信號與系統課程“以學為中心”教學模式探索與實踐

全星慧，韓建，趙麗華，周圍，呂秀麗

（東北石油大學 物理與電子工程學院，黑龍江大慶 163318）

“以學為中心”是大學教育理念的靈魂，也是提高教育質量的核心所在[1]。“以學為中心”包括以學生為中心、以學習為中心、以學術為中心、以教學為中心等，高校中的一切教學活動應該圍繞這幾個中心開展[2]。本文以信號與系統課程為例，從“以學為中心”的教學理念出發，深度剖析教學中存在的問題，結合OBE（成果導向教育）理念，構建“以學為中心”的教學模式，從而激發學生學習的主動性，提升教學效果。

信號與系統是電子信息類專業一門重要的專業基礎課，通過課堂講授、實驗教學等環節，使學生掌握信號的表示和系統基本分析方法。課程包含大量復雜的公式、定理和性質，涉及微分方程、矩陣等復雜、煩瑣的數學知識，數學原理較多、抽象且難以理解，傳統的授課方式導致課程與實踐應用脫節，學生的學習積極性不高[3-7]。如何激發學生學習的主動性，培養學生的創新能力，進一步提高教學質量，是亟須解決的問題。

1 教學模式探索與實踐

結合傳統教學存在的問題，本文結合“以學為中心”的教學理念，以OBE 理念為指導，圍繞畢業生的能力需求進行信號與系統課程建設與教學改革，重點開展以產出為導向的教學設計、以創新能力培養為導向的課堂改革、以持續改進為目標的課程考核與質量評價[8-10]。圖1 為“以學為中心”的課程教學模式架構，通過整合教學內容、增加教學環節、豐富教學手段、完善評價機制等，將教學過程進行縱向延伸，將教學內容進行橫向延伸。

圖1 課程教學模式架構

借助超星學習通教學平臺以及信號與系統的MOOC 課程平臺，將教學過程由課堂教學延伸到課前、課后的內容預習、分組討論、總結歸納等，實現教學過程的縱向延伸；同時將教學內容由理論講授延伸到前沿應用、案例分析、工程實踐等，實現教學內容的橫向延伸。

1.1 課前預習內容推送與問題分組討論

借助學習通以及MOOC 平臺，充分將信息技術、網絡資源與教學過程、教學內容深度融合[3]。教師借助平臺推送理論課程教學視頻、實驗課程教學視頻、教學課件等課程資料，以及課程相關知識擴展、學科前沿、應用領域等參考資料；學生根據平臺提供的課程資料進行課前預習，同時對課程相關問題進行分組討論。

1.2 課上整合教學內容，增加教學環節，豐富教學手段

教師針對課程內容進行重新整合，將原來的連續時間信號與系統到離散時間信號與系統的分析，調整為信號與系統的時域分析到變換域分析，將原來的傅里葉變換和傅里葉變換應用于通信系統，整合為信號與系統的傅里葉分析方法，加強了知識的接續性，使學生能夠由此及彼，舉一反三；由理論推導分析到利用MATLAB 軟件應用案例仿真分析，使學生從被動接受到自主探究，實現課堂教學以知識傳授為主過渡到以提升學生的獨立思維和創新能力為主。

課程包括小班授課、課程導入、討論匯報、講授新知、案例分析、課上總結、鞏固練習等教學環節。通過課上學生匯報、學生互動和師生互動，將研究與討論貫穿教學活動始終，突出以學生為主體、教師為主導的教學模式。

在課堂授課中，借助學習通、MOOC 等教學平臺的“投票”“搶答”“選人”“隨堂練習”多種功能進行課堂互動，活躍了課堂氣氛，增加了師生的交流，鞏固了課上所授知識點，激發了學生積極參與課堂的主動性。

1.3 課后梳理知識結構，自我檢測，實踐應用

教師針對課程內容安排學生完成思維導圖，學生通過對課程內容進行梳理，總結重點、難點及與其他章節內容的關系，從而建立系統的知識體系；通過教師在學習通平臺自建的題庫，學生可以自主完成階段測試，對自身學習情況做到心中有數，查缺補漏；通過實驗、課程設計等對相關知識進行MATLAB、Python 軟件編程及仿真分析，不僅使學生對理論理解得更加透徹，而且將理論與實踐應用緊密結合，從而進一步激發學生的學習熱情，使學生做到學以致用。

1.4 有機融入思政元素

在信號與系統課程中有機融入思政元素，從而達到立德樹人的目標[11-14]。在系統時域分析的不同方法中融入思政點，如系統時域求解的經典法與雙零法，引出解決問題的方法不唯一；在系統變換域分析中融入思政點，如系統函數，引出從系統的時域現象探尋變換域的本質，即“透過現象看本質”；在介紹與課程相關的科學家時融入思政點，如傅里葉、拉普拉斯等天才的人生經歷，學習他們堅持真理、求真求是的精神和品質，這種品質是學生在未來的學習與工作中應具有的；在課程定理講授中融入思政點，如抽樣定理，引出精度與速度的辯證關系，即得與失的辯證關系，培養學生辯證思維能力。

2 教學評價及實踐效果

課程設置嚴格的評教制度，除學期末學校教務處統一對學生評教、教學督導組對教師聽課評教外，教研室教師之間也要互相評教打分，做到以教促學、以學促教。

改變課程考核機制，從知識考核向能力考核轉變。課程考核由平時成績（10%）+實驗成績（20%）+期中測試成績（20%）+期末成績（50%）構成。平時成績包括課堂表現、分組討論、思維導圖、案例仿真等的完成情況；課內實驗采取實驗箱與MATLAB軟件仿真相結合的模式，既能鍛煉學生搭接電路、調試電路、分析現象的能力，又能通過軟件仿真拓展實驗箱之外的案例分析；通過自建在線題庫，學生可進行自主練習和測試，形成良好的學習自測和檢查機制，通過期中測試掌握學生階段性的學習成果，在期末測試中將能力考核的綜合分析試題占比提升到50%。

從2018 年改革以來，課程組更新了教學大綱、實驗項目及教學設計，制定了合理的多元考核評價機制，通過5 年對5 屆學生不間斷的教學實施與改進，實現了課程建設與教學改革。調研分析，學生課堂互動及主導能力明顯增強，課程目標達成度逐年提高。每年以信號與系統作為考研專業課，升學率在20%以上。學生以信號與系統課程內容為基礎參加全國大學生電子設計競賽、全國大學生光電設計競賽、全國大學生物聯網設計競賽、創新設計大賽、飛思卡爾智能車大賽等，多次獲得國家級、省級獎項。

3 結束語

針對課程理論性強、晦澀難懂、課程與實踐應用脫節、學生的學習積極性不高等突出問題，本文進行了“以學為中心”的教學模式探索與實踐，構建了教學過程縱向延伸、教學內容橫向延伸的課程教學模式架構，多角度激發學生學習的積極性，培養學生的自主探究、獨立思考和創新能力，從而提高了教學效果，推動了課程建設和教學改革。通過課題組的不斷探索與實踐，信號與系統課程教學改革取得了顯著成效，在后續教學過程中將進一步完善“以學為中心”的課程教學模式，并逐步推廣到專業的其他相關課程中。