楊 艷 陳 燕 李瑜慶

(蚌埠學院 電子與電氣工程學院, 蚌埠 233030)

自2015年10月教育部發(fā)文《引導部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導意見》(教發(fā)〔2015〕7 號)以來[1],蚌埠學院作為安徽省十三所應(yīng)用型高校聯(lián)盟成員,本著“地方性、應(yīng)用型、 開放式、工科強”的辦學定位,多年來堅定不移地走服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展之路,緊密對接地方優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,不斷優(yōu)化學科專業(yè)結(jié)構(gòu),持續(xù)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量,在教育教學改革中進行了大膽的探索和實踐。在此種時代需求的背景下,“信號與系統(tǒng)”作為蚌埠學院電子信息、電氣工程、光電信息科學、物聯(lián)網(wǎng)工程等本科專業(yè)的主干課程,自2019年以來,蚌埠學院“通信與信號處理”教學團隊對該課程進行了線上線下混合式教學模式的探索和實踐,積累了一定的建設(shè)成果和教學經(jīng)驗[2]。該課程基于OBE教學理念,優(yōu)化了教學體系和教學內(nèi)容,制定了科學合理的成績考核方式,提升了學生的實踐能力,激發(fā)了學生的創(chuàng)新精神。為提高本校的教學質(zhì)量、構(gòu)建應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系起到積極的推動作用。

1 基于MOOC的線上線下混合教學

1.1 線上線下混合式教學模式發(fā)展歷程

通過整合課程資源,“通信與信號處理”教學團隊基于學銀在線MOOC平臺,完成了課程的線上教學資源建設(shè)。對課程中的章節(jié)內(nèi)容進行了MOOC視頻錄制,開課期次與學校的教學周期同步進行。截止目前,已完成了第六個教學周期,線上的教學資源除教學視頻外,包括自制的課件、教學日歷、教學大綱、章節(jié)測驗、作業(yè)庫和考試庫等資源,隨著每學期的不斷更新也越來越豐富。在教學大綱要求的學時范圍內(nèi),線上學時比例的分配與每學期的教學實際情況匹配,占比30～40%。學生除了利用MOOC平臺進行日常的章節(jié)學習外,還需要完成同步進行的線上作業(yè)和考試等環(huán)節(jié)。課程開設(shè)最初,由于學生習慣于線下教學模式,對線上環(huán)節(jié)的完成度并不高。很多學生仍然認為課堂內(nèi)的學習才是主要的學習模式。2020年春季學期,因為疫情影響,全部采用了線上教學模式。經(jīng)歷了疫情之后的每學期,線上教學模式已經(jīng)被學生們普遍接受。2020年秋季學期,“信號與系統(tǒng)”課程嚴格按照線上線下混合教學模式進行。目前,該課程的MOOC平臺已向公眾開放,已經(jīng)成為校內(nèi)和省內(nèi)外一門重要的在線教育課程。其中,線上平臺還吸引了云南大學、華僑大學、南陽理工學院、包頭師范學院和中國民用航空飛行學院等省內(nèi)外學生的學習[2]。

1.2 優(yōu)化教學體系和教學內(nèi)容

將學生的知識、能力和素養(yǎng)作為教學的出發(fā)點,優(yōu)化混合式課程的教學體系。首先,結(jié)合MOOC課程的特點將“信號與系統(tǒng)”的教學體系進行優(yōu)化。針對面向電子信息大類學科規(guī)劃了學科基礎(chǔ)課程群,強化了本?！皯?yīng)用型、工科強”的辦學定位。優(yōu)化后的課程體系由“電路與電子技術(shù)、自動化、信息處理”三大課程群構(gòu)成,如圖1所示。針對不同專業(yè)的學生將授課內(nèi)容進行優(yōu)化。

