研究性學(xué)習(xí)在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘要:研究性學(xué)習(xí)是研究性課程教學(xué)中的一種重要的教學(xué)手段。本文在分析“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，提出從培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)地研究動(dòng)力、增強(qiáng)學(xué)生繼續(xù)研究的技能、提供研究資料以及培養(yǎng)學(xué)生管理自己研究活動(dòng)的能力等幾個(gè)方面，對研究性學(xué)習(xí)思想在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:信號(hào)與系統(tǒng);研究性學(xué)習(xí);實(shí)踐

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程是電子信息類專業(yè)的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)課，其內(nèi)容涉及信號(hào)和系統(tǒng)的總體概念與時(shí)域及三大變換域分析方法[1-2]，具有理論性強(qiáng)和應(yīng)用性突出的特點(diǎn)，是“數(shù)字信號(hào)處理”、“通信原理”等后續(xù)專業(yè)課程的重要理論基礎(chǔ)，也是學(xué)生從事相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)研究的必備知識(shí)。如何在有限的時(shí)間內(nèi)將基本知識(shí)傳授給學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性是值得認(rèn)真研究的問題。最近十年，研究性學(xué)習(xí)成為大學(xué)改革的一個(gè)核心內(nèi)容，本文主要探討研究性學(xué)習(xí)在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中的應(yīng)用。

1研究性學(xué)習(xí)理論

長久以來人們傳統(tǒng)的價(jià)值取向就注重整體、均衡和權(quán)威，拒絕差異、懷疑和創(chuàng)新，體現(xiàn)在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中多采用“接受性學(xué)習(xí)”即注重傳授知識(shí)，輕獨(dú)立思考和研究能力的培養(yǎng)。教師用自己的思想代替學(xué)生的思想，以自己的思維同化學(xué)生的思維，從而導(dǎo)致部分學(xué)生在接受多年教育之后仍然缺乏探究問題的意識(shí)與能力[3]。學(xué)生的學(xué)習(xí)幾乎都是在“聽課—筆記—記憶—考試”中度過，在這種教學(xué)方式中，教師主導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，在一定程度上會(huì)抹殺學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣。

近年來，隨著現(xiàn)代教育思想的發(fā)展，研究性學(xué)習(xí)受到人們的重視。研究性學(xué)習(xí)是一種基于建構(gòu)主義理論的具有非預(yù)設(shè)性特征的教學(xué)方式，其主張學(xué)習(xí)者在教師的指導(dǎo)下，從自然、社會(huì)和生活中選擇并確定研究課題，以類似科學(xué)研究的方式，主動(dòng)地獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、解決問題[4-5]?！把芯啃詫W(xué)習(xí)”是與“接受性學(xué)習(xí)”相對的一個(gè)概念，就人的發(fā)展而言，“研究性學(xué)習(xí)”與“接受性學(xué)習(xí)”都是必要的。強(qiáng)調(diào)“研究性學(xué)習(xí)”的重要性不是因?yàn)椤敖邮苄詫W(xué)習(xí)”不好，而是我們過去過多地倚重“接受性學(xué)習(xí)”。 研究性學(xué)習(xí)認(rèn)為，教學(xué)是一個(gè)完整的人的成長與形成過程，是學(xué)生個(gè)體生命潛能多方位得以彰顯、豐富的過程;教學(xué)與真實(shí)生活是融為一體的，教學(xué)本身就是師生活生生的現(xiàn)實(shí)生活[4]。

2“信號(hào)與系統(tǒng)課程”的研究性學(xué)習(xí)實(shí)踐

研究性學(xué)習(xí)給學(xué)生帶來了學(xué)習(xí)樂趣、動(dòng)力，也帶來了智力上的挑戰(zhàn)。它需要更多的資源，突破條件的限制，從教師角度來看需要幫助學(xué)生解決以下幾個(gè)問題。

2.1注重培養(yǎng)持續(xù)的研究動(dòng)機(jī)

