基于OBE理念的“信号与系统”课程教学改革

张玉玲,王增锋,于 泓

(鲁东大学 信息与电气工程学院,山东 烟台 264025)

1 “信号与系统”课程存在的“痛点”问题

“信号与系统”课程是电子信息类本科生的一门非常重要的专业基础课及核心课,也是很多985、211高校的研究生入学考试科目之一。结合多年的教学情况分析,“信号与系统”的教学过程中主要存在以下3个问题[1]。

(1)课程理论性很强,其中涉及大量数学知识,公式推导比较多,内容较抽象,虽然学生前期已经学习过高等数学、复变函数分析等课程,但是有相当比例的学生对之前已学的数学知识已生疏,心理上厌烦理论公式推导,比较容易感觉课程枯燥乏味。

(2)课程应用性很强,而考核方式却比较注重理论,学生为了应试,能够通过机械记忆和强化做题来记住大部分知识点,但是却不能够将理论概念、物理现象和工程应用有机结合起来,探索创新能力较差,不能够学以致用。

(3)课程内容丰富,知识点多且零散,但是教学时间有限,需要学生课余时间发挥主动学习的能力,然而学生学习目的不明确,缺乏主动学习的“内驱力”。

虽然学生数学基础和逻辑思维能力相对薄弱,但在互联网环境下成长起来的当代大学生,对实际工程应用相关的知识具有十分强烈的好奇心,而且擅长通过网络获取学习资源。因此,为了解决课程中存在的上述问题,结合学生的特点,通过课程思政激发学生的内在学习动力,通过教学内容的精心组织提升学生解决复杂工程问题的能力,通过信息化的教学方法和手段提高学生的学习兴趣与学习效率。

2 “信号与系统”教学创新实践

2.1 教学理念及思路

基于OBE理念,围绕通信工程专业学生培养目标反向设定课程目标,并通过相应的反馈环节,以达到对课程目标进行闭环监测、动态调整的目的[2]。课程重点强调知识点的物理意义以及工程应用价值,坚持理论分析与实际应用紧密结合,坚持基础理论与前沿科技紧密结合,坚持课堂教学与课外学术活动紧密结合,通过“三个结合”,充分调动学生的学习“内驱力”。

课程采用“3+3+3”的设计思路:采用不同的教学方法,坚持传授知识、培养能力、提高素质三者协调发展;充分利用信息化资源,针对课前、课上、课后3个阶段采取不同的教学平台设定不同教学任务;课堂教学从“案例导入”“知识点讲解和分析讨论”“总结归纳”3个方面层层递进,同时利用MALTB仿真工具将抽象的概念可视化,加强师生互动,活跃课堂氛围,提高学生的学习热情。

2.2 教学模式改革

采用以学生为中心、“互联网+教育”的模式来组织教学活动,结合传统教学模式、翻转课堂模式、分组讨论模式,探索将现有课程网站、超星学习通平台、MOOC平台等多种互联网资源整合的深层次多元混合教学模式,并根据知识点的难易程度,灵活切换各种教学模式[3]。

2.3 教学内容改革

理论课程内容可总结为两大系统、两种分析方法、三大变换,以此基本理论内容为核心,重点从课程思政和案例驱动两个方面进行教学内容的扩展。

(1)教学过程中根据教学内容有效的同思政教育相融合,避免简单的说教[4]。一是通过介绍信号与系统的发展历史及其在不同国民经济领域中的应用,培养起学生的学习兴趣,通过介绍我国在相关领域的技术现状及技术瓶颈,激发学生的爱国热情。信号与系统课程中涉及的重要基础理论,凝聚了若干科学巨匠的心血,结合他们的生平事迹,引导学生探索科学、勇于创新,培育工匠精神。

(2)在传统教学内容之外,增加案例研讨,从工程实践项目中,从学科竞赛题目中以及教师的科研项目中提炼出与课程相关的知识点,丰富教学内容,让学生感受到学科研究的深度和广度,了解目前所学的现实应用和进一步研究的方向。

