基于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的信號(hào)與系統(tǒng)分析基礎(chǔ)課程教學(xué)模式

仇芝 賴欣 張禾 杜堅(jiān)

摘 要 針對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)分析基礎(chǔ)課程，開(kāi)展創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學(xué)模式研究。該教學(xué)模式由營(yíng)造創(chuàng)新環(huán)境、CPS模型教學(xué)方法應(yīng)用、課程科研活動(dòng)和多重考核四個(gè)方面支撐。通過(guò)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用，大部分學(xué)生表示激勵(lì)了其學(xué)習(xí)興趣，提升了其創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞 信號(hào)與系統(tǒng)分析基礎(chǔ)；創(chuàng)新思維；CPS模型

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）23-0085-03

Abstract The teaching mode of cultivating innovative thinking is studied for the course of signal and system analysis foundation. This teaching mode is supported by four aspects： creating an innovative environment， applying CPS model teaching methods， scientific re-search activities of course and multiple examinations. Through the application in practical teaching， the majority of students indicated that the teaching mode stimulated their interest in learning and im-proved their creative problem-solving ability.

Key words signal and system analysis basis； innovative thinking； CPS model

1 前言

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的興起，未來(lái)人才培養(yǎng)應(yīng)以創(chuàng)造性人才為目標(biāo)。在新的形勢(shì)下，作為大學(xué)本科階段人才培養(yǎng)體系最基本的單元，本科課程該如何變革以應(yīng)對(duì)新的要求，成為大學(xué)教師的研究熱點(diǎn)。本文主要介紹西南石油大學(xué)“信號(hào)與系統(tǒng)分析基礎(chǔ)”課程組針對(duì)創(chuàng)造性人才培養(yǎng)目標(biāo)，開(kāi)展的基于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學(xué)模式研究。

2 “信號(hào)與系統(tǒng)分析基礎(chǔ)”教學(xué)現(xiàn)狀分析

信號(hào)與系統(tǒng)類(lèi)課程自20世紀(jì)50年代在美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)設(shè)以來(lái)[1]，迅速成為電類(lèi)專業(yè)重要的專業(yè)核心基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生整體專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)有著極其重要的作用[2]。該課程以通信和控制工程等作為研究背景，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容包括信號(hào)的三大變換、連續(xù)和離散兩類(lèi)系統(tǒng)的時(shí)域與變換域分析方法和理論等。該課程是很多后續(xù)專業(yè)課程的總體理論框架，因此涉及的知識(shí)點(diǎn)多且互有關(guān)聯(lián)，眾多知識(shí)點(diǎn)以及課程獨(dú)有的特征非常適合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維（囊括了聯(lián)想、發(fā)散、逆向、直覺(jué)和變通思維[3]）。但傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，教師注重知識(shí)點(diǎn)的傳授，強(qiáng)調(diào)理論公式的推導(dǎo)過(guò)程和數(shù)學(xué)計(jì)算能力，理論和實(shí)踐結(jié)合較少，教學(xué)方法和考核方式單一。由此帶來(lái)的特點(diǎn)是學(xué)生理論基礎(chǔ)較好，計(jì)算能力較強(qiáng)，但很難把握課程知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系；理論聯(lián)系與工程實(shí)際的能力不足；課堂中容易感到枯燥乏味、興趣不高，缺乏內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。國(guó)內(nèi)針對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)課程在教學(xué)模式和教學(xué)方法兩方面做了不少改革和實(shí)踐，如基于團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)方法的教學(xué)[4]、基于問(wèn)題的教學(xué)[5]、以應(yīng)用實(shí)例為主線[6]的教學(xué)、面向國(guó)際一流大學(xué)的教學(xué)模式[7]等，均取得很好的成效。

