信号与系统课程“以学为中心”教学模式探索与实践

全星慧，韩建，赵丽华，周围，吕秀丽

（东北石油大学 物理与电子工程学院，黑龙江大庆 163318）

“以学为中心”是大学教育理念的灵魂，也是提高教育质量的核心所在[1]。“以学为中心”包括以学生为中心、以学习为中心、以学术为中心、以教学为中心等，高校中的一切教学活动应该围绕这几个中心开展[2]。本文以信号与系统课程为例，从“以学为中心”的教学理念出发，深度剖析教学中存在的问题，结合OBE（成果导向教育）理念，构建“以学为中心”的教学模式，从而激发学生学习的主动性，提升教学效果。

信号与系统是电子信息类专业一门重要的专业基础课，通过课堂讲授、实验教学等环节，使学生掌握信号的表示和系统基本分析方法。课程包含大量复杂的公式、定理和性质，涉及微分方程、矩阵等复杂、烦琐的数学知识，数学原理较多、抽象且难以理解，传统的授课方式导致课程与实践应用脱节，学生的学习积极性不高[3-7]。如何激发学生学习的主动性，培养学生的创新能力，进一步提高教学质量，是亟须解决的问题。

1 教学模式探索与实践

结合传统教学存在的问题，本文结合“以学为中心”的教学理念，以OBE 理念为指导，围绕毕业生的能力需求进行信号与系统课程建设与教学改革，重点开展以产出为导向的教学设计、以创新能力培养为导向的课堂改革、以持续改进为目标的课程考核与质量评价[8-10]。图1 为“以学为中心”的课程教学模式架构，通过整合教学内容、增加教学环节、丰富教学手段、完善评价机制等，将教学过程进行纵向延伸，将教学内容进行横向延伸。

图1 课程教学模式架构

借助超星学习通教学平台以及信号与系统的MOOC 课程平台，将教学过程由课堂教学延伸到课前、课后的内容预习、分组讨论、总结归纳等，实现教学过程的纵向延伸；同时将教学内容由理论讲授延伸到前沿应用、案例分析、工程实践等，实现教学内容的横向延伸。

1.1 课前预习内容推送与问题分组讨论

借助学习通以及MOOC 平台，充分将信息技术、网络资源与教学过程、教学内容深度融合[3]。教师借助平台推送理论课程教学视频、实验课程教学视频、教学课件等课程资料，以及课程相关知识扩展、学科前沿、应用领域等参考资料；学生根据平台提供的课程资料进行课前预习，同时对课程相关问题进行分组讨论。

1.2 课上整合教学内容，增加教学环节，丰富教学手段

教师针对课程内容进行重新整合，将原来的连续时间信号与系统到离散时间信号与系统的分析，调整为信号与系统的时域分析到变换域分析，将原来的傅里叶变换和傅里叶变换应用于通信系统，整合为信号与系统的傅里叶分析方法，加强了知识的接续性，使学生能够由此及彼，举一反三；由理论推导分析到利用MATLAB 软件应用案例仿真分析，使学生从被动接受到自主探究，实现课堂教学以知识传授为主过渡到以提升学生的独立思维和创新能力为主。

课程包括小班授课、课程导入、讨论汇报、讲授新知、案例分析、课上总结、巩固练习等教学环节。通过课上学生汇报、学生互动和师生互动，将研究与讨论贯穿教学活动始终，突出以学生为主体、教师为主导的教学模式。

在课堂授课中，借助学习通、MOOC 等教学平台的“投票”“抢答”“选人”“随堂练习”多种功能进行课堂互动，活跃了课堂气氛，增加了师生的交流，巩固了课上所授知识点，激发了学生积极参与课堂的主动性。

1.3 课后梳理知识结构，自我检测，实践应用

教师针对课程内容安排学生完成思维导图，学生通过对课程内容进行梳理，总结重点、难点及与其他章节内容的关系，从而建立系统的知识体系；通过教师在学习通平台自建的题库，学生可以自主完成阶段测试，对自身学习情况做到心中有数，查缺补漏；通过实验、课程设计等对相关知识进行MATLAB、Python 软件编程及仿真分析，不仅使学生对理论理解得更加透彻，而且将理论与实践应用紧密结合，从而进一步激发学生的学习热情，使学生做到学以致用。

1.4 有机融入思政元素

在信号与系统课程中有机融入思政元素，从而达到立德树人的目标[11-14]。在系统时域分析的不同方法中融入思政点，如系统时域求解的经典法与双零法，引出解决问题的方法不唯一；在系统变换域分析中融入思政点，如系统函数，引出从系统的时域现象探寻变换域的本质，即“透过现象看本质”；在介绍与课程相关的科学家时融入思政点，如傅里叶、拉普拉斯等天才的人生经历，学习他们坚持真理、求真求是的精神和品质，这种品质是学生在未来的学习与工作中应具有的；在课程定理讲授中融入思政点，如抽样定理，引出精度与速度的辩证关系，即得与失的辩证关系，培养学生辩证思维能力。

2 教学评价及实践效果

课程设置严格的评教制度，除学期末学校教务处统一对学生评教、教学督导组对教师听课评教外，教研室教师之间也要互相评教打分，做到以教促学、以学促教。

改变课程考核机制，从知识考核向能力考核转变。课程考核由平时成绩（10%）+实验成绩（20%）+期中测试成绩（20%）+期末成绩（50%）构成。平时成绩包括课堂表现、分组讨论、思维导图、案例仿真等的完成情况；课内实验采取实验箱与MATLAB软件仿真相结合的模式，既能锻炼学生搭接电路、调试电路、分析现象的能力，又能通过软件仿真拓展实验箱之外的案例分析；通过自建在线题库，学生可进行自主练习和测试，形成良好的学习自测和检查机制，通过期中测试掌握学生阶段性的学习成果，在期末测试中将能力考核的综合分析试题占比提升到50%。

从2018 年改革以来，课程组更新了教学大纲、实验项目及教学设计，制定了合理的多元考核评价机制，通过5 年对5 届学生不间断的教学实施与改进，实现了课程建设与教学改革。调研分析，学生课堂互动及主导能力明显增强，课程目标达成度逐年提高。每年以信号与系统作为考研专业课，升学率在20%以上。学生以信号与系统课程内容为基础参加全国大学生电子设计竞赛、全国大学生光电设计竞赛、全国大学生物联网设计竞赛、创新设计大赛、飞思卡尔智能车大赛等，多次获得国家级、省级奖项。

3 结束语

针对课程理论性强、晦涩难懂、课程与实践应用脱节、学生的学习积极性不高等突出问题，本文进行了“以学为中心”的教学模式探索与实践，构建了教学过程纵向延伸、教学内容横向延伸的课程教学模式架构，多角度激发学生学习的积极性，培养学生的自主探究、独立思考和创新能力，从而提高了教学效果，推动了课程建设和教学改革。通过课题组的不断探索与实践，信号与系统课程教学改革取得了显著成效，在后续教学过程中将进一步完善“以学为中心”的课程教学模式，并逐步推广到专业的其他相关课程中。