基于OBE理念的“信号与系统”课程教学改革与研究

唐亮， 张卫钢， 张慧娥

(西安思源学院 电子信息工程学院， 西安 710038)

0 引言

基于成果的教育OBE(Outcome Based Education)是一种新型的教育形式，它把教育系统中的一切都集中围绕着学生在毕业时应取得的成果去组织、实施和评价[1]。所谓成果，指学生在教育过程中的最终学习成果，不仅是学生获得的书本知识，还包括学生能力和素质的培养；对知识整体结构的把握和理解，多角度、多维度解决实际问题的能力；通过完成较为复杂的任务，获得创造性、创新性思维的能力；分析综合信息的能力以及不断学习和适应发展的能力。

“信号与系统”是高等学校本科电子信息工程、通信工程、网络工程、物联网工程、机电一体化等专业的一门核心专业基础课程，它对理工科大学生的自学能力，分析问题和解决问题能力的提高，科学思维、实践技能和综合素质的培养有着深远的影响。它不仅是本科生教学培养计划中的一门必修课，同时也是上述专业研究生入学考试的必考科目，在本科教学环节中占有非常重要的地位，是学习现代信息理论、掌握现代信息技术、促进国家信息化建设的理论基础，有人甚至把它比喻为开启21世纪信息科学殿堂的一把钥匙。本文以西安思源学院电子信息工程专业的“信号与系统”课程为例，针对该课程目前存在的问题探讨如何以OBE教育理念指导该课程的课堂教学改革。

1 课程研究学习路线

根据信号与系统知识内容体系结构，结合我校学生特点，将本门课程的内容分为两个层面：下层为“信号分析”，上层为“系统分析”。下层是上层的基础，上层是下层的成果[2]。该课程的学习线路图，如图1所示。

学生有了这个线路图可以对本门课程的整体知识结构有所大体掌握，便于后期课程的深入学习。

2 以成果为本的课堂教学改革

课堂教学改革是整个课程改革的重点[3]，结合我校本课程传统教学中存在的问题，利用OBE教育教学理念加新颖教学工具，在弱化电路分析的知识、强化信号与系统概念理论的基础上，有效调动学生的学习积极性，提升教学质量和教学效果，提高学生的分析、运用能力。具体做法有以下几点：

(1)多位教师讲授同一门课程

首先，打破传统的一个课堂只有一个老师教学的约束，采用集中备课、合理分工的模式，备课过程中要着重根据本节课程所讲的内容以及要求学生掌握的知识和最终达到的效果，设计生活实例和案例分析，通过分析生活案例让学生明白学习本节内容的目的及意义；通过具体案例分析，让学生体会系统设计的意义，切身感受系统设计的过程。其次，针对每一章节的具体教学内容要求所有代课老师现行试讲，遴选出教学效果最好的老师。

图1 “信号与系统”课程学习线路图

(2)根据学生实际，分层次教学

每一个学生的知识累积不同，学习基础不同，学习程度也不同，对课堂知识的要求也不尽相同，所以在教学过程中，采用分层次教学。针对我校学生特点在教学过程中对同一个班级的学生分为3个层次：基础知识扎实、理解能力强、准备考研究生的学生；准备直接走上工作岗位的学生；基础相对较差，学习主动性不强的学生。在这3种层次中，我校学生大部分为第二层次，所以在课堂教学过程中，以第二层次学生为主要对象，并且重点突出理论与实践相结合的部分，让本课程的教学对学生走入工作岗位有很大的帮助；对于第一层次学生可以利用现代化信息教学方式，例如：“微课、幕课”的方式，让学生在课余时间想主动提高理论知识的时候少走弯路，明确方向；对于第三层次的学生主要是首先帮助他们设法掌握本课程的基本知识要求，其次是努力通过本校期末考试。在实际讲课过程中要明确哪些内容对应哪些层次的学生必须掌握或了解，同时在留课后作业的时候也要分层次进行布置。

(3)结合课程特点，充分利用比较法教学

“信号与系统”课程的各个章节知识内容相辅相成、逐步递进。课程的整个内容体系将连续系统与离散系统两大系统对比研究，按照先连续后离散的次序进行讲解；各章节的次序也是按时域、频域、S域、Z 域的顺序来划分，不仅强调连续系统与离散系统的共性，而且也突出了各自的特点。因此在讲授信号与系统课程的全过程中比较法是最常用、最好用、最重要的教学方法，可以说“比较法教学”无处不在。所以在绪论课中应给学生讲到这门课程的这个特点，在实际章节的讲解中，给学生通过比较前后相关和相似的知识点内容，让学生发现并分析两者的异同点，让学习变得更简单、更容易。学生掌握了本门课程的这个特点，学习起来也会感觉轻松快乐，信心百倍。例如将连续系统的卷积积分和离散系统的卷积和放在一起进行比较讲解，学生在学习了连续系统的卷积积分知识内容后，比较着学习卷积和的内容，就会起到事半功倍的效果。