3 創(chuàng)造性人才培養(yǎng)研究現(xiàn)狀

關(guān)于創(chuàng)造性人才培養(yǎng)，學(xué)者一致認(rèn)定學(xué)生的創(chuàng)造性能夠培養(yǎng)，并且要從培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和培養(yǎng)創(chuàng)造性人格兩個(gè)方面進(jìn)行。北京師范大學(xué)林崇德研究分析了國(guó)內(nèi)外創(chuàng)造性人才的成長(zhǎng)規(guī)律，總結(jié)出營(yíng)造創(chuàng)造性環(huán)境、實(shí)施創(chuàng)造性教育、培養(yǎng)創(chuàng)造性能力、塑造創(chuàng)造性人格是創(chuàng)造性人才培養(yǎng)的重要途徑[8]。北京師范大學(xué)劉保存研究分析了美國(guó)大學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)，提出加強(qiáng)本科生科研的理念和實(shí)踐[9]。許曉媛、史代敏教授開(kāi)展了67所學(xué)校的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的調(diào)研，提出拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)必須要改革教學(xué)方法、讓學(xué)生盡早參與科學(xué)研究活動(dòng)，實(shí)行本科生導(dǎo)師制，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作[10]。北京工業(yè)大學(xué)郭廣生認(rèn)為，創(chuàng)造性人才培養(yǎng)的本質(zhì)特征是人才培養(yǎng)過(guò)程創(chuàng)新，要明確學(xué)生創(chuàng)新與科學(xué)家創(chuàng)新之間的異同，培養(yǎng)目標(biāo)要多樣化，善于營(yíng)造濃郁的創(chuàng)新文化氛圍[11]。總結(jié)各高校創(chuàng)造性人才培養(yǎng)模式，共同之處有營(yíng)造學(xué)生的創(chuàng)新環(huán)境，創(chuàng)新教學(xué)的方法和模式，盡早開(kāi)展本科生科研，注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性人格。

4 基于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學(xué)模式

根據(jù)目前關(guān)于創(chuàng)造性人才培養(yǎng)和創(chuàng)新思維培養(yǎng)教學(xué)方法的成果，提出由營(yíng)造創(chuàng)新環(huán)境、CPS模型教學(xué)方法應(yīng)用、課程科研活動(dòng)、多重考核四個(gè)方面組成的基于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學(xué)模式。

營(yíng)造創(chuàng)新環(huán)境 課程教學(xué)的創(chuàng)新環(huán)境營(yíng)造不同于學(xué)校創(chuàng)新環(huán)境。在課程教學(xué)中，分析課堂、課間、課后三個(gè)環(huán)境的特點(diǎn)，采取不同的創(chuàng)新環(huán)境營(yíng)造策略，如表1所示。通過(guò)在授課過(guò)程中根據(jù)課程內(nèi)容傳授創(chuàng)新的方法和思路，介紹課程內(nèi)容相關(guān)人物的創(chuàng)新故事，傳遞高年級(jí)優(yōu)秀學(xué)子的創(chuàng)新事跡，展現(xiàn)科技創(chuàng)新相關(guān)的人和物，塑造榜樣，鼓勵(lì)學(xué)生勇于質(zhì)疑，給他們提供創(chuàng)新的條件和手段實(shí)踐。

CPS模型教學(xué)方法應(yīng)用 在創(chuàng)新思維培養(yǎng)方法方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為1963年Osborn-Parnes提出的創(chuàng)造性解決問(wèn)題的培養(yǎng)程序，即經(jīng)修訂，現(xiàn)統(tǒng)稱為CPS模型（Creative Problem Solving Model）的教學(xué)方法較為有效。在應(yīng)用CPS模型的教學(xué)方法過(guò)程中，以知識(shí)點(diǎn)為核心，充分挖掘知識(shí)點(diǎn)的發(fā)展歷程，將CPS模型（三成分六階段）教學(xué)方法經(jīng)過(guò)調(diào)整用于課堂，教學(xué)方法流程如圖1所示。