圖1 電子信息類學科基礎(chǔ)課程體系

比如,對電子信息專業(yè)的學生,電路與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析和系統(tǒng)傳輸函數(shù)等內(nèi)容在“電路”和“信號與系統(tǒng)”課程中存在交叉,因此,可以將這些內(nèi)容放在“電路”課程中講授,壓縮拉普拉斯變換等相關(guān)內(nèi)容。而針對信息處理方向?qū)I(yè)的學生,在“數(shù)字信號處理”課程中離散信號和系統(tǒng)的傅里葉分析是重點,可將“信號與系統(tǒng)”中的離散信號傅里葉變換內(nèi)容調(diào)整到“數(shù)字信號處理”課程中去,在后者中重點講述連續(xù)信號的傅里葉級數(shù)、傅里葉變換和離散信號的Z變換和系統(tǒng)的Z域分析。如果授課專業(yè)是電氣或自動化專業(yè),可將系統(tǒng)穩(wěn)定性判定、信號流圖、梅森公式等與“自動控制原理”重復(fù)的教學內(nèi)容刪去。狀態(tài)變量分析內(nèi)容中,涉及到系統(tǒng)的控制矩陣等內(nèi)容可放在“自動控制原理”中進行講授。優(yōu)化后的教學體系和教學內(nèi)容,使課程群的授課教師分工明確,避免了教師重復(fù)教學,提高了工作效率,消除了學生聽課的乏味感,從而進一步提升了“信號與系統(tǒng)”課程的教學質(zhì)量[3]。

1.3 基于OBE的教學理念

為體現(xiàn)“工科強”的辦學定位,在混合式教學中,引入以成果為導向的OBE教育理念,首先根據(jù)培養(yǎng)方案,在優(yōu)化的教學內(nèi)容中加強學生的工程思維能力培養(yǎng)[4]。從工程思維角度出發(fā),將課程內(nèi)容結(jié)合實際工程案例進行教學[5]。從課程的基本概念、定義,到三大變換的數(shù)學工具運用,都在工程思維中進行。比如,在講解非周期信號的頻率密度時,可采用語音信號頻譜分析的案例進行分析。由于傅里葉變換運算稍顯復(fù)雜且難于計算,因此,在信號的頻域分析中,可恰當?shù)匾隡atlab、Multimsim仿真軟件進行工程信號的運算和仿真分析[6]。頻譜分析的結(jié)果直觀明了,學生的學習興趣明顯得到了提升,更激發(fā)了學生的探究欲望[7]。同時要求學生課后線上提交各種工程信號的頻譜分析報告,完成教學反饋和回溯。再比如,講解反卷積時,通過講解雷達探測系統(tǒng)實例代替空洞晦澀的理論,讓學生進一步理解反卷積的概念以及在地震信號處理、地質(zhì)勘探等工程領(lǐng)域的重要應(yīng)用,如表1所示課程內(nèi)容與相關(guān)工程案例對照表。

表1 課程內(nèi)容與工程案例對照表

理論教學中Matlab、Multimsim作為輔助教學軟件,在實驗教學中,也有與課程配套的Matlab系統(tǒng)仿真實驗系統(tǒng)[8]。另外,學院的創(chuàng)新實驗室在為培養(yǎng)學生的工程實踐能力提供了良好的硬件環(huán)境。如信號A/D轉(zhuǎn)換的實驗、信號波形合成實驗波形等實驗項目都有助于學生理解不同信號的區(qū)別以及周期信號的傅里葉級數(shù)展開等與本課程相關(guān)的知識點,為培養(yǎng)應(yīng)用型人才打下了堅實的理論和實驗基礎(chǔ)。

1.4 科學合理的課程考核

作為高等教育教學中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),課程考核評價體系要科學合理,混合式教學的考核融合了學生在線上線下各環(huán)節(jié)學習任務(wù)的參與度與完成度[9]。課程成績中,過程性考核占40%,終結(jié)性考核占60%。其中,過程性考核包括線上和線下,線上成績占50%,由章節(jié)測試、作業(yè)、考試、討論等任務(wù)組成,成績占比會根據(jù)每學期的實際情況進行適當調(diào)整,如表2所示。線下成績由出勤、課后作業(yè)、分組討論、實驗等組成,如表3所示為課程形成性考核成績構(gòu)成表。其中,實驗成績由學生實驗課堂表現(xiàn)和實驗報告組成。學生可實時通過MOOC平臺獲得各項活動的評價,評價結(jié)果可追溯。科學有效的課程考核評價體系,能夠激勵學生自主學習,提高學生的創(chuàng)新性,促進應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

