摘 要 在工程教育專業(yè)認證和新工科建設(shè)背景下，文章針對山東青年政治學(xué)院信號與系統(tǒng)課程教學(xué)存在的問題，借鑒成果導(dǎo)向教育理念改革課程教學(xué)體系，采用反向設(shè)計原則確定課程目標(biāo)，理實結(jié)合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計混合式六步教學(xué)模式，融合比較式、問題式、案例式教學(xué)方法，構(gòu)建全過程考核評價方案，并通過抽樣班級的課程目標(biāo)達成度評價檢驗教學(xué)改革成效。

關(guān)鍵詞 成果導(dǎo)向教育；信號與系統(tǒng)；課程體系

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " "文獻標(biāo)識碼：A " "DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.34.030

Research on OBE-based Teaching System for Signals and Systems

LI Ming， XUE Yuli， LIU Xin， SUN Wenyan

（School of Information Engineering， Shandong Youth University of Political Science， Jinan， Shandong 250103）

Abstract In the context of engineering education professional certification and the construction of new engineering disciplines， this article addresses the problems in the teaching of Signal and System courses at Shandong Youth University of Political Science. Drawing on the results oriented education concept， the curriculum teaching system is reformed， and the reverse design principle is adopted to determine the course objectives. The combination of theory and practice optimizes the teaching content， and a mixed six step teaching mode is designed. Comparative， problem-based， and case-based teaching methods are integrated to construct a full process assessment and evaluation plan. The effectiveness of the teaching reform is evaluated and tested through the achievement of course objectives in sampled classes.

Keywords Outcome-Based Education; Signals and Systems; teaching system

成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education，OBE）理念以學(xué)生最終取得的學(xué)習(xí)成果為目標(biāo)，采用反向設(shè)計原則[1]，設(shè)置培養(yǎng)方案和課程教學(xué)體系。該理念由Spady于1981年在其著作Outcome-based Instructional Management：A Sociological perspective中首次提出，其后迅速引起了教育界的關(guān)注并得到了一致認可[2]，被認為是實現(xiàn)卓越工程師教育的最佳途徑[3]?！度A盛頓協(xié)議》全面接受了OBE理念，并以該理念為指導(dǎo)構(gòu)建工程教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)。我國加入《華盛頓協(xié)議》后，持續(xù)將OBE理念作為工程教育的核心理念，貫穿人才培養(yǎng)全過程，形成了中國特色、實質(zhì)等效的認證體系。OBE理念倡導(dǎo)以學(xué)生為中心，學(xué)生培養(yǎng)過程應(yīng)緊緊圍繞“學(xué)生畢業(yè)后應(yīng)當(dāng)具備的能力”和“學(xué)生學(xué)習(xí)效果的達成”開展[4]，強調(diào)以學(xué)生最終取得的學(xué)習(xí)成果作為教學(xué)目標(biāo)，并采用逆向思維反向設(shè)計教學(xué)體系，評估學(xué)習(xí)成果，通過“教”和“學(xué)”的持續(xù)互動改進達成人才培養(yǎng)目標(biāo)。

當(dāng)前我國高等工程教育重點關(guān)注深化新工科建設(shè)，強調(diào)工程教育的質(zhì)量與特色。應(yīng)用工程教育先進理念創(chuàng)新工程教育教學(xué)模式[5]，在課程體系、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)評價等層面落實OBE理念是當(dāng)前高等工程教育改革的重要發(fā)力點。本文秉持OBE理念研究信號與系統(tǒng)課程混合式教學(xué)體系，針對傳統(tǒng)課程教學(xué)存在的問題提出教學(xué)改革路徑，強調(diào)“學(xué)生中心”“目標(biāo)導(dǎo)向”，擬定課程教學(xué)目標(biāo)，完善課程教學(xué)內(nèi)容，綜合運用多種教學(xué)方法提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，最后給出課程目標(biāo)達成度評價，作為課程教學(xué)持續(xù)改進的依據(jù)。

1 "課程概述

信號與系統(tǒng)課程是電子信息工程專業(yè)一門重要的必修基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)體系中起著承前啟后的作用，是聯(lián)系電子電路與信號處理的橋梁，是學(xué)生專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。課程主要講授確定性信號和線性時不變系統(tǒng)的時域、變換域分析理論，解決線性時不變系統(tǒng)傳輸處理確定性信號的復(fù)雜工程問題，培養(yǎng)專業(yè)邏輯思維和系統(tǒng)思維。