成分一“了解問(wèn)題”由構(gòu)建問(wèn)題、提出任務(wù)和收集資料三個(gè)階段組成。教師首先針對(duì)某知識(shí)點(diǎn)，充分挖掘其歷史背景和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，精心完成問(wèn)題的構(gòu)建；然后在課堂中構(gòu)建問(wèn)題，包括問(wèn)題的背景、意義等，并針對(duì)問(wèn)題對(duì)學(xué)生提出任務(wù)要求；接著學(xué)生針對(duì)問(wèn)題，利用網(wǎng)絡(luò)搜集與問(wèn)題相關(guān)的資料，為下階段做好準(zhǔn)備。

成分二“產(chǎn)生構(gòu)想”由小組討論、提出解決方案、方案評(píng)價(jià)、發(fā)現(xiàn)方案困境四個(gè)階段組成，關(guān)鍵是要激發(fā)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵——新知識(shí)點(diǎn)。這個(gè)部分的主體是學(xué)生，教師主要起到引導(dǎo)的作用。

成分三“計(jì)劃行動(dòng)”包括新知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)、重回問(wèn)題解決方案、完成知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)總結(jié)。新知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)階段是銜接“產(chǎn)生構(gòu)想”成分中的問(wèn)題解決困境，要解決問(wèn)題，必須要引入新知識(shí)點(diǎn)。重回問(wèn)題解決方案階段，是由學(xué)生應(yīng)用所學(xué)新知識(shí)點(diǎn)回到問(wèn)題解決，最后完成總結(jié)。

在CPS模型教學(xué)方法的應(yīng)用中，由于新知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)是以學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)為主，因此為了保證學(xué)習(xí)效果，利用班級(jí)QQ群發(fā)起投票，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)薄弱點(diǎn)。在課程最后總結(jié)部分，重點(diǎn)進(jìn)行回顧和再講解，這樣有效實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的溝通和互動(dòng)。

課程科研活動(dòng) 課程的科研活動(dòng)不同于實(shí)踐體系的科研活動(dòng)，旨在緊緊圍繞課程內(nèi)容進(jìn)行深度擴(kuò)展。首先根據(jù)課程內(nèi)容精心選擇與其相關(guān)的課題題目，提出完成要求和標(biāo)準(zhǔn)，并在課程教學(xué)中輔以案例教學(xué)，介紹方法和過(guò)程；然后由學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，在課外以完成大作業(yè)的形式開(kāi)展；最后在答疑課中集中展示和評(píng)價(jià)。在實(shí)際科研活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中，可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況分為三個(gè)層次。

第一層次：科研課題的調(diào)研。目標(biāo)是所有學(xué)生能夠了解科研方法和科研過(guò)程，調(diào)研內(nèi)容應(yīng)根據(jù)課程中提出的課題題目，由學(xué)生自主選擇，完成調(diào)研報(bào)告。

第二層次：科研課題的實(shí)踐。目標(biāo)是大多數(shù)學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組參與，以調(diào)研資料為基礎(chǔ)，利用相應(yīng)的軟件或硬件完成科研小項(xiàng)目，最終完成報(bào)告并在答疑課中展示。

第三層次：科研競(jìng)賽和參與真正的科研。目標(biāo)是推薦少數(shù)能力突出的學(xué)生參與教師的科研團(tuán)隊(duì)，或者參與高年級(jí)學(xué)生組隊(duì)的科研項(xiàng)目和競(jìng)賽。

這三個(gè)層次由文獻(xiàn)調(diào)研、科研方法及實(shí)戰(zhàn)練習(xí)，到高階創(chuàng)造性的科研活動(dòng)，逐步進(jìn)階，既照顧了大多數(shù)學(xué)生的創(chuàng)造性科研訓(xùn)練要求，又達(dá)到培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的目的。

