基于OBE的“信号与系统”课程教学改革

肖卓磊，李庆瑞

（阜阳师范学院 计算机与信息工程学院，安徽 阜阳 236000）

20世纪90年代初期，美国著名学者William G.Spady在其著作《基于产出的教育模式：争议与答案》中提出了一种新的教育模式：基于学习结果的教育模式 OBE（Outcomes-Based Education）［1］。这是一种强调以学生的学习结果为基础，逆向制定教学计划和实施评估体系的教育模式。OBE教学模式的核心理念在于实时了解专业需求，围绕学生最终应取得的关键成果动态设计专业计划，开发与学生素质能力相应的课程体系。

近年来，我国的高等教育改革不断的进步，提出了要以质量提升为核心的内涵式发展观，重点培养应用型复合型人才。而传统的教学模式是一种“知识传授型”的教学模式［2］，强调以教师为中心，以知识传授为目的，关注的是书本上的理论知识的讲解，这是一种填鸭式的教学模式，使得课堂教学往往枯燥乏味，教学缺乏趣味性，学生被动接收知识，学习兴趣和动力不足，师生之间的互动往往流于形式，缺乏及时的交流和沟通，而且在考核制度上，大多数是以期末考试和平时成绩为主对学生进行评估，对学生的专业知识和素养难以全面掌控，这也导致了学生对专业的学习兴趣不高，对专业学习的前景缺乏期望，只是为了获取学分而读书，最终获得的也可能只是知识型人才，无法满足社会实际需求，这就迫切需要一种新的教学模式。

OBE教学模式所带来的是一种新的课程体系构建方法，它彻底摒弃了传统的“堆砌式”的教学方法，强调以学生为中心，以最终的学习结果为基础，按照学生毕业时所要达到的目标、能力和素质为目标来动态制定相应的教学计划，并且依据学生自身的特点设计教学单元，并以此分配教学资源，重新建立课堂结构；OBE教学模式着重培养学生的创新能力、实践能力、分析问题以及解决问题的能力，这些也是OBE教学模式所要评估的对象，进而提高教学质量。本文以“信号与系统”课程为例，分析“信号与系统”课程的特点和所遇到的问题，并引入OBE教学模式，深入探讨如何利用OBE教学理念来持续改进“信号与系统”课程的教学，达到培养高素质应用型复合型人才的办学要求，为社会输送高质量人才。

二、“信号与系统”课程的特点及现状分析

“信号与系统”课程是本科电子信息类专业的核心基础课程，是信息工程和物联网工程两个专业的学科基础必修课，该课程以“高等数学”、“电路分析”等为前置课程，主要讲述信号的基本概念和系统的基本分析方法，并对连续信号与离散信号，以及时域与频域之间的三大变换方法：傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换进行了详细的阐述，并介绍了系统的输入输出和状态空间描述，为后续“通信原理”、“数字信号处理”等的学习奠定了必要的理论基础［3］。

目前，“信号与系统”课程的教学过程中存在大量的理论知识和实例分析，学生在学习过程中难以将各个知识点融会贯通，并且由于学习结果的评估缺乏目的性，导致学生难以通过实例将信号的变换和系统的分析有效结合起来。传统的教学模式仍然采用这种驱动式的教学方法，理论知识与实际应用相脱节，难以达到课程规定的最终教学目标。传统的教学模式的问题主要表现在以下几个方面：

（1）在教学活动和内容方面，传统教学模式强调以课程进度和教学效果为导向，要求学生按部就班地按照既定的教学计划来开展自己的学习，过分侧重于书本数学公式和定理的计算与推导。同时由于信号与系统课程中有大量的数学知识，很多理论及定理都是基于微积分变换的推导，将大部分教学时间花在数学知识的推导与计算中，使得学生很容易产生枯燥无味的感觉，久而久之形成难学的畏惧思想，继而对课程失去兴趣［4］。

