袁麗平 王賾坤

摘 ?要：結(jié)合武漢華夏理工學(xué)院應(yīng)用型本科畢業(yè)生的培養(yǎng)目標(biāo)，以學(xué)生為中心，強(qiáng)化突出學(xué)生理論學(xué)習(xí)能力、工程應(yīng)用能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，課程團(tuán)隊(duì)采取優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、融入先進(jìn)科技手段以及制定教學(xué)評(píng)價(jià)策略，對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程進(jìn)行了一系列教學(xué)改革。實(shí)踐表明，新的教學(xué)改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和效果，培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，改善了教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的教學(xué)成效。

關(guān)鍵詞：“信號(hào)與系統(tǒng)”課程;教學(xué)改革;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)手段;教學(xué)評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN911.72-4;G642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）21-0191-04

Exploration and Practice of Teaching Reform of “Signal and System” Course

YUAN Liping，WANG Zekun

（Wuhan Huaxia University of Technology，Wuhan ?430223，China）

Abstract：Combining with the training goal of application-oriented undergraduates of Wuhan Huaxia University of Technology，taking students as the center，strengthening and highlighting the cultivation of studentstheoretical learning ability，engineering application ability，and practical innovation ability，the course team adopts optimizing teaching content，integrating advanced scientific and technological means and formulating teaching evaluation strategy，and carries on a series of teaching reform to the course of “Signal and System”. Practice shows that the new teaching reform has aroused studentsenthusiasm for learning，improved studentslearning efficiency and effect，and cultivated studentspractical ability and innovation ability，improved the quality of teaching，achieved good teaching results.

Keywords：“Signal and System” course;teaching reform;teaching content;teaching mean;teaching evaluate

0 ?引 ?言

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程包含較多數(shù)學(xué)公式及電路分析知識(shí)，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍反映理論知識(shí)枯燥，公式推導(dǎo)過(guò)于煩瑣。因此在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)因材施教、適當(dāng)變革。通過(guò)不斷與學(xué)生進(jìn)行反饋交流以及多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累，了解到學(xué)生更希望通過(guò)一些貼近生活的實(shí)例或者具體工程應(yīng)用來(lái)幫助理解理論知識(shí)。故課程團(tuán)隊(duì)探究從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)技巧以及教學(xué)評(píng)價(jià)三個(gè)方面出發(fā)，總結(jié)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革措施。

1 ?“信號(hào)與系統(tǒng)”課程存在的問(wèn)題

在傳統(tǒng)模式的教學(xué)中，“信號(hào)與系統(tǒng)”課程采用的是“滿(mǎn)堂灌”教學(xué)，教師占主導(dǎo)地位，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和參與度均不高，教學(xué)效果不明顯，問(wèn)題體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 ?課程內(nèi)容抽象學(xué)生難以理解

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程理論多、公式多，推導(dǎo)的過(guò)程比較枯燥，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣低，同時(shí)學(xué)生并未明確學(xué)習(xí)目的，缺乏感性的認(rèn)識(shí)儲(chǔ)備，使得部分基礎(chǔ)比較薄弱的學(xué)生無(wú)法在教學(xué)課堂上積極跟隨教師思路開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)[1]。最終的結(jié)果便是部分學(xué)生將需要深入理解的工科學(xué)科視為需要進(jìn)行背誦與記憶的課程內(nèi)容，僅僅是為了應(yīng)付考試，學(xué)習(xí)的具體效果與品質(zhì)無(wú)法達(dá)到預(yù)期。

1.2 ?教學(xué)模式單一學(xué)生難以融入

傳統(tǒng)教學(xué)采用的是教師講，學(xué)生聽(tīng)的灌輸-接受式面授課堂模式。教師在課程教學(xué)過(guò)程中對(duì)教與學(xué)的交互性的重視程度不夠，一味遵循知識(shí)點(diǎn)講解的重要性，沒(méi)有與學(xué)生進(jìn)行多維互動(dòng)，導(dǎo)致教師與學(xué)生之間形成一個(gè)開(kāi)環(huán)回路，教學(xué)效率低下，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量一直不高。

1.3 ?因材施教缺失學(xué)生難以創(chuàng)新

在傳統(tǒng)教學(xué)體系當(dāng)中，教師對(duì)全部的學(xué)生所運(yùn)用的教學(xué)方案是一致的，未考慮學(xué)生的差異性。事實(shí)上，部分高校進(jìn)行了擴(kuò)招，學(xué)生學(xué)習(xí)素養(yǎng)的差異性更加明顯，除此之外，教學(xué)課時(shí)被不斷壓縮，教師結(jié)合教學(xué)大綱的具體進(jìn)度來(lái)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致一些基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的學(xué)生無(wú)法跟上教學(xué)的進(jìn)度。隨著時(shí)間的推移，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性會(huì)下降，心態(tài)會(huì)自我放松，嚴(yán)重影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，也就無(wú)法提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2 ?“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)創(chuàng)新改進(jìn)及探究