信號與系統(tǒng)課程涉及數(shù)學(xué)原理較多，內(nèi)容浩瀚繁雜，內(nèi)容抽象難以理解[6]，傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要存在以下問題： ①課堂教學(xué)以教師為中心，教師課上講授為主，學(xué)生課后練習(xí)為輔，學(xué)生課上被動接受大量知識，難以及時消化，常易導(dǎo)致學(xué)生因跟不上課程進度而放棄，進而喪失學(xué)習(xí)熱情。以教師中心的教學(xué)模式很難保證因材施教和培養(yǎng)目標(biāo)的有效達成，影響教學(xué)質(zhì)量。②單一單向重輸入輕產(chǎn)出的教學(xué)方法使學(xué)生難以實現(xiàn)知識的系統(tǒng)內(nèi)化和系統(tǒng)思維的形成，難以提升學(xué)生分析解決問題的能力。③課程內(nèi)容偏重理論問題的計算推演過程，對學(xué)生分析應(yīng)用能力的培養(yǎng)不足。

針對上述課程問題，筆者從以下三個方面著手改革課程教學(xué)體系。①探尋“以學(xué)生為中心”的混合式教學(xué)模式，實現(xiàn)課程知識的系統(tǒng)內(nèi)化，夯實課程教學(xué)基礎(chǔ)。②融合多種教學(xué)方法，構(gòu)建工程分析應(yīng)用能力和系統(tǒng)思維的培育路徑。③面向應(yīng)用、理實結(jié)合，以能力培養(yǎng)為核心，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。

2 "基于OBE理念的課程教學(xué)體系

2.1 "課程教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合行業(yè)需求和學(xué)校人才培養(yǎng)定位，根據(jù)2022版《工程教育認證通用標(biāo)準(zhǔn)解讀及使用指南》，山東青年政治學(xué)院電子信息工程專業(yè)確定了人才培養(yǎng)目標(biāo)和12項畢業(yè)要求，包含31個二級指標(biāo)點。根據(jù)專業(yè)課程矩陣，筆者采用OBE理念的反向設(shè)計原則制定課程目標(biāo)，支撐相應(yīng)的畢業(yè)要求二級指標(biāo)點，并且設(shè)計了評價標(biāo)準(zhǔn)和考核方式（見表1）。

2.2 "課程教學(xué)內(nèi)容

課程組以“一體兩翼三線”策略梳理課程教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)內(nèi)容層次和混合式教學(xué)需求優(yōu)化教學(xué)安排，理實結(jié)合、面向應(yīng)用優(yōu)選工程案例充實課程內(nèi)容，以學(xué)生為中心，圍繞課程目標(biāo)構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)資源。

信號系統(tǒng)工程問題主要涉及系統(tǒng)對信號的傳輸處理，以信號、系統(tǒng)的特性作為解決問題的抓手。課程 組立足工程能力培養(yǎng)，以確定性信號通過線性非時變系統(tǒng)響應(yīng)分析作為課程內(nèi)容主體，以基于信號分解的時頻分析和系統(tǒng)的線性時不變性應(yīng)用為兩翼支撐主體內(nèi)容，以時域、頻域和復(fù)頻域方法為脈絡(luò)線將課程知識進行有機串聯(lián)與整合，形成了86個知識點的內(nèi)容體系，并基于智慧樹課程平臺構(gòu)建了知識網(wǎng)絡(luò)。

混合式教學(xué)是一種以學(xué)生為中心、聚焦能力培養(yǎng)的線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，開展混合式教學(xué)需要合理安排線上線下教學(xué)內(nèi)容。為此，課程組基于課程知識網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)布盧姆認知層次理論，結(jié)合難易程度和歷年學(xué)生反饋，對課程知識進行分析安排。

課程組以工程能力和思維能力的培養(yǎng)為核心，加大工程案例的使用，堅持理實結(jié)合，給出理論模型的典型電路系統(tǒng)實現(xiàn)，仿真系統(tǒng)運行。通過工程案例實現(xiàn)本課程與電路分析、模擬電子技術(shù)課程的交叉關(guān)聯(lián)，打破課程間的知識壁壘，幫助學(xué)生實現(xiàn)知識的融會貫通，符合OBE理論的特性[7]。為提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)創(chuàng)新思維，課程 組優(yōu)選信息技術(shù)發(fā)展的典型案例引入課程內(nèi)容。表2展示了部分工程案例。