（2）在教学模式方面，传统教学模式强调以知识传授为主，教师在讲授过程中只是向学生传递各章节知识点的概念和基本原理的分析和理解，忽视了知识在实际工程中的联系与应用，缺乏对学生能力的培养，这就导致了教师只注重教学内容，学生只注重教师讲授内容的整理和总结，难以对信号与系统课程形成一个完整的认识，缺乏发现问题、分析问题与解决实际问题的能力，无法有效结合实际需求来设计、推导、解决与运行。

（3）在教学方式方面，传统教学模式强调以教师为中心，课堂知识以单向传授为主［5］，学生只是按照教师要求完成既定的学习任务，缺少积极参与，这就制约了学生主动学习的能动性和创造性。

（4）在教学评估方面，由于采用的是知识驱动型教学模式，因此考核手段单一，主要采取期末考试和平时成绩相结合，难以对学生的学习结果作出正确有效的评价，而且对学生的动手能力和结合实际分析问题解决问题的能力考查缺乏有效手段。

当前我国高等教育规模逐年加大，为了改善本科课程教学质量，我们结合“信号与系统”的特点，在“信号与系统”教学课程建设中引入OBE教学理念，以学生的学习结果为导向，从教师中心向学生中心转变，从教学目标、教学内容、教学方式、教学评估等方面入手，积极推进以学生学习结果为基础的信号与系统教学改革，致力于培养高素质应用型专业人才。

三、基于OBE的“信号与系统”教学改革

“信号与系统”课程目前采用的是“信号变换与系统响应”的教学体系，已经难以满足新时代信息技术和工程应用的需求。因此在“信号与系统”课程中引入OBE教学理念，以学生为中心，以学生的学习结果为基础，从课堂改革、实践应用和评估体系三个方面入手，构建“信号与系统”的OBE教学模式，培养高素质应用型专业人才。

（一）课堂教学改革

学习“信号与系统”课程的学生一般属于信息工程、物联网等相关专业，在OBE教育理念的指导下，教师应对课程目标进行重构，并在此基础上设计教学内容，引入“基本概念—实例结合—算法设计”的三联驱动式教学形式，实时以学习结果更新课堂活动，在每一阶段课程结束时对教学效果进行有效评估。比如傅里叶变换是“信号与系统”中一个至关重要的核心内容，可以应用在工程学习的各个方面，但因其数学概念比较复杂，且推导过多，学生对其感觉难以掌握和应用，那么在OBE理念的指导下，可以从三联式教学将其分为：

1.基本概念的掌握。根据OBE教学理念，教师应当从通信系统的调制解调实例出发，从具体实例中提出问题，引出傅里叶变换在具体问题中的应用，提出基本概念，引导学生进行讨论，激发学生的学习热情，促使学生从多个角度主动思考问题，并针对课堂效果精心设计课外作业，进行有针对性的扩展和小结；然后依据学习结果反向设计下一阶段的教学效果，使得学生能够掌握傅里叶变换的基本概念，同时了解通信系统的基本原理，理解傅里叶变换在通信系统中的应用，并能够以此对通信系统的各个指标进行部分优化，极大地提高了学生的理论联系实践能力，增加理论学习的趣味性。

2.结合实例进行分析。在学生掌握了傅里叶变换的基本概念之后，就需要根据学习结果来进行扩展。这一阶段的学习应当进行分组，依据不同等级的学习结果将学生进行分级，教师尽量依据平均化的思想将学生分为5~6人小组，让所有人都参与进来，发布实例任务，将信号的傅里叶变换理论和系统分析理论落到实际的通信系统应用问题中来，比如某个通信系统的响应到底是什么，如何通过信号的傅里叶变换将其求解出来，这样求解方式有什么用，最终通过学习报告的形式进行评估。这样一来，学生可以通过实例分析掌握发现问题、分析问题和解决问题的思路和方法，以及锻炼了学生的团队合作能力和与人沟通的能力。

