李亞文，劉愛(ài)軍，趙杰

（商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西 商洛 726000）

OBE 目標(biāo)導(dǎo)向強(qiáng)調(diào)以產(chǎn)出為導(dǎo)向[1]，以學(xué)生為中心，持續(xù)改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力[2-3].因此，電子信息類專業(yè)課程教學(xué)以產(chǎn)出為導(dǎo)向積極開展項(xiàng)目式教學(xué)模式探索，將項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐的“明線”和德育教學(xué)的“暗線”相結(jié)合，達(dá)到全方位育人的目的[4].以O(shè)BE 理念為指導(dǎo)的目標(biāo)導(dǎo)向課程教學(xué)改革，以培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新人才為目的[5]，重新整合教學(xué)內(nèi)容，實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)形式，要求教學(xué)內(nèi)容正向設(shè)計(jì)，反向?qū)嵤6]，主要包括：設(shè)置教學(xué)目標(biāo)、重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、整理教學(xué)材料、設(shè)計(jì)教學(xué)策略以及教學(xué)評(píng)價(jià)體系等，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu).

1 信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容固化、陳舊，重理論輕實(shí)踐

信號(hào)與系統(tǒng)課程理論性較強(qiáng)，涉及較多的數(shù)學(xué)公式.教師在教學(xué)過(guò)程中過(guò)多強(qiáng)調(diào)理論推導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)課程形式化嚴(yán)重.專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容不能與時(shí)俱進(jìn)，不了解用人單位對(duì)電子信息類專業(yè)人才的技能需求，完全依賴于教綱內(nèi)容，缺乏實(shí)踐項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力.理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生難以滿足企業(yè)和行業(yè)發(fā)展需求.

1.2 學(xué)生缺乏項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)

學(xué)生雖然在學(xué)校內(nèi)參加相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)，但是缺乏系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，畢業(yè)后很難快速適應(yīng)工作崗位的需求，實(shí)踐創(chuàng)新能力亟需提高.信號(hào)處理類的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課程，很少開展項(xiàng)目式教學(xué)，一些工程項(xiàng)目中的實(shí)際案例在教學(xué)過(guò)程中往往被“肢解”，以達(dá)到輔助鞏固專業(yè)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的目的，最終也只能淪為一個(gè)典型的實(shí)踐素材.對(duì)于學(xué)生而言，如何利用專業(yè)知識(shí)，在項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)工作中創(chuàng)新性地解決實(shí)際問(wèn)題，依然存在很大困難.

2 OBE 目標(biāo)導(dǎo)向下的項(xiàng)目式教學(xué)

OBE 理念指導(dǎo)下的課程教學(xué)要求以產(chǎn)出為導(dǎo)向，電子信息類專業(yè)人才主要培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)具備良好的工程素質(zhì)和人文素養(yǎng)，掌握信號(hào)獲取、處理和傳輸?shù)膶I(yè)知識(shí)，具有團(tuán)隊(duì)精神、管理協(xié)調(diào)能力和社會(huì)責(zé)任感的電子信息領(lǐng)域?qū)I(yè)技能人才.因此，項(xiàng)目式的教學(xué)方式非常符合電子信息類人才培養(yǎng)的要求，以項(xiàng)目為抓手，課堂教學(xué)為載體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.通過(guò)整合專業(yè)知識(shí)能力，形成專題模塊化教學(xué)，選擇合適的項(xiàng)目案例，開展教學(xué)活動(dòng).充分利用優(yōu)質(zhì)的線上課程教學(xué)資源夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，融入合適的教師科研項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目以及各類校企合作項(xiàng)目等，支持項(xiàng)目式教學(xué)的順利開展.總結(jié)項(xiàng)目成果和教學(xué)效果，動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)目標(biāo)，持續(xù)改進(jìn).以O(shè)BE 理念指導(dǎo)的項(xiàng)目式教學(xué)見圖1.