4)反转课堂，让学生真正成为课堂的主人

教学改革一直强调课堂要以学生为“主体”，可实际中更多的时间都是教师将知识灌输到学生的脑子中，学生从未成为过课堂的“主人”。A.V.Oppenheim 曾说过“有些课程只是让学生不断地点头( nodding，nodding，…)，而我们的讲课是让学生不断地思考(thinking，thinking，…) ”[4]。如何成为课堂的“主人”？传统的教学中，每堂课的前5分钟教师基本安排的都是对上次课知识内容的回顾，基于OBE理念的教学方式，可以尝试着让学生去做课堂小老师，完成这5分钟的知识回顾，不完整的地方由其他学生或教师做补充。通过这种做法不仅让上讲台讲的学生更好地回顾和把握前期课堂所学知识，同时听讲的学生也因为新方式的新鲜感而更加愿意去配合、去补充。与此同时，我们的这种方法不仅仅局限于课堂教学中，在习题课的时候也是首先由学生将自己的做法讲述出来，教师和其他同学共同听，一起探讨做题的方法。通过这种做法，学生在课堂上更加积极，更加占据主动地位，课堂气氛也会更加活跃，真正成为课堂的主人。

5)信息化辅助课堂教学，提高教学质量

由于受到时间、地点、课时量等因素的影响，信号与系统课程传统的面对面讲课的方式并不能满足每一位同学对课堂知识的要求。但在当今社会，手机、电脑学生人人都有，那么类似于“微课”、“幕课”等一些新型的教学方式也应逐步引入到我们的课堂教学中。所以针对本课程的微信公众号“鼠言兽语”已经建立，以微课堂的形式定期发送本课程相关知识点，学生对于上课时没有听懂或者是没有认真听的部分可以上网继续学习，并在互动平台上对有问题的部分可以留言，大家共同讨论交流。

此外，我们针对每节课制作在线问卷调查，学生利用下课前2分钟的时间通过手机扫描二维码填写关于本节课知识掌握情况的问卷调查，教师利用课余时间通过手机查看学生对本节课的知识掌握情况，在下次课时可有针对性的对上节课的内容进行复习，以此让学生保持知识的连贯性和衔接性。

6)实践教学改革

为使学生深刻掌握和理解“信号与系统”的理论知识、培养创新能力和工程实践，传统的教学方式是在理论知识讲完的基础上针对一些难以理解的抽象概念以及课程要求掌握的技术方法设置实验教学，实验教学主要采用Matlab软件进行。因为Matlab具有强大的数值分析及计算，能使繁杂的理论计算变得易于实现，结果也能可视化，可使教学过程变得更加清晰直观[5]，但由于“信号与系统”课程实验课时较少，所以设置的实验大都为实验过程相对简单、学生也完成较快的验证性实验，虽然是完成了实验任务，但学生实际操作能力和综合分析能力得不到锻炼。因此基于教学实际和OBE教学理念，改变传统的实验教学方式，采用先实验后理论，在讲理论知识点之前，先把如“连续时间信号与系统时域分析”、“连续时间系统频域分析”等验证性实验项目布置给学生，让学生先自己完成。通过这种方式，一方面，可以较好的提高学生自主学习的能力；另一方面，促进了实验室的开放，学生可以不拘泥于固定的时间去实验室完成实验；再一方面，给学生提供了一个相对独立的思考空间，有利于学生设计和完成实验内容，有利于培养学生的创新意识。课程的中后期，当学生对本课程的知识有了较为深刻的理解之后，根据学生学习实际情况以分组的形式，布置一些类似“数字滤波器的设计”、“音频信号的采样与重构”等创新性和综合性的实验，培养学生自主解决问题和团队协作的能力[6]。

3 总结

以OBE教育理念为导向，结合新颖的教学方法和教学手段开展本门课程的教学改革是信号与系统课程改革的第一步，本文提出的几种课堂教学改革方法，通过我校教学实践证明可以极大的提高教学质量，培养高素质新型人才。在今后的教学中将继续不断完善、创新和实践，探索新的教育教学改革路线来提高本门课程的教学效果和教学质量。