2.4 教学方法改革

利用互联网资源与信息化手段,在课前、课上、课后分别设定不同教学任务,分为先导知识点、课程知识点、拓展知识点3个层次。(1)在课前预习阶段提前发布两类信息:一是课程要用到的先导数学知识,以便基础较差的同学提前复习巩固。二是本节课的知识点,附加参考文献供学生自学,对于复杂的任务鼓励学生采用分组讨论的模式协作完成。(2)课堂讲授阶段,以问题为导引,讲授概念和分析方法,加强工程案例的教学,并将传统理论延伸到当代信息处理的前沿。为活跃课堂气氛,提高学生的学习主动性与积极性,采取抢答、分组讨论、随机提问、让学生站讲台等方法,锻炼语言表达能力,进一步加深对知识点的深刻理解。(3)课后自主学习阶段,学生利用网络广泛查阅资料,利用第二课堂参与各种比赛及教师科研活动,学以致用。

2.5 教学手段改革

在课堂教学中,综合应用多种教学手段,提高学生的学习积极性,主要有以下几点[5]。

(1)采用黑板板书进行数学公式的推导演示,采用集图文动画于一体的多媒体课件和电子教案展示抽象的概念,采用MatLab仿真软件对数值计算的结果进行可视化的直观表现,以生动的表现形式讲述动态性质的知识点,培养学生的学习兴趣。

(2)将任务驱动法、思维导图法引入信号与系统的课堂。“信号与系统”课程中讲过两大类方法,时域分析法与变换域分析法,对于同一个系统,学生可以采用不同的方法进行分析,并进行对比。“信号与系统”课程知识点比较零散,要求学生在每一章结束后,能够画出思维导图,将各个知识点串联起来,记忆更加牢固。

2.6 考核方式的改革

理论课成绩由平时成绩和期末考试成绩组成。期末试卷中减少烦琐的公式推导,根据课程目标,主要考查学生对基础知识的掌握及灵活应用能力。另外增设附加题,包括综合设计题或技术前沿相关内容,考察学生课余时间的学习成果。平时成绩又细分为作业成绩和课堂表现成绩,鼓励学生以不同的方法完成作业题,而课堂上的讨论发言、课程项目的分析汇报也均计入课堂表现成绩。

为了提高学生对于实验教学的重视程度,实验课跟理论课相同,也要进行正规的考试,打破传统情况下全部学生一份试卷的做法,一人一题,抽签决定,更能考察出学生实际水平。

这样的考评方法避免了一卷定成绩的做法,促进教师对于教学过程的监督管理,可以激励学生加强日常的学习积累。

2.7 教学评价改革

对学生的学习评价由以前的教师评价为主,只在乎考试成绩的单一评价方式向多元化、过程化、数据化改变,多主体参与,采用学生自评、生生互评、小组评价、教师点评等多种形式,平时表现和期末成绩等多个评价成绩并用,实现由终结性评价向全过程评价的转变。

学生对老师的评价由学生期末评教的单一评价方式,专家听课、同行评教、学生反馈、调查座谈等多种形式贯穿教学过程,便于教师及时调整教学思路与教学进度,而不是期末时候仅由学生对教师进行评教,无法实时地改进教学。期末根据教学目标的达成度分析,进行教学方法和手段的持续改进。

3 结语

本课程的教学改革创新在教学过程中获得了良好的效果,学生学习的主动性显著提升。以学生为中心,以教师为引导,通过课前布置思考题,学生的自主学习有了方向,并且能“带着问题上课”,课上通过对相关问题的讨论,有助于吸收课程知识点,提高了学习效率;通过开展案例研讨式教学,学习不再局限于书本知识,实际应用案例能够丰富教学内容并把理论和实践结合起来,在数学公式、物理意义和工程应用之间搭起一座桥梁。