2.3 "混合式教學(xué)模式

課程組立足教學(xué)內(nèi)容，堅持以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向，構(gòu)建六步混合式教學(xué)模式。教師課前發(fā)布自主學(xué)習(xí)任務(wù)書，指明學(xué)習(xí)目標(biāo)、要點和學(xué)習(xí)方法，引導(dǎo)學(xué)生完成課前預(yù)學(xué)。學(xué)生根據(jù)自主學(xué)習(xí)任務(wù)書自主選擇學(xué)習(xí)策略，通過觀看微課時頻、參與在線討論達成預(yù)學(xué)目標(biāo)，建構(gòu)課堂教學(xué)的知識基礎(chǔ)。教師根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)發(fā)布學(xué)習(xí)測評，師生根據(jù)測評情況發(fā)現(xiàn)預(yù)學(xué)問題，課堂教學(xué)有的放矢。課堂教學(xué)在解決預(yù)學(xué)問題的基礎(chǔ)上，突出問題導(dǎo)向、工程應(yīng)用，開展比較式、問題式和案例教學(xué)，基于原創(chuàng)雨課堂課件打造互動課堂，聚焦能力培養(yǎng)。課后教學(xué)以鞏固提升課堂教學(xué)成果為目標(biāo)。教師發(fā)布課后學(xué)習(xí)指引，指明學(xué)習(xí)目標(biāo)、要求和建議，利用專題講解視頻、討論區(qū)等解答學(xué)生學(xué)習(xí)疑問。同時，針對課后學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)問題，教師發(fā)布作業(yè)測試，結(jié)合典型案例開展項目小組教學(xué)，學(xué)生展示項目成果，師生共點評，通過課后教學(xué)活動提升學(xué)生綜合能力。

2.4 "課程教學(xué)方法

課程組錨定教學(xué)目標(biāo)，在課程教學(xué)過程中融合比較式、問題式、案例式教學(xué)方法，強調(diào)互動輸出和能力培養(yǎng)。

①比較式教學(xué)。以“一體”為目標(biāo)，以“兩翼”為抓手，突出“三線”教學(xué)模塊間的關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)問題分析思想方法的一致性和不同表征域上的差異性。信號處理的主體（或主要任務(wù)）就是根據(jù)已知激勵獲得系統(tǒng)響應(yīng)，借助信號分解和系統(tǒng)線性時不變性這“兩翼”，將信號分解為一系列簡單信號之和，利用系統(tǒng)特性將各簡單信號激勵產(chǎn)生的響應(yīng)疊加從而得到系統(tǒng)的最終響應(yīng)。該思想方法無論在時域分析還是變換域分析都是一致的，但響應(yīng)的表征形式及呈現(xiàn)特征是不同的。教師緊緊把握這些相同點和不同點進行比較式教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)邏輯思維和系統(tǒng)思維，使學(xué)生深入理解并掌握信號通過線性系統(tǒng)傳輸處理的基本原理和基本方法。

②以問題驅(qū)動的案例式教學(xué)。通過多輪教學(xué)的評價與反思，筆者發(fā)現(xiàn)，對于部分重難點內(nèi)容，學(xué)生常常難以掌握核心關(guān)鍵點、所解決的關(guān)鍵問題及工程應(yīng)用，多采用死記硬背的方式學(xué)習(xí)，難以建構(gòu)工程能力。因此，筆者引入工程案例，基于工程問題展開教學(xué)，將大問題分解成若干個小問題，通過問題解決、即學(xué)即練，以層次遞進、抽絲剝繭的方式引導(dǎo)學(xué)生思考，開展互動教學(xué)。課程教學(xué)注重理實結(jié)合，建立與先修課程的關(guān)聯(lián)，給出理論知識和工程問題的電路實現(xiàn)及仿真模擬，適時引入當(dāng)代信息技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助其培養(yǎng)工程能力。

2.5 "課程考核評價

課程評價由過程性考核和期末考試組成，兩項成績各占總成績的50%。過程性考核主要通過雨課堂和智慧樹課程平臺開展?；谟暾n堂完成隨堂測試考核，目的是調(diào)動學(xué)生聽課的積極性，使其保持學(xué)習(xí)關(guān)注度。通過即學(xué)即練評價學(xué)生課堂學(xué)習(xí)成效。

課程其他考核項目主要依托基于智慧樹課程平臺開展。通過微課學(xué)習(xí)、問題討論、預(yù)學(xué)自測考核學(xué)生對知識的理解，評價自主學(xué)習(xí)效果。作業(yè)測試和小組學(xué)習(xí)要求學(xué)生綜合利用理論知識解決信號系統(tǒng)實際問題，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，同時通過小組學(xué)習(xí)協(xié)作提高學(xué)生團隊合作能力。

課程平臺提供了對應(yīng)各知識模塊的工程實驗文獻資料，學(xué)生通過學(xué)習(xí)相關(guān)資料利用先修課程掌握的Multisim、MATLAB等仿真工具驗證評價工程問題的解決方案。教師設(shè)置課程報告考核，要求學(xué)習(xí)小組針對電源整流濾波、方波信號的分解與合成、語音信號濾波、無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)等四類工程問題擇一構(gòu)建具體應(yīng)用背景，分析功能、性能和軟硬件需求，綜合運用課程理論知識給出工程問題的解決方案與電路實現(xiàn)，利用Multisim、MATLAB進行仿真分析與調(diào)試，通過系統(tǒng)運行給出解決方案的合理評價。同時，教師設(shè)置課程報告驗收環(huán)節(jié)，針對PPT和視頻文件的制作、報告的完整性和技術(shù)性等指標(biāo)點，師生共點評給出課程報告的綜合成績。相關(guān)考核旨在激勵學(xué)生深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生知識運用與設(shè)計開發(fā)解決方案的能力、協(xié)作溝通和表達能力。

教師對學(xué)生過程性學(xué)習(xí)效果的總評價為：過程性考核成績=隨堂測試€？0%+微課學(xué)習(xí)€？%+問題討論€？%+預(yù)學(xué)自測€？0%+作業(yè)測試€？0%+小組學(xué)習(xí)€？0%+方案仿真€？0%+課程報告€？0%。隨堂測試成績?nèi)W(xué)生歷次課堂表現(xiàn)的平均成績，該成績由雨課堂課程平臺統(tǒng)計生成。由智慧樹課程平臺計算其他各考核項平均成績，乘以相應(yīng)權(quán)值百分比后計入過程性考核成績。

信號與系統(tǒng)課程考核成果是評價教學(xué)目標(biāo)是否達成的唯一依據(jù)。對課程目標(biāo)進行達成度評價是產(chǎn)出導(dǎo)向教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，旨在為教學(xué)的持續(xù)改進提供參考依據(jù)。采用文獻[8]的方法對2個抽樣班級進行課程目標(biāo)達成度評價。表3為課程目標(biāo)評價依據(jù)及權(quán)重，圖1反映了抽樣班級的課程目標(biāo)達成度，也同時反映了對畢業(yè)要求指標(biāo)點的達成情況。

3 結(jié)語

新工科建設(shè)對工程人才培養(yǎng)提出了新要求，課程改革應(yīng)著眼于系統(tǒng)建構(gòu)專業(yè)知識、培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。文章秉持OBE理念，堅持以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向，對信號與系統(tǒng)課程的課程體系進行了系統(tǒng)設(shè)計和實踐探索，以培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力為核心，從課程內(nèi)容、混合式教學(xué)模式、教學(xué)方法、考核評價等方面進行了教學(xué)改革。今后課程研究將著重于利用大模型技術(shù)挖掘分析教學(xué)行為數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)刻畫學(xué)生個體學(xué)習(xí)，在教學(xué)過程中進行即時評價、反饋和指導(dǎo)，借助人工智能技術(shù)優(yōu)化教學(xué)過程，實現(xiàn)因材施教、提質(zhì)增效。

基金項目：山東省本科教學(xué)改革研究項目（M2022246、M2023024）；山東青年政治學(xué)院一流本科課程（2021YLKC04、2023YLKC104）；山東青年政治學(xué)院教學(xué)改革研究項目（JGYB202218、JGZD202205、JGZD2301）。

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