圖1 OBE 目標(biāo)指導(dǎo)下的項(xiàng)目式教學(xué)

以學(xué)生為中心的項(xiàng)目式教學(xué)始終堅(jiān)持商洛學(xué)院電子信息類人才工程素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，主旨培養(yǎng)能夠運(yùn)用基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)分析、解決電子信息相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題的能力，能夠獨(dú)立從事科學(xué)研究、電路系統(tǒng)軟硬件技術(shù)開發(fā)、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)管理等方面的工作，服務(wù)于地方區(qū)域產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要.以產(chǎn)出為導(dǎo)向的課程教學(xué)要求傳統(tǒng)教學(xué)的主體教師要讓位給“以學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)作用[7-8]，充分利用線上優(yōu)質(zhì)課程資源開展混合式教學(xué)，結(jié)合信息技術(shù)，節(jié)約寶貴的課堂教學(xué)時(shí)間，有效拉長(zhǎng)學(xué)習(xí)的鏈條.

針對(duì)電子信息類專業(yè)課程教學(xué)中的相關(guān)要素進(jìn)行分析，探尋線上教學(xué)和課內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)之間的最佳切合點(diǎn)[9]，研究混合式教學(xué)過(guò)程中理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)諸要素的融合機(jī)制，采用基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的混合式教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，兼顧學(xué)生個(gè)性發(fā)展.以學(xué)生為中心的項(xiàng)目式教學(xué)模式的具體實(shí)施過(guò)程見圖2，分為課前、課中和課后教學(xué)3部分.在課前通過(guò)自學(xué)線上課程，查閱資料，尋找和設(shè)計(jì)合理的項(xiàng)目實(shí)施方案；在課中進(jìn)行1～2 組的項(xiàng)目成果匯報(bào)，通過(guò)生生辯論，師生點(diǎn)評(píng)等，拔高問(wèn)題的深度和廣度，啟發(fā)學(xué)生思考，凸顯課程的“兩性一度”；課后通過(guò)信息化的教學(xué)手段，如學(xué)習(xí)通、問(wèn)卷星等收集反饋教學(xué)效果，持續(xù)改進(jìn)，優(yōu)化課程資源，確定合理的項(xiàng)目實(shí)施方案，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，鼓勵(lì)學(xué)生以此為契機(jī)，參加“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外作品制作和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目等.

圖2 項(xiàng)目式教學(xué)的具體實(shí)施

3 信號(hào)與系統(tǒng)項(xiàng)目式教學(xué)案例實(shí)施

本節(jié)內(nèi)容是信號(hào)與系統(tǒng)中3.3 節(jié)——信號(hào)的頻譜分析，主要講解了周期型信號(hào)的頻譜分析和頻譜特點(diǎn)，并當(dāng)周期T趨于無(wú)窮大時(shí)，周期型信號(hào)逼近非周期型信號(hào)，分析非周期信號(hào)的頻譜，包括幅度譜和相位譜.通過(guò)課前推送線上課程資源，課堂講授中以項(xiàng)目案例為載體，使用項(xiàng)目式教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂的形式，以項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)施為抓手，以翻轉(zhuǎn)課堂為載體，持續(xù)推進(jìn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，教師主導(dǎo)課堂教學(xué)，以產(chǎn)出導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)，通過(guò)項(xiàng)目案例的分享與辯論，巧妙融入課程思政暗線貫穿信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程教學(xué)育人的目的.

課前以一幅肖像畫導(dǎo)入，引出信號(hào)頻譜分析的必要性，提出問(wèn)題：這幅圖像是科學(xué)家愛(ài)因斯坦還是女星——瑪麗蓮·夢(mèng)露的肖像畫，引入課程思政點(diǎn)1：培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)辟謠，崇尚科學(xué)，反對(duì)迷信，利用科學(xué)知識(shí)揭示事物的本質(zhì).課程的主要內(nèi)容——周期信號(hào)的頻譜、以周期型的矩形脈沖信號(hào)為例，歸納周期信號(hào)頻譜的特點(diǎn)，滲透切入課程思政點(diǎn)2：結(jié)合法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家傅里葉本人的生平講述他的主要成就及研究成果曾被多次拒絕發(fā)表，而最終卻在數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著巨大影響，激勵(lì)學(xué)生要有強(qiáng)烈的求知欲望和迎難而上、鍥而不舍的鉆研精神.講解非周期信號(hào)的頻譜、例題講解求解一些信號(hào)的頻譜.應(yīng)用非周期信號(hào)的頻譜分析解決工程實(shí)踐問(wèn)題，（1）語(yǔ)音信號(hào)中的頻譜分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)濾噪，還原原始語(yǔ)音信號(hào)；（2）圖像二維頻譜分析，幫助學(xué)生揭示課前肖像畫圖像的本質(zhì)，滲透切入課程思政點(diǎn)3：利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)解決工程實(shí)踐問(wèn)題，揭示事物的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的科學(xué)素養(yǎng)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力，幫助學(xué)生樹立明確的職業(yè)理想.具體的教學(xué)設(shè)計(jì)思路見圖3.