3.设计任务进行算法仿真。信号与系统是一门应用性很强的基础专业课程，在掌握了基础概念和结合实例之后，就需要进行应用环节。教师通过发布任务的形式将任务分配到各个小组中，各个小组分析各自项目内容，讨论并查阅相关资料，提出解决方案。教师在课堂中参与到各个小组的讨论中，并就各小组任务进度不断调整任务难度，对相关知识点进行剖析，帮助学生完成任务。学生通过讨论后开始动手，通过硬件实验箱和MATLAB软件进行计算、设计、算法和仿真，验证方案是否可行，并记录下相关文字数据和图像等。最后，可以要求各小组进行PPT答辩，并以此作为评估标准。

（二）实验教学改革

传统的信号与系统教学长期都偏重于课堂理论知识的教学，学生的实践活动仅限于实验室教学，而且大部分实验环节基本上是以简单的验证实验为主，学生主要通过实验指导书按照步骤一步步完成实验，只知道怎么做，而不知道为什么这样做，而且不仅仅是在硬件实验方面，软件实验同样存在这样的问题。实验教学的目的在于培养学生实践技能，与课题教学内容相结合，帮助学生掌握理解相关知识点，并能在实际工程中灵活运用。在实验教学方面，教师应按照课堂教学学习结果为导向，安排相应的实验内容，不仅仅拘泥于实验指导书，也不仅仅只在硬件实验或者软件实验，应当将两者结合起来，而不是简单的堆砌实验，应当以实验项目教学目标的为基础，将实验分为基础、验证和设计三个阶段，根据每个阶段的目标，基于学生的课堂学习结果反向设计实验内容，提高学生整体学习结果的完成度，采用的具体方法包括：

1.基于课堂学习结果采用软硬结合方式。MATLAB软件实验向来是以低成本，操作方便著称，但是单纯的软件实验并不能帮助学生很好的适应工程环境，在实际工程应用中，由于硬件的差异和特性参数的不同，导致输出也会出现误差，单纯依靠软件实验培养出的学生只是会纸上谈兵，并不能很好的解决实际问题，应当基于实验教学目标的要求，以课堂学习结果为基础，采用软硬件结合的方式，逆向设计实验内容。

2.虚拟仿真和实际操作相结合。教师布置实验任务，让学生在课下开展虚拟仿真实验，使其对下次实验内容、方法和结果有着良好的判断和预期，而后在具体的课堂实验中，能够更好的上手，并能够对出现的问题有着良好的应急措施，能够进一步理解相关知识点，并对理论研究和实际操作的差异有了更加直观的认识，提高学生的工程应用意识。这就是一种良好的预习方式，极大的提高了学生的学习兴趣，培养其分析问题、解决问题的能力。

（三）课程教学评估改革

基于OBE教学理念的“信号与系统”课程采用的是以学习结果为核心的反向设计教学内容的教学模式，那么对学习结果的评估显得尤其重要，学习结果在意的事学生通过课程学习培养出的实际工作能力、团队合作能力和创新意识，其中又包括学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，那么按照传统教学模式也就是期末考试和平时成绩来进行考核就很不恰当。因此，在课程考核标准上，采用多元化方式检验学生的学习结果，应当降低期末考试成绩所占的比重，增加平时成绩的比重，将平时成绩分为出勤、分组讨论、团队协作和表达能力等子项目，并加大项目完成分的比重，增加学生参与项目分组的积极性，提高教学质量。

四、结论

“信号与系统”课程基于OBE教学理念，以学生为中心，将“信号与系统”课程的教学与专业实践相结合，以学生学习结果为导向反向设计课程教学计划，对课堂教学方式和实验实训方式进行改革，并采用多元化的教学考核方式，刺激学生的学习积极性，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新意识、团队合作和语言表达的能力，为下一阶段的学习以及社会工作打下了坚实的基础。