在長(zhǎng)期的教學(xué)過(guò)程中，多次與學(xué)生進(jìn)行溝通與交流后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生更愿意借助更具象的工程實(shí)例學(xué)習(xí)和理解相關(guān)的理論知識(shí)。故課程團(tuán)隊(duì)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)技巧以及教學(xué)實(shí)踐三個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)創(chuàng)新。

2.1 ?教學(xué)內(nèi)容選取

“信號(hào)與系統(tǒng)”是電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)為數(shù)不多的學(xué)時(shí)為64的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，由于學(xué)時(shí)有限，任課教師無(wú)法將知識(shí)講述得非常全面，因此，需要進(jìn)一步甄選教學(xué)內(nèi)容，這就對(duì)教師教學(xué)的水平提出了相對(duì)較高的要求[2]。任課教師如果對(duì)多個(gè)學(xué)科都有涉獵，將信號(hào)與系統(tǒng)等知識(shí)視為入手點(diǎn)，融合不同學(xué)科的知識(shí)，使得“信號(hào)與系統(tǒng)”課程知識(shí)與其他學(xué)科知識(shí)交叉，促使學(xué)生具備更強(qiáng)的綜合能力。

2.1.1 ?適當(dāng)減少數(shù)學(xué)推導(dǎo)

專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)指的是學(xué)生需要具備的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技能素養(yǎng)，在對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，也需要提升對(duì)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)力度，借助不同的教學(xué)模式，控制數(shù)學(xué)推導(dǎo)的數(shù)量，促使學(xué)生具備更高的專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)能力，唯有儲(chǔ)備充足的理論知識(shí)，學(xué)生才能夠更加深入地對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技能進(jìn)行理解[3]，逐漸發(fā)展為社會(huì)所需的人才。若教師只是按照教材給出的知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，會(huì)使得學(xué)生逐漸失去對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。故在進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)時(shí)，教師需要避免出現(xiàn)過(guò)多冗雜的理論推導(dǎo)，嘗試借助精簡(jiǎn)的模型來(lái)輔助學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的剖析與理解。

2.1.2 ?融入日常生活原理

“信號(hào)與系統(tǒng)”是電子類(lèi)的專(zhuān)業(yè)性課程，涵蓋的眾多基本原理能對(duì)諸多自然現(xiàn)象進(jìn)行解釋。在教學(xué)過(guò)程中，引入日常生活中的實(shí)例，提升學(xué)生的課堂參與度，和教師建立良好的互動(dòng)關(guān)系。例如通過(guò)觀察汽車(chē)在快速前進(jìn)時(shí)，看到的車(chē)輪是向后轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，講解“信號(hào)與系統(tǒng)”的抽樣定理。車(chē)速很快，人眼采集到的車(chē)輪旋轉(zhuǎn)圖片較少[4]，根據(jù)人眼視覺(jué)暫留效果，會(huì)看到車(chē)輪向后旋轉(zhuǎn)。配合小視頻播放，能夠給學(xué)生帶來(lái)更為直觀、感性的認(rèn)識(shí)。

2.2 ?教學(xué)技巧改進(jìn)

2.2.1 ?變抽象理論為綜合運(yùn)用

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程呈現(xiàn)出較強(qiáng)的理論性，大部分都是對(duì)公式的推導(dǎo)以及定理內(nèi)容與推論等，如第三章的連續(xù)時(shí)間信號(hào)的傅立葉變換，公式數(shù)量超過(guò)了100個(gè)，內(nèi)容的抽象性比較強(qiáng)。借助作業(yè)與檢測(cè)的形式雖然能夠進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深入理解相關(guān)的理論知識(shí)，但如果后續(xù)沒(méi)有加強(qiáng)復(fù)習(xí)，所學(xué)知識(shí)基本在一兩星期內(nèi)就會(huì)模糊，當(dāng)然這也是符合人類(lèi)記憶的客觀規(guī)律的。學(xué)習(xí)知識(shí)的目的是要轉(zhuǎn)化為自己的能力，因此，需“以學(xué)生為中心”，在課堂上引入必要的操作訓(xùn)練，如借助武漢易思達(dá)科技有限公司的Dubhe系統(tǒng)，搭建對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)操作環(huán)境。以第三章的無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)為例，利用Dubhe系統(tǒng)，搭建運(yùn)行環(huán)境，如圖1所示。

