學習的積極主動性，提高學生的綜合素質和能力。另外，由于過程考核是一個師生共同參與、連續評價、不斷反饋的過程，因此還能根據考核結果制定或者調整教學改革內容，不斷完善教學改革。為此，我們為課堂教學設置了40%的比重，其中，20%用于考核學生在課堂及研討會中的表現，20%用于考核學生在實踐環節的表現。

四、結語

信號與系統歷來是一門重要而又難教難學的課程。本文介紹了我校在向應用型本科院校轉型發展過程中，我們對信號與系統課程的教學內容、教學方法、考核方式等方面所進行的一系列改革。教學內容方面，減少了理論知識的深度和廣度，突出核心知識理論及其應用；教學方法方面，采用了以學生為主體、教師為主導的項目、問題驅動型教學模式，構建了“理論+實驗”的全新課堂教學模式。新課堂教學以4課時為教學時間單位，每次授課包含理論知識推導、實驗演示、習題與研討和學生實踐4個部分，最終完成學習知識、運用知識和實踐能力全方位培養的教學任務，全面滿足應用型人才的培養需求。此外，利用多種信息技術構建豐富、多元的“立體化教學環境”，拓展教學內容，提升教學效果，增加學生學習空間和時間。

我校面向應用型的課程教學改革才剛剛開始，還有大量的工作需要開展，本文所做的工作仍然需要不斷總結和改進，以便為其他專業課程的改革提供借鑒。本次改革在教學內容里引入“數字信號處理”“通信原理”等許多后續課程的知識，這是一個初步的嘗試。我們目前還在思考如何打破現有以理論知識為導向的課程體系，以培養職業素質和能力為目標，構建專業知識學習、知識開發應用、綜合素質拓展和實踐技能一體化的模塊化課程體系，全面落實應用型人才的培養目標。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 教育部，國家發展改革委，財政部.關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見[EB / OL]http：//www.law-lib.com.

[2] 畢萍，劉毓.面向“卓越工程師”目標進行“信號與系統”課程教學改革[J].實驗室研究與探索，2014（1）：190-193.

[3] 武田艷，丁文勝，孫雨明，等.過程考核在應用型本科教學中的應用[J].河南科技學院學報，2016（10）：52-54.

[責任編輯：龐丹丹]endprint