“信號(hào)與系統(tǒng)”是電氣信息類本科專業(yè)的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)課程，主要培養(yǎng)學(xué)生用信號(hào)、系統(tǒng)的觀念和方法思考問題、分析問題和解決問題。該課程具有概念多、公式推導(dǎo)多、論述嚴(yán)謹(jǐn)、覆蓋面廣、篇幅大、信息多的特點(diǎn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之前已經(jīng)學(xué)過高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、電路等先修課程。由于部分學(xué)生在學(xué)習(xí)這些先修課程時(shí)曾經(jīng)遇到過困難，因此在學(xué)習(xí)本課程時(shí)自然會(huì)本能地產(chǎn)生畏難情緒。高動(dòng)機(jī)是研究性學(xué)習(xí)開展的基本條件，針對這種情況，在課程之初教師就需要從信號(hào)與系統(tǒng)的工程背景出發(fā)，引出問題，確定適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生更深入地理解[6]。教師可采用以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)模式，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)和解決問題;可提出課程的綜合目標(biāo)，并對各章節(jié)提出分層次目標(biāo);明確鼓勵(lì)學(xué)生要相信自己，樹立克服困難的信心;課堂教學(xué)中嘗試公開討論，相互啟發(fā)。學(xué)生在學(xué)習(xí)的初期一般都能保持較高的興趣，但是隨著學(xué)習(xí)過程中遇到的困難越來越多，學(xué)習(xí)興趣會(huì)逐漸降低。針對“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)中概念多、公式推導(dǎo)多的特點(diǎn)，在學(xué)時(shí)的安排上，為了在有限的時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，我們采用多媒體與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學(xué)手段。多媒體教學(xué)手段可以節(jié)省板書時(shí)間，符號(hào)、公式的編排也更清晰，更重要的是可以采用聲音、圖像、動(dòng)畫等多種形式的信息載體。授課過程中，教師引導(dǎo)，學(xué)生提出問題，層層推進(jìn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)時(shí)不再是被動(dòng)接受，而是變?yōu)橹鲃?dòng)參與。教師注意向?qū)W生提供多元的自我評價(jià)與修正機(jī)會(huì)[6-7]，學(xué)生在學(xué)習(xí)中感受到經(jīng)過探索獲得新知識(shí)這一過程的喜悅。采用問題學(xué)習(xí)法，教師對數(shù)學(xué)上的證明推導(dǎo)主要是提供方法和思路，具體過程由學(xué)生自己完成。在這一過程中，學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體，教師起指導(dǎo)的作用。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)的重要組成部分，對學(xué)生深入理解課程概念，提高動(dòng)手能力有很重要的作用?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)提供演示型、基礎(chǔ)型(驗(yàn)證型)、提高型、綜合型(開放型)實(shí)驗(yàn);采用硬件實(shí)驗(yàn)、軟件實(shí)驗(yàn)和基于Web的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，建立了多層次、立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，從不同的角度、全方位地提高學(xué)生的綜合水平，如表1所示。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)為學(xué)生設(shè)置了與課程內(nèi)容相關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，教師可以根據(jù)教學(xué)要求提供多個(gè)主題供學(xué)生選擇;學(xué)生也可圍繞目標(biāo)自定題目，充分發(fā)揮主動(dòng)性。通過建立開放式的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以獲得持續(xù)的探究動(dòng)機(jī)。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)撰寫實(shí)驗(yàn)申請報(bào)告、制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、實(shí)施實(shí)驗(yàn)研究到取得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究的過程構(gòu)成了學(xué)習(xí)的過程。在此過程中教師需要注意的問題是[8]，實(shí)際的學(xué)習(xí)過程往往比教師所期望的時(shí)間更多，為了使學(xué)生有效地工作，教師需要在維持秩序與學(xué)生自由支配之間維持平衡，在教師指導(dǎo)與學(xué)生探究之間拿捏平衡。

