“互聯網+多層次”視角下“信號與系統”課程案例教學模式研究

于華楠

（東北電力大學 電氣工程學院，吉林 吉林 132012）

2015年3月5日，國務院總理李克強在政府工作報告中提出“互聯網+”概念后，一時間就成為關注度極高的社會焦點[1]。隨著教學改革的深入和信息化技術的發展，傳統的講授式教學模式已經很難滿足現代信息化教育的發展要求，越來越多的人開始通過互聯網平臺獲取更多的學習資源[2]。因其具有實時交互、操作方便且靈活多樣的特點，在教學環節被廣泛應用。

“信號與系統”是電氣工程及其自動化專業和通信電信等專業的基礎課程，以信號特性和處理等工程問題為背景，經過數學抽象及理論概括形成，是兼備較強的專業理論性和工程實用性的一門課程[3]。傳統課堂教學方式側重于理論公式的理解和推導，欠缺對數學模型和工程應用的理解，也缺少對學生積極性的調動。在課時推進的過程中逐漸有學生掉隊，放棄對課程的深入學習。

“互聯網+”的應用使師生互動更平等、自然，免于形式化。經典教學模式下的課堂，老師期待學生給予響應和互動，但教學效果仍主要集于在學習積極性更強、基礎更好的學生上，很多響應滯后的學生會在猶豫中錯過讓自己學習狀態更積極的環節。在各種學習平臺進行網上授課的過程學生在電腦屏幕前輕松“卸下包袱”，更積極地響應課堂互動。在“信號與系統”課程建設過程中，對課程內容、知識結構、教學形式、考核形式和學習安排都有更高的要求，結合“信號與系統”課程的特點，本文提出“互聯網+多層次”案例教學模式。

1 “信號與系統”課程特點

“信號與系統”是一門理論性很強的專業基礎理論課。國內高校的“信號與系統”課程一般為64～72學時。學生建立整體知識框架必不可少的邏輯主線[4]：（1）基本信號及其響應。（2）信號的不同分解方法。（3）LTI系統的不同分析方法。

“信號與系統”課程理論性、概念性較強，涉及大量的數學公式和理論推導。在不斷的探索和實踐中，傳統教學模式向現代教學過渡，已逐漸采用更豐富的教學手段，多媒體電子教案、Matlab仿真演示等。然而，對于“信號與系統”課程來說，集中的課堂板書教學是推演公式、數學模型建立的重要環節，其他教學手段和方法更適合作為輔助放在課后完成。于是，基于“互聯網+多層次”的案例教學方式可以充分利用網絡平臺資源，且更適合這門課程的教學過程。

2 圍繞“互聯網+多層次”案例構建“信號與系統”教學新模式

2.1 超星爾雅

互聯網教學體現出更廣泛和有效的應用環境。各種平臺在不同課程類別的教學中，展示了其多面性。學生在上課前可通過超星爾雅手機客戶端進行自學，了解課程的整體框架和基礎知識點。平臺包含教學內容PPT、學術報告、文獻綜述、視頻網課等豐富的教學資料（http://i.mooc.chaoxing.com/space/index.shtml）。課程內容按教學目標和重點難點分層次，題庫資源按章節和題型歸納整理。授課教師在討論區定期分時段線上答疑，可以充分利用平臺優勢與學生進行線上線下互動。讓學生從理論到案例全面、透徹地掌握相關知識，通過最新文獻可以了解信號與系統分析方法的前沿進展，達到培養學生有目標的學習、有針對性地實踐，并尊重個體特點因材施教的教學目的，從而達到向社會輸出電力和通信綜合型人才的目標。

2.2 基于案例的團隊作業

課程中，信號與系統分析的基本概念及分析方法中包含大量的數學公式和理論推導，具有一整套完整、嚴謹的理論體系。對于初次接觸的本科生來說，其抽象性和邏輯性給學習帶來較大阻力。為了使“信號與系統”中抽象的數學公式有豐富的物理含義做支撐，本文引入案例教學，結合互聯網平臺，讓學生分組完成不同的案例，并完成相應的專題報告。通過對課程內容和教學目標的充分研究，以及各屆學生的教學反饋，設計了6個教學內容對應的案例，包括：逆變電路PWM控制系統分析、基于互相關法的地下自來水管漏點查找、諧波注入阻抗在線測量原理、快遞物流分析、電能質量信號分析、數字圖像處理、水下黑匣子尋找37.5 KHz功率譜分析、快速傅里葉分析和阻抗繼電器的動作特性分析。具體操作方案和案例設計如圖1所示。

圖1 電力系統應用案例實施框架

2.3 多層次評價體系

多層次評價體系采用線上線下多層次，精準個性化評價的方式，改革了傳統教學評價中單一考核方式帶來的評價偏差，從而全方位反映學生學習情況，包括學生和教師共同打分的6種教學評價方式：超星學習通自學環節、騰訊會議討論、團隊案例作品、課堂測試、實驗技能考核和試卷考核，具體占比分配如圖2所示。最終考核成績由兩部分構成：個人分數和團隊分數，兩者分數占比分別為80%和20%。老師考核線上討論互動、實驗成績、平時作業和試卷成績，給出個人成績。團隊成績具體包括專題報告（50%），PPT制作（30%）和匯報交流（20%）。

3 實踐效果

“信號與系統”應用超星平臺，在開課前已完善平臺資源，為學生提供課下自主學習的多種素材資料；同時應用平臺的簽到和互動系統，可以監督學生的學習狀態并在討論區及時解答各種問題；利用線上作業，及時、有效地跟蹤學生的學習進展，并對授課形式和內容做積極調整。

從2019年度學生的整體試卷成績，可以看到基于“互聯網+多層次”案例教學的方式，有很可觀的教學成效。首先，學生的試卷成績有顯著提高，與2018年相比，課程目標1達成度85.8%，較上期82.5%有所提高；課程目標2達成度86.4%，較上期69.9%有明顯提升；課程目標3達成度76.8%，較上期74.9%有一定的改善。其次，相應的實驗課和后續課程設計中，學生都有良好表現。同時，指導教師在教學過程中，結合學生線上線下的實際問題以及案例專題中的創新想法，可以根據學生的積極反饋，不斷完善教學改革，形成“教學研”多層次建設的良性循環。

4 結語

傳統的板書式教學方法是教學的經典形式和根本出發點，在此基礎上增加“互聯網+多層次”案例教學，能夠使授課形式更靈活，學生參與度更高，教學效果也有明顯提升。對“信號與系統”課程的教學環節的改革和創新，有良好的推動和促進作用。經過兩年的實踐后已初見成效，學生培養的質量有明顯提高。