無(wú)失真是指響應(yīng)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)相比，只是大小與出現(xiàn)的時(shí)間不同，而無(wú)波形上的變化，為呈現(xiàn)出更為直觀的結(jié)果，進(jìn)一步提升學(xué)生理解知識(shí)的深度，呈現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)的教學(xué)效果，借助Dubhe系統(tǒng)進(jìn)行仿真操作，如圖2所示，可知方波信號(hào)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)失真與非失真的兩種情況。

上述操作在課堂上僅作效果演示，不進(jìn)行深入講解，教師可分享程序源碼，交給學(xué)生課后實(shí)驗(yàn)。這樣一方面可以檢測(cè)學(xué)生對(duì)教學(xué)理論知識(shí)掌握的程度，另一方面借助有效的實(shí)操環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力，使得學(xué)生能夠主動(dòng)進(jìn)入到互動(dòng)環(huán)節(jié)當(dāng)中。

2.2.2 ?采用先進(jìn)的教學(xué)手段為學(xué)生保駕護(hù)航

如今，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平不斷提升，我國(guó)的高校正在深入地對(duì)創(chuàng)新的教學(xué)模式進(jìn)行探索，“慕課”“微課”與“翻轉(zhuǎn)課堂”等新教學(xué)方法不斷涌現(xiàn)。這種創(chuàng)新性教學(xué)模式的出現(xiàn)使得“信號(hào)與系統(tǒng)”課程體系課時(shí)不足的問(wèn)題得以改善，教師借此能夠?qū)⒁恍┙虒W(xué)知識(shí)放置在微課體系當(dāng)中，引導(dǎo)學(xué)生自主地對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)，節(jié)約課堂的教學(xué)時(shí)間。

基于“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生學(xué)習(xí)狀況、人才的培養(yǎng)目標(biāo)，課程組探究將多媒體技術(shù)與課程體系進(jìn)行融合，利用先進(jìn)信息技術(shù)來(lái)幫助教師進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)與課后的鞏固等活動(dòng)，師生能夠及時(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行反饋與解決。課堂記錄直觀反映學(xué)生出勤數(shù)量、課堂的研討結(jié)果、測(cè)試與作業(yè)狀況等，并還能對(duì)每一次課堂是生成一個(gè)課堂報(bào)告，如圖3所示，便于老師利用“雨課堂”對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的全過(guò)程進(jìn)行持續(xù)觀察。實(shí)踐結(jié)果表示，基于“雨課堂”的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)體系能夠使得學(xué)生具備更高的學(xué)習(xí)積極性并強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

2.3 ?教學(xué)實(shí)踐融入

2.3.1 ?搭載創(chuàng)新性工程背景

大數(shù)據(jù)帶來(lái)的數(shù)據(jù)浪潮引領(lǐng)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘的關(guān)鍵在于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)。利用5G傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)物理世界的模擬信號(hào)實(shí)時(shí)地予以收集，如今研究的重點(diǎn)是處理并分析所收集的數(shù)據(jù)信息。而“5G信號(hào)數(shù)據(jù)采集”正是“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中“信號(hào)時(shí)域抽樣”知識(shí)點(diǎn)，因此將這一工程背景項(xiàng)目作為教學(xué)研究案例，并幫助學(xué)生探究5G傳輸，站在“5G信號(hào)的數(shù)據(jù)采集”原理與抽樣的頻次角度上展開(kāi)介紹，其5G信號(hào)數(shù)據(jù)采集框圖如圖4所示。

基于最新的科研項(xiàng)目，設(shè)計(jì)出與課程體系知識(shí)匹配度更高的工程實(shí)例，將科研與教學(xué)知識(shí)進(jìn)行融合，一方面能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，另一方面也能較好地體現(xiàn)課程體系的創(chuàng)新。在課程開(kāi)始之前，需要把學(xué)生分成不同的興趣小組，每一個(gè)小組的人數(shù)為3～5人，教師需要結(jié)合課程的實(shí)踐案例設(shè)計(jì)不同的工程項(xiàng)目，由學(xué)生自主選題并設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)施方案等。以上項(xiàng)目需要運(yùn)用課程體系當(dāng)中已經(jīng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程與專(zhuān)業(yè)知識(shí)，有助于學(xué)生知識(shí)體系的形成與興趣的培養(yǎng)。對(duì)于表現(xiàn)優(yōu)異的項(xiàng)目，可以推薦其參加全國(guó)性質(zhì)的競(jìng)賽，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力與責(zé)任意識(shí)。