2.2增強(qiáng)學(xué)生持續(xù)研究的技能

研究性學(xué)習(xí)反映了學(xué)習(xí)的規(guī)律性，也符合學(xué)習(xí)者的心理需求。研究性學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一種學(xué)習(xí)方式，學(xué)生繼續(xù)探究的技能需要教師給予指導(dǎo)。在理論教學(xué)過程中，可以通過教師引出問題，學(xué)生思考為主導(dǎo)的方式，教師在不斷修正的過程中注重向?qū)W生展示探究的思路和技能，可以根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況分層次開設(shè)研討課、學(xué)生研究周、圖書館導(dǎo)航、學(xué)習(xí)技能課、學(xué)術(shù)沙龍等多種形式的活動(dòng)，為學(xué)生提供輔助的探究技能。

在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的自主學(xué)習(xí)階段，由學(xué)生圍繞主題展開學(xué)習(xí)活動(dòng)。教師不是直接告訴學(xué)生應(yīng)當(dāng)如何去解決問題，而是向?qū)W生提供解決問題可以采用的方法，例如收集資料的科學(xué)方法，分析資料獲取有用信息的方法。學(xué)生通過討論，選擇感興趣的題目，實(shí)驗(yàn)采取自由組合的方式，2或3人一組，學(xué)生自己分工承擔(dān)部分任務(wù)，共同建立模型，擬定實(shí)驗(yàn)方案，制定實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生通過書面報(bào)告或現(xiàn)場討論的形式向教師提交本組實(shí)驗(yàn)原理與步驟，教師組織學(xué)生共同討論，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，最后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中如果發(fā)現(xiàn)問題，由學(xué)生為主體給出解決措施，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，給出相應(yīng)的結(jié)論。在此過程中學(xué)生始終主動(dòng)地獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、解決問題，教師需要注意對學(xué)生提供學(xué)習(xí)支持，在學(xué)習(xí)過程中對學(xué)生給予恰當(dāng)反饋。

2.3提供研究的背景資料

在提出研究問題，發(fā)展研究計(jì)劃，收集、分析資料的每個(gè)環(huán)節(jié)都需要相應(yīng)的內(nèi)容知識(shí)作為基礎(chǔ)。如果學(xué)生缺乏基礎(chǔ)知識(shí)，就不能完成有意義的研究活動(dòng)，也就沒有機(jī)會(huì)去拓展和運(yùn)用知識(shí)。另外，由于缺乏基礎(chǔ)知識(shí)而使探究不能層層深入，學(xué)生感受不到挑戰(zhàn)和收獲之后的快樂，最終也會(huì)使學(xué)生逐漸失去學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)[9]。在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，教師通過與學(xué)生及時(shí)的互動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，并且及時(shí)引導(dǎo)，幫助學(xué)生越過研究性學(xué)習(xí)過程中的障礙。一門科目的教學(xué)，并不是希望學(xué)生成為該科目的一個(gè)小型圖書館，而是要他們參與獲得知識(shí)的過程，學(xué)習(xí)的是一種過程，而不是結(jié)果[10]。由于教師和學(xué)生在課堂上的交流是有限的，研究性學(xué)習(xí)為了完善完整的學(xué)習(xí)過程，可開設(shè)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，如圖1所示。我們通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能模塊和開辟專門的交流區(qū)域，為學(xué)生之間、學(xué)生和教師之間、教師與教師之間創(chuàng)設(shè)出合作、交流、探討、研究的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)課程提供教學(xué)大綱、課程學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課件下載、視頻課堂、作業(yè)習(xí)題、單元測試、考研相關(guān)、在線答疑、教學(xué)互動(dòng)等環(huán)節(jié)，提供了種類繁多、數(shù)量龐大的知識(shí)信息。其中，既有面向教學(xué)需要的課程教學(xué)內(nèi)容，又有擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面的各種學(xué)習(xí)資源。學(xué)生可以根據(jù)自己的能力、水平、愛好，選擇所需要的知識(shí)內(nèi)容。教師將網(wǎng)絡(luò)課程作為課程教學(xué)的重要補(bǔ)充，比如為了對課程即將用到的數(shù)學(xué)理論有所回顧，掃清學(xué)生學(xué)習(xí)新內(nèi)容的障礙，教師在講述前可以針對重要章節(jié)內(nèi)容提示學(xué)生需要用到的先修基礎(chǔ)知識(shí);對因理論課程時(shí)間限制而無法充分展示給學(xué)生的工程應(yīng)用，可以由學(xué)生自行從網(wǎng)站上獲取;提供國內(nèi)外重點(diǎn)高?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”課程的精華;提供基于Web的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn);提供在線答疑和教學(xué)互動(dòng)欄目，為學(xué)生和教師提供一個(gè)交流、協(xié)作的平臺(tái)等。