圖3 教學(xué)思路設(shè)計(jì)

4 項(xiàng)目式教學(xué)案例應(yīng)用

4.1 圖像的頻譜分析

課前通過(guò)一幅“肖像畫”，提出質(zhì)疑：這幅圖像是偉大的科學(xué)家愛(ài)因斯坦還是上世紀(jì)璀璨的女星——瑪麗蓮·夢(mèng)露的肖像畫，在時(shí)域中已經(jīng)用肉眼無(wú)法區(qū)別（見圖4）.通過(guò)本節(jié)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，通過(guò)圖像頻譜分析揭示圖像的本質(zhì).

圖4 課前“肖像畫”

當(dāng)一幅夢(mèng)露的圖像經(jīng)過(guò)低通濾波器后其細(xì)節(jié)變得模糊，而愛(ài)因斯坦的圖像經(jīng)過(guò)高通濾波器后輪廓變得突出（銳化），而人眼的分辨率有限（相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器），當(dāng)縮小圖像或者遠(yuǎn)離圖像時(shí)，細(xì)節(jié)將不會(huì)被人眼接收（低通濾波器帶寬變?。?，所以所看到的圖像就從愛(ài)因斯坦變成了夢(mèng)露.通過(guò)對(duì)該圖像進(jìn)行頻譜分析，包括對(duì)信號(hào)做傅里葉變換，設(shè)計(jì)不同的濾波器做過(guò)濾，繪制信號(hào)處理前后的頻譜圖和時(shí)域波形圖等，最終得出該幅肖像畫是愛(ài)因斯坦的細(xì)節(jié)信息（高頻分量）疊加瑪麗蓮·夢(mèng)露的輪廓信息（低頻分量）而合成的（見圖5）.

圖5 圖像頻譜分析

4.2 語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析

語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析具體見圖6.給音樂(lè)信號(hào)疊加上噪音后，直觀的聽覺(jué)已經(jīng)很不舒服，做出混疊噪聲的音頻信號(hào)時(shí)域波形圖（見6a），如何能濾除噪聲信號(hào)，還原純凈的音樂(lè)信號(hào)，分析圖6a 在時(shí)域中已經(jīng)無(wú)法區(qū)分噪聲信號(hào)和音樂(lè)信號(hào)；轉(zhuǎn)換思路，分析頻域特性，通過(guò)分析混疊噪聲的音頻信號(hào)的頻譜特性，做出信號(hào)的幅度譜（見圖6c）.分析可知，噪聲信號(hào)主要集中在高頻部分，音樂(lè)信號(hào)主要集中在低頻部分，利用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)一個(gè)滿足指標(biāo)的巴特沃斯IIR 濾波器，對(duì)該語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理可以濾除噪聲信號(hào)，可得到純凈的音樂(lè)信號(hào)，音樂(lè)信號(hào)的時(shí)域波形見圖6b，音樂(lè)信號(hào)的幅度譜見圖6d.

圖6 語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析

5 結(jié)語(yǔ)

本文以產(chǎn)出為目標(biāo)導(dǎo)向，要求教師制定明確教學(xué)目標(biāo)，包括知識(shí)、能力和素質(zhì)目標(biāo)，以及課程思政目標(biāo)，深挖知識(shí)內(nèi)容中的思政元素，通過(guò)積極培育和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀，引導(dǎo)學(xué)生正確的做人和做事觀念[10-11].以信號(hào)與系統(tǒng)項(xiàng)目式具體教學(xué)過(guò)程為案例，以知識(shí)內(nèi)容——周期信號(hào)和非周期信號(hào)的頻譜分析為主線，以課程思政為暗線，積極探索以產(chǎn)出為導(dǎo)向的項(xiàng)目式教學(xué)在電子信息類專業(yè)課程教學(xué)中的實(shí)踐，目的是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，踐行課程思政，潤(rùn)物無(wú)聲、滴水穿石，做到專業(yè)課程育人，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo).