高校“信号与系统”课程教学改革研究

吴骏 陈纯锴 张芳 徐秀知 谢玉芯 刘丽杰 王少娜 汪思鲁 刘彦北 王雯

摘 要：天津工业大学电气与电子工程学院“信号与系统”课程组针对课堂教学改革，在教学模式、课程思政教育、与工程实际的结合、现代化教学工具应用和考核方式五个方面进行了研究与实践。本研究与实践发挥了学生的学习主体作用，提高了学生的工程素养和动手能力，对培养有视野、有担当、有热情、有能力的新一代大学生具有重要意义。

关键词：“信号与系统”课程;教学改革;小班授课;课程思政;混合式教学;考核方式

中图分类号：G642 文献标志码：A文章编号：1008-3561（2021）32-0036-03

作者简介：吴骏（1978-），男，河北玉田人，副教授，从事信号与信息处理研究;陈纯锴（1975-），男，黑龙江拜泉人，副教授，从事通信信号处理研究;张芳（1981-），女，河北黄骅人，教授，从事信号与信息处理研究;徐秀知（1978-），女，河北沧州人，讲师，从事信号与信息处理研究;谢玉芯（1977-），女，天津人，讲师，从事信号与信息处理研究;刘丽杰（1978-），女，天津宝坻人，讲师，从事信号与信息处理研究;王少娜（1986-），女，河北衡水人，讲师，从事信号与信息处理研究;汪思鲁（2000-），男，山东肥城人，从事电子信息工程研究;刘彦北（1985-），男，河南滑县人，讲师，从事信号与信息处理研究;王雯（1990-），女，山西河曲人，实验师，从事信号与信息处理研究。

“信号与系统”是高校通信和电子信息类专业的核心基础课，对培养学生的专业能力具有重要作用。当前，“信号与系统”课程教学还存在一些问题，影响了教学效率和教学质量的提高。因此，“信号与系统”课程教学改革迫在眉睫。教师要通过教学改革，激发学生的学习积极性，发挥学生的学习主体作用，提高学生的工程素养和动手能力，培养有视野、有担当、有热情、有能力的新型人才。

一、高校“信号与系统”课程教学存在的问题

（1）教学模式方面。采用大班授课的模式。教师授课时难以兼顾学生的课堂反应，不能及时掌握学生的学习情况;学生参与课堂教学活动的比例较低，无法在课上进行有效的师生讨论。大班授课不利于激发学生的学习积极性，不利于学生展开自主学习。

（2）课程思政教育方面。教师对课程思政的内涵、价值和意义认识得不够深刻，在挖掘课程所蕴含的思政元素、系统性设计课程思政教育方案、将意识形态教育和课程有机融合等方面有所欠缺。

（3）与工程实际的结合方面。本课程涉及微积分、线性代数、复变函数与积分变换等数学知识，而教学过程与工程实际的结合较少，导致学生学习时往往死记硬背公式，没能从物理意义上理解公式的本质，难以培养学生的工程思维能力。

（4）现代化教学工具的应用方面。教师在教学中没有采用“学习通”“雨课堂”等现代化教学工具。由于课时有限，翻转课堂难以实施，学生们难以在课堂上进行讨论，这不利于激发学生学习兴趣，也不利于学生的个性化发展。

（5）考核方式方面。平时成绩占考核总成绩的30%，其中作业、出勤和实验各占10%，期末考试成绩占考核总成绩的70%。由于作业在课下完成，雷同率较高，而且大班授课时出勤率考核比较困难，作业和出勤情况难以如实反映学生的学习情况。由于实验成绩在考核总成绩中占比较低，因此难以有效考核学生的实践能力。由于期末考试在考核总成绩中占比过高，因此学生更重视期末考试，在临近期末时突击复习。

二、高校“信号与系统”课程教学改革的理念及思路

在天津工业大学课堂教学改革专项项目（编号：2019-KETANG-ZX-07）的支持下，课程组对“信号与系统”课程教学改革进行了研究。此次教学改革的理念和思路如下。

（1）采用小班化教学模式。小班化教学模式是基于班级学生人数缩减，对教学内容、方法及组织形式等进行改革而形成的教学形式。小班化教学具有以下优势。1）相对于大班教学的“单项传导”模式，小班授课采用“双向互动”模式，有助于提高学生学习的主观能动性。2）通过调整师生比例，教师有更充分的时间对学生进行个体指导，更好地兼顾学生的个体差异，实现因材施教。3）有助于培养创新型人才。教师可以结合多种教学形式，对教学要求、进度和教学结构进行灵活设计，给予学生更多创造空间。4）有利于学生个性健康发展。大班教学模式注重培养学生的共性而忽略个性培养，而小班化教学模式可以使教师有充足的时间培养学生各方面的素质，充分释放学生的个性。

（2）加强课程思政教育。教师在教学中要坚持立德树人、德育为先，发挥专业课程的德育功能，立足于课程的理论与方法，挖掘课程的思政内涵，把专业知识传授和价值引导统一起来。教师在教学中增加课程思政内容，既能向学生传授专业知识，又能使学生思考自己应成为何种人，如何积极为祖国做出贡献。

（3）加強与工程实际的结合。教师在讲授理论知识的过程中，要进行工程理念的渗透，让学生理解理论的重要应用，从而指导学生的学习和科技活动，提高学生的工程素养和动手能力。因教学内容多、学时有限，教师必须精选典型工程案例加以讲解和剖析，这是促进学生打开思路、分析问题和解决问题的有效途径。

（4）采用混合式教学模式。教师应采用以传统教学为背景、以“学习通”“雨课堂”等为辅助教学工具的混合式教学模式，充分发挥学生的主观能动性。这样，可以把教师职责从单向讲授转变为交互性指导，以加强师生、生生间的线上和线下互动，从而提高教学效果。

（5）改革考核方式。要降低期末考试成绩和课后作业所占比重，增加课堂纪律和线上测验环节，提高实验成绩的比重，全面评价学生在学习全过程中的学习情况。这样的考核，有助于提高学生学习积极性，有助于培养学生的自主学习能力，有助于提高学生的工程实践能力及综合素质。

三、高校“信号与系统”课程教学改革措施

（1）采用小班化教学模式。1）实证研究。课程组对其他高校的小班化教学情况进行调研，并了解学生对小班化教学的需求。在教学实施中期通过调查问卷和访谈形式，听取学生对小班化教学和自主学习激励机制的意见及建议，为小班化教学的机制构建和完善提供依据。2）理论研究。首先，研究小班化教学方式与大班教学方式之间的关系，确定小班化教学的内容与形式，研究师生的互动关系模型，研究教学方式与学生接受程度、教学质量间的相关性。其次，对学生自主学习能力和激励机制现状进行调研，并制定相应措施，在已有教学激励机制的基础上，制定学生自主学习与激励机制方案。3）实践检验。将实证研究和理论研究的研究成果实施于课程教学。记录每次授课时小班化教学模式的实施效果及学生的反应情况，采用学生自主专题研讨的形式考核学生的知识掌握情况，将学生在平时学习中的表现和成绩列入评价内容。教学后期采用调查和访谈等形式，接受学生反馈，统计数据并整理资料。

（2）重视课程思政教育。1）课前准备。深入挖掘本课程所蕴含的思政教育资源，对教学目标、教学内容和教学方法进行设计，采用学生易于接受的方式、方法进行教学，在讲授专业知识的同时，提升学生的思想道德修养。2）由专业课程引出深层次思政内容。在教学过程中，设计适合的教学内容，采用恰当的方式进行课程思政教育，实现专业课程与思政教育的有效结合。本课程的课程思政教育主要包括以下五方面内容。第一，科学精神教育。“信号与系统”课程是建立在傅里叶、拉普拉斯、香农、奈奎斯特等著名科学家的杰出贡献基础之上的。教师在教学中可以对这些科学家的生平和伟大成就进行介绍，让学生了解他們不畏艰难、探索科学真理的历程，让学生认识到任何科学理论、科学方法都是建立在科学家不懈努力基础之上的，要想在科学领域有所建树，就必须坚守自己的理念和信念，倾心尽力为之奋斗，教育学生学习科学家的钻研精神，引导学生树立人生目标，为国家和社会的进步做出贡献。第二，工匠精神教育。电子信息类专业作为工科专业，要求学生具备精益求精、追求卓越的信念。在课堂讨论和实验教学中，应培养学生踏实、耐心、认真的品质，主动思考、解决问题的能力。第三，团队意识教育。在实验项目中，应要求学生通过团队协作完成实验准备、实验数据采集和实验数据输出等所有环节的全部内容，培养学生的团队合作能力和社会责任感。第四，规矩意识教育。讲授信号流图时，可以强调信号只能沿着支路箭头方向前进，如果违反，就是错误的，借此引出规矩意识，介绍违反规矩可能导致的灾难性后果，如违反交通规则可能导致交通事故，从而引导学生规规矩矩做人，规规矩矩做事。第五，爱国主义教育。在课程基本原理和知识的讲授中，教师可以穿插讲授我国电子信息行业的前沿知识，介绍我国该行业的发展现状和成果，提高学生对本专业和行业的认识，增强学生的专业信心，激发学生的爱国热情，提高学生的学习动力。

（3）加强与工程实际的结合。1）从物理意义上明确课程内容。在物理意义上，“信号与系统”课程的主要内容是采用三种基本单元信号将系统的激励信号进行三种不同的分解，基于三种不同的分解求解系统对激励信号所产生的响应。信号的时域分解对应卷积积分，频域分解对应傅里叶逆变换，复频域分解对应拉普拉斯逆变换，Z域分解对应Z逆变换。教师在授课中，要基于物理意义引导学生从信号分解出发理解系统分析思想。2）从工程角度讲解课程内容。教师在教学中，要引导学生从实际意义和工程角度思考问题。例如讲解傅里叶级数时，可以强调此处的关键是理解信号频谱的意义，应了解信号的频谱反映了信号的哪些信息，提示学生周期信号的傅里叶级数中，各个子信号即为信号包含的不同频率分量，使学生深入理解频谱的实际工程意义。3）结合工程实例分析。要介绍与理论知识相关且具有专业背景的工程实例，强化对学生的工程思维和工程能力的培养。例如，讲解傅里叶变换的频域卷积定理时，教师可以结合其在现代通信系统中的应用——调幅广播信号，讲解声音信号由于波长较长，如果直接发射所采用的天线尺寸将非常巨大，因此需要进行幅度调制，即给信号乘以一个高频余弦信号，调制以后的信号的频谱将被搬移到较高的频率上，其波长较短，便于采用天线发射。教师通过实例讲解，可以使学生理解相关理论知识的物理意义和实际应用价值。

（4）采用混合式教学模式。教师可以采用“学习通”和“雨课堂”这两种现代化教学工具，在教学中实现课堂交互、课后提升、数据统计与分析等。课前，教师可以将带有MOOC视频和预习习题的课件推送到学生客户端，听取学生的反馈信息。课堂的签到、投票、抢答、主题讨论等互动活动，能够节省点名时间，活跃课堂气氛，提高课堂教学效率。课后，教师可以将习题推送到学生客户端，并对学生提出的问题进行解答。系统可以对学生的学习情况进行统计，便于教师掌握学生学习情况。

（5）改革考核方式。在改革后的课程考核总成绩中，平时成绩占40%，期末考试成绩占60%。平时成绩包括学习情况、作业和期中测验、实验三个部分。学习情况：占考核总成绩的15%，考查学生对课程任务点的完成情况。作业和期中测验：占考核总成绩的10%。实验：占考核总成绩的15%。期末考试成绩：占考核总成绩的60%。与原来的考核方式相比，改革后的考核方式着重对教学全过程的全方位考核，降低了期末考试成绩和课后作业所占的比重，增加了线上测验环节，提高了实验成绩的比重，有助于加强课堂纪律管理，能够对学生线上学习效果进行评价，加强了对学生实际动手能力的考查。

四、高校“信号与系统”课程教学改革效果

（1）小班化教学模式提高了学生的学习积极性，发挥了学生的学习主体作用，提高了学生的课堂参与度和自主学习能力，培养了学生的自主探究学习能力。

（2）在课堂教学过程中贯穿课程思政教育，落实了全国高校思想政治工作会议精神，实现了课程思政目标，使得专业课程和思政课程产成共振效应。

（3）与工程实际的结合使学生建立了实际工程问题分析的思维方式，具有工程思维和工程能力，工程素养和动手能力都得到了提升。

（4）混合式教學模式调动了学生的学习积极性，激发了学生的学习热情，培养了学生的自学能力，使学生对课程知识的掌握更加扎实，建立了师生之间、学生之间的沟通通道。

（5）考核方式改革全面评价学生学习全过程中的学习情况，提高了学生平时学习的积极性，让学生更加注重学习过程，提高了学生的自主学习能力和综合素质。

参考文献：

[1]王晴，张振国，李秀英.“信号与系统”课程教学改革探究[J].电气电子教学学报，2019（02）.

[2]尹霄丽，尹鹏，林泊安，魏翼飞，郭丽.多课程融合的“信号与系统”实验教学改革[J].实验室研究与探索，2016（10）.

[3]苏宁馨，张帆，谈玲珑.以培养创新能力为导向的“信号与系统”课程考核方式改革及研究[J].青海师范大学学报：自然科学版，2018（02）.

[4]阮承治，俞晴，饶金辉.应用型本科人才培养目标下信号与系统课程的改革探讨[J].黑龙江工业学院学报，2018（09）.

[5]张利红，周子昂.高校信号与系统教学改革探讨[J].周口师范学院学报，2010（09）.

Research on Teaching Reform of "Signal and System" Course in Colleges and Universities

Wu Jun1， Chen Chunkai1， Zhang Fang2， Xu Xiuzhi1， Xie Yuxin1， Liu Lijie1，

Wang Shaona1， Wang Silu1， Liu Yanbei2， Wang Wen2

（1. School of Electrical and Electronic Engineering， Tiangong University， Tianjin 300387， China;

2. School of Life Sciences， Tiangong University， Tianjin 300387， China）

Abstract： Aiming at the classroom teaching reform， the "signal and system" course group of the school of electrical and electronic engineering of Tiangong University of technology has carried out research and practice in five aspects： teaching mode， curriculum ideological and political education， combination with engineering practice， application of modern teaching tools and assessment methods. This research and practice has played the main role of students' learning， improved students' engineering competence and practical ability， and is of great significance to cultivate a new generation of college students with vision， responsibility， enthusiasm and ability.

Key words： "signal and system" course; teaching reform; small class teaching; curriculum ideological and political education; blended teaching; assessment method