2.4培養(yǎng)學(xué)生管理自己研究活動(dòng)的能力

研究性學(xué)習(xí)過程改變了傳統(tǒng)的教師講解、學(xué)生學(xué)習(xí)的固有模式，通過改變組織結(jié)構(gòu)以提高學(xué)生參與的程度和引發(fā)主體性[6]。學(xué)生缺乏社交技能，特別是小組中的合作能力是影響研究性學(xué)習(xí)的一個(gè)重要因素?？紤]到學(xué)生的能力、特點(diǎn)和個(gè)性，我們在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中任命小組長負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)、討論和分工，小組成員進(jìn)行自主管理和相互約束、監(jiān)督，充分利用優(yōu)秀學(xué)生的榜樣作用帶動(dòng)全體同學(xué)。在此期間，學(xué)生之間、學(xué)生和教師之間可以相互討論，提出自己的觀點(diǎn)和想法。比如，在開放實(shí)驗(yàn)的總結(jié)匯報(bào)上，相互之間可以提出問題，進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)小組之間的競爭和比賽，教師總結(jié)點(diǎn)評。與傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)模式相比，研究性學(xué)習(xí)為學(xué)生提供了相對復(fù)雜的管理機(jī)會(huì)和響應(yīng)的自我管理習(xí)慣和能力，這對學(xué)生也提出了更高的要求。在此過程中教師需要設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)墓ぞ吆头椒ㄔu價(jià)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的理解程度。

3研究性學(xué)習(xí)實(shí)施的展望

總之，傳統(tǒng)教學(xué)注重學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，把知識(shí)看作目標(biāo)，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)主要是通過傳授的方式獲得，而研究性學(xué)習(xí)把學(xué)習(xí)看作是行動(dòng)或過程，看作個(gè)體在處于各種目的而試圖理解所生活的社會(huì)或自然環(huán)境的認(rèn)知建構(gòu)或創(chuàng)造的過程，主要通過親身體驗(yàn)的方式獲得。對于這種教學(xué)方式，雖然教師還是教學(xué)的主體，但強(qiáng)調(diào)學(xué)生對學(xué)習(xí)過程全方位的體驗(yàn)，可以幫助他們在理解

顯性知識(shí)的同時(shí)，獲得對隱性知識(shí)的感悟，既有成功的興奮與歡樂，也有失敗的苦悶與沮喪;既有可以言傳的，又有只能意會(huì)的。

目前，研究性學(xué)習(xí)在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)中的應(yīng)用獲得一定成果，本文從研究性學(xué)習(xí)理念出發(fā)，討論了其在課程教學(xué)中的實(shí)踐和需要注意的問題。從我校近三年的學(xué)生網(wǎng)上評教和教師同行的反映來看，研究性學(xué)習(xí)在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)中的應(yīng)用獲得了良好的實(shí)踐效果。

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Application of Inquisitive Learning in the Teaching of “Signals and Systems”

HUANG Wei-jia， ZHANG You-sai， MA Guo-jun， ZHOU Wen-lan

(School of Electronics and Information， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212003， China)

Abstract: The inquisitive learning is an important means of teaching on inquisitive courses. Based on the the actual situation in the course of Signals and Systems， the following ideas of inquisitive learning has been applied. Such as making students continue to study， how to enhance the skills of the students ， providing research data， as well as how to manage their own research.

Key words: signals and systems; inquisitive learning; practice

(編輯:姚彥如)