表2 線上線成績構(gòu)成表

表3 課程形成性考核(評價)的課程成績構(gòu)成表

1.5 混合式教學設(shè)計

混合式教學設(shè)計架構(gòu)如圖2所示,分為五個階段?，F(xiàn)以“信號的頻譜分析與應(yīng)用”教學內(nèi)容為例進行說明。

圖2 “信號與系統(tǒng)”混合式教學架構(gòu)

(1)課前線上預(yù)習:在課堂教學之前,將課堂內(nèi)容提前發(fā)布,布置相關(guān)啟發(fā)式的提問,比如“信號在頻域內(nèi)進行分析,可以從哪些角度去分析?”通過諸如此類問題的預(yù)習,培養(yǎng)學生自主思考和提高分析問題的能力。

(2)線下課堂對線上任務(wù)的回顧與評判:該環(huán)節(jié)主要由教師來完成,線上學習效果如何,需要進行回顧和評判。

(3)知識的即時考核:線下課堂利用線上教學平臺,在課堂上即時做出各種考核,包括進行線上的分組討論和現(xiàn)場提問,提出“周期信號的雙邊譜和單邊有什么區(qū)別和聯(lián)系?”等問題,培養(yǎng)學生的歸納總結(jié)能力和團隊合作精神。

(4)知識的應(yīng)用與拓展:線下課堂可對知識點進行升級,提出諸如“什么是連續(xù)時間信號的頻譜和頻譜密度?”“二者有什么區(qū)別和聯(lián)系?”“周期信號有頻譜密度嗎?”“一個實信號,它的頻譜是對稱的,那么如何理解負頻率呢?”等問題,學生或通過線下課堂的小組討論或通過查閱文獻,進行課堂即時回答或線上提交,進一步培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、深入思考的能力。

(5)課后任務(wù)和反饋:除線上布置作業(yè)外,線下也要布置作業(yè),相互補充,實時地抓住學生薄弱環(huán)節(jié),強化知識與能力訓練。每個學生都可以在課后通過學習通提交關(guān)于不同工程信號的頻譜分析作業(yè)。

1.6 立德樹人的課程思政教育

通過適時在課程引入中國制造2025重點發(fā)展領(lǐng)域之新一代信息技術(shù)戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃關(guān)于信息技術(shù)在國家核心競爭力的地位描述,潛移默化將社會主義核心價值觀、工匠精神、“四史學習”等思政元素融入線上和線下的課堂教學,為學生樹立強烈的責任感和使命感,激發(fā)學生們的愛國熱情,引導學生投身于中國新時代信息建設(shè)中[10-11]。

2 結(jié)語

依托學銀在線MOOC平臺,“信號與系統(tǒng)”課程的線上線下混合式教學模式,從蚌埠學院的實際出發(fā),通過優(yōu)化教學體系和內(nèi)容,科學的考核方式,進行了探索和實踐。實踐結(jié)果表明,學生的學習興趣與自主學習能力得到了大幅度的提升,理論知識和實踐能力得到了長足的進步。學生的課程評教每年均位居學校前列,學生的課程任務(wù)完成度好,參與度高,課程的目標達成度也得到了提升。所培養(yǎng)的學生多次在省級各項學科競賽中取得了優(yōu)異的成績,畢業(yè)生中也涌現(xiàn)出了多名信息領(lǐng)域的企業(yè)骨干。為建成一流本科課程以及對其他電子類專業(yè)課程的建設(shè)提供了重要的依據(jù)和重要參考。