多重考核 傳統(tǒng)的學(xué)生學(xué)習(xí)情況考核由考試、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)三個(gè)部分組成，其中期末考試占課堂成績(jī)的70%。而國(guó)外一流大學(xué)[7]期末考試成績(jī)一般占總成績(jī)的40%～50%，他們更重視平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)。多重考核方法從課堂學(xué)習(xí)、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐能力、考試等方面進(jìn)行考核，可以較好地評(píng)估學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握情況，激勵(lì)學(xué)生重視平時(shí)的學(xué)習(xí)。考核標(biāo)準(zhǔn)為課程的課堂學(xué)習(xí)占10%，課后作業(yè)及小測(cè)驗(yàn)占10%，科研小項(xiàng)目占20%，實(shí)驗(yàn)占10%，期末考試成績(jī)占50%。另外，為了激勵(lì)學(xué)生在科研小項(xiàng)目上的投入，設(shè)計(jì)科研小項(xiàng)目期末展評(píng)活動(dòng)，每個(gè)小組通過(guò)PPT或現(xiàn)場(chǎng)演示展示各組的成果并評(píng)出優(yōu)秀獎(jiǎng)。

在以上考核評(píng)價(jià)體系中，對(duì)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)和科研活動(dòng)參與情況的評(píng)價(jià)以小組為單位，設(shè)計(jì)課堂學(xué)習(xí)和科研小項(xiàng)目評(píng)價(jià)量表，如表2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

以“信號(hào)與系統(tǒng)分析基礎(chǔ)”課程為例，提出基于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學(xué)模式。該模式通過(guò)營(yíng)造創(chuàng)新環(huán)境，激勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新的動(dòng)力和自信；采用CPS模型教學(xué)方法，提升學(xué)生創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維；開(kāi)展小組互助式的科研活動(dòng)，提供創(chuàng)新的條件；改善學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法，更為合理地評(píng)價(jià)學(xué)生，激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。教學(xué)模式通過(guò)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用，得到學(xué)生的高度認(rèn)可，他們認(rèn)為新的教學(xué)模式極大地激發(fā)了學(xué)習(xí)欲望，改善了學(xué)習(xí)效果，有助于提升創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭君里，谷源濤.信號(hào)與系統(tǒng)課程歷史變革與進(jìn)展[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（2）：1-6.

[2]張艷，劉泉，張苗，等.自主學(xué)習(xí)復(fù)合模式在信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，37（2）：152-155.

[3]朱明旱，成天樂(lè).信號(hào)與系統(tǒng)研究性教學(xué)中創(chuàng)新思維的培養(yǎng)[J].科教導(dǎo)刊，2015（4）：107-108.

[4]尹霄麗，桑紅慶.基于團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)方法在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中的實(shí)踐[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2015（5）：76-80.

[5]張順嵐，莫建文，歐陽(yáng)寧，等.基于問(wèn)題的教學(xué)在信號(hào)與系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（2）：137-139.

[6]任蕾，薄華，金欣磊，等.以應(yīng)用實(shí)例為主線的“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)法[J].大學(xué)教育，2016（2）：121-122.

[7]劉永祥，吳京，黎湘.面向國(guó)際一流大學(xué)的信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)模式研究[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2011（2）：77-79.

[8]林崇德，胡衛(wèi)平.創(chuàng)造性人才的成長(zhǎng)規(guī)律和培養(yǎng)模式[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2012（1）：36-42.

[9]劉寶存.美國(guó)大學(xué)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)與本科生科研[J].外國(guó)教育研究，2005（12）：39-43.

[10]徐曉媛，史代敏.拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的調(diào)研與思考[J].國(guó)家教育行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（4）：81-84.

[11]郭廣生.創(chuàng)新人才培養(yǎng)的內(nèi)涵、特征、類(lèi)型及因素[J].中國(guó)高等教育，2011（5）：12-15.

[12]米廣春.科學(xué)思維培養(yǎng)的實(shí)證研究：MBD教學(xué)模式的建構(gòu)及其影響[D].上海：華東師范大學(xué)，2011.