2.3.2 ?跨學(xué)科內(nèi)容交叉

在整個(gè)課程教學(xué)體系當(dāng)中，如今最受關(guān)注的便是經(jīng)典知識(shí)和先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的交叉與融合，如何借助現(xiàn)代化的技術(shù)思想來(lái)對(duì)經(jīng)典知識(shí)進(jìn)行解讀逐漸演變?yōu)檎n程教學(xué)的重點(diǎn)。在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，可以在教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)增加具體的教學(xué)實(shí)例，促使學(xué)生逐漸形成多學(xué)科交叉的創(chuàng)新知識(shí)體系。比如，教師在為學(xué)生們講述寬帶概念時(shí)，可以適當(dāng)引入光纖通信體系的工程運(yùn)用實(shí)例，在對(duì)連續(xù)時(shí)間傅立葉變換知識(shí)進(jìn)行講述時(shí)，可以對(duì)雷達(dá)測(cè)距等工程實(shí)踐進(jìn)行講述，促使學(xué)生的專(zhuān)業(yè)寬度得以拓展，能夠在現(xiàn)有理論知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸，助力學(xué)生對(duì)知識(shí)體系的全面了解與理解。

3 ?“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)創(chuàng)新效果分析

這一教學(xué)改革體系創(chuàng)新舉措的推進(jìn)與努力最終得到了不錯(cuò)的結(jié)果，取得的成績(jī)具體有以下幾點(diǎn)：

（1）學(xué)生的出勤率和教室座位圖的改進(jìn)。以我校電信1181班為例，圖5（a）、圖5（b）分別是教學(xué)改革前與教學(xué)改革后學(xué)生在教學(xué)課堂上的位置分布狀況，深色表示學(xué)生已經(jīng)占據(jù)的位置，白色代表空缺的位置。

圖6為課程創(chuàng)新前與創(chuàng)新后學(xué)生在教室座位排數(shù)的平均分布狀況，直觀可看出應(yīng)用新的教學(xué)模式之后，學(xué)生的平均出勤率也有明顯的改善。該班學(xué)生總數(shù)是40人，進(jìn)行教學(xué)改革前，學(xué)生的出勤率是87.5%，且學(xué)生占座分布均比較靠后，創(chuàng)新后學(xué)生平均出勤率達(dá)到100%，同時(shí)座位分布均比較靠前。結(jié)合圖5、圖6還可知，前排位置的上座率得以提升，學(xué)習(xí)知識(shí)的欲望得以激發(fā)，促使學(xué)生能更好的融入課堂。

（2）這一課程理論知識(shí)學(xué)習(xí)得比較扎實(shí)，其體現(xiàn)在考研學(xué)生所選擇的專(zhuān)業(yè)課程上，以2017年16級(jí)電子信息工程專(zhuān)業(yè)為例，17名考研的學(xué)生中，選擇“信號(hào)與系統(tǒng)”這一課程的人數(shù)是13人，對(duì)應(yīng)的比例為76%。在進(jìn)行座談時(shí)，談及選擇此課程的原因，學(xué)生的回答是對(duì)這門(mén)課程的理論知識(shí)理解透徹，實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)比較熟練，考試時(shí)也更有信心。

（3）在全國(guó)性質(zhì)的電子設(shè)計(jì)比賽中，獲獎(jiǎng)的同學(xué)數(shù)量較多。從2017年之后，興趣團(tuán)隊(duì)的成員分別在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生藍(lán)橋杯比賽獲獎(jiǎng)，其中成績(jī)?yōu)橐坏泉?jiǎng)4次，二等獎(jiǎng)5次，三等獎(jiǎng)9次。

4 ?結(jié) ?論

經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐與摸索，對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程創(chuàng)新技巧進(jìn)行了總結(jié)。借助教學(xué)反饋的形式，在進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，教師將數(shù)學(xué)基礎(chǔ)原理知識(shí)與公式轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w且生動(dòng)的模型實(shí)例，能夠進(jìn)一步強(qiáng)化理解與記憶，大多數(shù)學(xué)生對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”這一課程的教學(xué)過(guò)程表現(xiàn)出滿(mǎn)意的態(tài)度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐麗娜，孫瑩.淺談“信號(hào)與系統(tǒng)”的教學(xué)改革 [J].教育教學(xué)論壇，2018（45）：139-140.

[2] 張揚(yáng)，鄒麟，趙帥.“信號(hào)與系統(tǒng)”小班教學(xué)和考核改革的探討 [J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，32（12）：19-21.

[3] 何繼愛(ài)，藺瑩.“信號(hào)與系統(tǒng)”課程知識(shí)結(jié)構(gòu)及教學(xué)方法研究 [J].高等理科教育，2018（3）：103-108.

[4] 熊莎莎，繆奇航，崔文超.信號(hào)與系統(tǒng)結(jié)合MATLAB案例式教學(xué) [J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2019，15（5）：254-256+260.

作者簡(jiǎn)介：袁麗平（1983—），女，漢族，湖北黃岡人，副教授，碩士研究生，主要研究方向：數(shù)字圖像處理、云制造。