以能力为导向的信号处理类课程模块化教学研究

张变莲　杨森林　董少飞

摘 要

围绕西安文理学院 “以能力导向的一体化教学体系”建设，结合测控技术与仪器专业人才培养目标，面向测控专业的专业基础、特点以及毕业要求，改革教学内容、教学方法以及课程评价方法，开展基于模块化案例分析的发现式教学模式研究，并且在《信号与系统》、《数字信号处理》、《数字图像处理》等本科生课程中推广实施，并建立多种信息反馈的综合考核和评价体系对人才培养过程进行评价，从而对教学改革进行进一步的优化调整，最终在知识目标、情感目标以及能力目标方面达到人才培养目标要求，并且培养学生的系统观念、科技进步观念和跨界创新能力。

关键词

能力导向;发现式教学改革;模块化教学

中图分类号： G642                     文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 10 . 19

0 引言

培养和造就创新型人才和复合型人才，特别是创新型工程科技人才，是建设创新型国家并且实施科教兴国战略和人才强国战略的关键之所在，对国家的发展具有重大的意义。近年来，随着计算机技术和半导体技术的发展，信号处理技术得到了快速发展，并广泛应用于电信、航空航天、控制等各种领域，信号处理类课程已逐步成为自动控制、模式识别、计算机应用等学科的重要选修或者必修课程。

基于信号处理类课程的特点，传统的教学方法在测控以及相关专业的教学效果并不理想。该类课程特点：一是理论性强。课程涉及数学应用较多，公式繁多，课程用到微积分、卷积积分、傅立叶变换以及拉普拉斯变换以及Z变换等许多较复杂的数学推理和计算内容;二是实践性强，该类课程在实际工程中有较多应用，比如信息处理、通讯工程以及滤波等方面具有较多应用;三是系统性强，其核心概念、原理特性以及应用设计的教学大多都不能脱离系统模型[1]。

基于西安文理学院“以能力为导向的一体化教学体系”建设，结合2018版测控技术与仪器专业人才培养方案，从教学方法与教学手段、线上线下教学模式探索、项目与理论知识考核等方面进行教学模式探索，探索以能力为导向的发现式教学模式[2]，培养学生的系统观念以及创新意识。

1 模块化教学体系的构建

西安文理学院作为一所偏重应用型的地方本科院校，测控技术与仪器专业一直致力于培养学生解决复杂工程问题的能力以及具备软硬件开发和信息获取、监测和控制的能力，而这些能力的培养需要借助于具体课程的实施来进行。在此背景下对“信号处理类”课程进行模块化发现式教学模式进行探索就具有重大的意义。该教学模式的教学体系构建以及课程培养目标。依据测控专业2018版人才培养方案的培养目标，该教学改革的教学体系可以在工程知识、问题分析、设计开发以及研究等方面达到毕业要求所具有的既定目标。

根据该课程模式的模型，可以将信号与系统以及数字信号处理等课程的知识分为理论教学和基于项目的实践教学两大架构。作为整个知识体系的理论支撑，根据信号处理类课程公式繁多、数学知识多以及较抽样的特点，理论知识主要注重核心知识点的深入讲解。

2 以能力为导向的基于模块化案例分析的发现式教学模式探索

我们学院是一所地方性的应用型本科院校，学院一直致力于发展学生的各项综合能力。根据学校以能力导向的课程教学体系建设目标，针对测控专业的专业特色、特点以及毕业的各项要求，对教学模式、教学内容、教学体系以及课程的综合评价模式，开展采用模块化结合应用实例剖析的发现式教学模式改革探索，并且在《信号与系统》、《数字信号处理》、《数字图像处理》等本科生课程中推广实施，并建立多种信息反馈的综合考核和评价体系对人才培养过程进行评价，从而对教学改革进行进一步的优化调整，最终在毕业要求所需要达到的各种目标要求方面达到标准，并且培养学生的宏观观念、综合观念和跨学科创新能力。

将发现式教学方法与模块化案例分析结合在一起进行教学改革，主要的实施过程有：

（1）通过对教学内容进行重构，根据具体的实际应用案例将整个教学内容划分为各个模块。类似于抽丝剥茧，将各个模块相关的重点知识体系组合起来，让学生在具体的实际应用基础上进行主动学习，以学生的自我探索为契机，结合自行组合的小组，进行合作学习，从而可以有效地提高学习效率。

（2）摈弃传统的一言堂和大班授课，采用小班形式进行课程的学习。传统教学过程中，学生的学习是被动学习，老师满堂灌，但是学生的学习积极性以及学习效率并不高。采用小班授课，并且结合案例式的分析，可以让学生看到学习每一部分知识的实际应用价值在于什么，可以用到什么样的具体工程应用中，并且学生可以切实进行思考和发现式的学习，从而将学生的能力培养落实到实处。而且小班授课的教学活动在时间上和空间上大大增加，增加课堂的活跃度。

以《信号与系统》课程为例，传统的讲述主要是围绕着信号作用于系统产生的响应是什么展开分析和讨论，中间夹杂着很多的公式计算和分析，学生看到满屏的公式可能就会产生学习兴趣不高，或者干脆放弃这一部分的学习。如果针对发现式的教学特点重新梳理教学内容，并且结合具体的应用实例，比如常见的低通滤波器的设計，通过如何选择元器件确定滤波器的参数为引入点，一步步过渡到基本的知识点，并且中间的过渡过程让学生自由讨论和发挥，那么这样就可以将枯燥的数学公式放置于具体应用之后，而且每一个公式和符号对应的都有实际的物理含义，这样学生学习起来就会觉得知识是生动的、可接受的。通过以上两个教学改革的实施，可以将传统的教学过程演变为教师引导、学生主动进行发现式的探索式的学习，结合模块化教学方法，利用丰富的网络教学资源，将学生的积极性提高，以学生的能力培养为主要的出发点，把发现问题和培养目标作为主要的教学要点。

3 课程考核和教师学生综合评价体系

发现式的教学方法结合模块化教学理论，在传统的课程考核的基础上，也需要对考核方式进行更新。结合理论教学和信号处理类课程模块化教学的基础上，采用线上线下混合教学模式，借助于超星泛雅以及智慧树网络平台，分别创建了相关课程教学网站。平时的教学除了常规的面对面授课以外，还要求学生完成在线的学习任务要求，从而探究一整套完整的课程教学效果评价体系，既考察学生对知识的掌握程度，还全面考察学生的知识拓展度以及自学能力。主要的考核体现在：

（1）加强考核的全程性：考核不再局限于最终的考试，而是贯穿于整个学习过程。

（2）加强考核的随机性：考核不仅限于知识点的考核，课前的预习，课堂的笔记以及课后作业都是考核的范围。

（3）考核形式多样性：课堂笔记、随堂练习、章节测试、课堂积极度等等。

（4）特别是每一个模块中实际动手的环节考核，对硬件设计以及软件编程进行综合考核并计入最后的总评成绩中。

通过以上的考核方案，在模块化教学的实施过程中，弱化了期末考试的重要性，提升了全程的参与性以及学生的积极主动性的考察，这样可以在整个教学过程中监控学生的学习状态。通过在线教学平台的相关数据分析，還可以对现有的教学模式中不足之处进行改进和提升，从而不断完善各个模块的体系结构和教学模式。

结合模块化教学过程，对教学效果的过程性考核主要体现在以下几个方面：

（1）课前的预习情况。课程网站上上传的有每一个教学模块的课程教案以及逐步增加的实际案例，要求学生在给定的时间范围内完成案例的解读以及相关知识点的预习，预习情况可以由课程网站数据给出，从而督促学生积极主动地学习，而不是被动地学习。

（2）纸质作业以及网络作业。以能力为导向的教学模式改革对学生的考察不仅仅是在于传统的作业，更为重要的是和实际相关的一些具体应用。每一个模块内容讲述完毕以后，会给学生布置相关的实际应用的大作业，大作业结合具体知识点的作业以及网络习题的完成情况作为学生的作业成绩评定。

（3）模块测试。借助相关的网络教学平台，对每一个模块的知识点适时进行测试，测试方式多样，可以是课堂练习，也可以是随机的提问或者是小测验，全方位地考核学生对各主干知识体系中的核心知识点的掌握程度。

（4）实际动手能力的考核。结合以能力为导向的培养目标，将学生分成若干个小组，小组成员之间有明确的分工，每一个模块的内容学习完毕以后，对不同的小组布置不同的实际训练项目，视完成情况的不同给出差异化的评价。通过对项目的实施，可以锻炼学生的动手能力、团队协作能力、资料查找能力以及实际应用能力。

4 结论

通过对实际教学过程中存在的问题的思考，结合 “信号处理类”课程传统教学过程中存在的问题以及不足，逐步探索了 “信号处理类”课程的模块化教学模式教学改革思路以及具体的实施方案，该探索以学生的能力培养为导向，采用发现式的模块化教学构架。在如今的信息社会，信号处理类课程的重要性不可小觑，其相关理论和方法已成为智能化信号信息处理的重要理论依据，是新一代智能信息处理的核心专业基础课，针对这些课程应用范围广，理论知识多，公式较多的特点，基于西安文理学院“以能力为导向的一体化教学体系”建设，结合2018版测控技术与仪器专业人才培养方案，从教学模式、教学方式、综合评价方式、课程体系架构等方面进行合理设计以及探索和实施，开展以能力为导向的面向“信号处理类”课程的模块化发现式教学新模式探索与实践，并且结合网络课程建设将理论性较强的同时较重要的内容开放在线课程。而实际应用关联性较大、灵活性较强的知识点以案例的形式给出，并且以可视、可感知的方式呈现给学生，并且在学生的考核方面加强过程考核以及实际应用能力、团队协作能力等综合能力的考核，不断优化从而最终在各个层面达到人才培养要求。

参考文献

[1]胡卫军，曹晓莉，等.《信号与系统》在线课程平台设计研究[J].教育现代化，2018（23）.