面向“卓越工程師”目標(biāo) 進(jìn)行“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革

畢 萍， 劉 毓

(西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710121)

0 引 言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)作為《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要(2010～2020)》組織實施的一項重大項目，其主要目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的各類型高素質(zhì)工程技術(shù)人才，即卓越工程師后備人才(以下簡稱“卓越工程師”)?！白吭接媱潯笔俏覈叩裙こ探逃闹卮蠼虒W(xué)改革項目[1-4]。我校以資深的郵電通信行業(yè)背景，作為第二批試點院校入選“卓越計劃”?！白吭接媱潯眹@工程能力這一核心問題，對人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了全方位改革，強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。

“信號與系統(tǒng)”課程是電子信息類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。它以高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)以及電路分析等課程為基礎(chǔ)，又同時是后續(xù)的數(shù)字信號處理、通信原理、數(shù)字圖像處理、語音信號處理、自動控制原理等課程的先修課程，在教學(xué)環(huán)節(jié)中起到承上啟下的作用，是工科學(xué)生的必修課。由于該課程理論性和工程應(yīng)用性強，并且較為抽象，歷來是一門難教難學(xué)的課程。國外知名高校如哈佛、麻省理工、斯坦福等都開設(shè)了本門課程，并出版了大量知名教材[5-8]。我國各工科高等院校對此課程也非常重視[9-11]，東南大學(xué)、北京交通大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等知名高校的“信號與系統(tǒng)”課程都是國家級精品課程。我?！靶盘柵c系統(tǒng)”課程是省級精品課程，理論教學(xué)已經(jīng)達(dá)到較高水平，但針對“卓越計劃”的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革還是空白。本文以面向“卓越工程師”培養(yǎng)為目標(biāo)，結(jié)合我校教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)資源[12-15]，圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、教學(xué)材料建設(shè)以及師資隊伍建設(shè)等多個方面進(jìn)行該課程的教學(xué)改革。從而滿足“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)的要求，同時給后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革提供借鑒范例，凝練和打造一支優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊。

1 教學(xué)內(nèi)容頂天立地

“信號與系統(tǒng)”課程是工科學(xué)生的必修課，就理論學(xué)習(xí)而言，其主要內(nèi)容可概況為兩個任務(wù)(信號分析與系統(tǒng)分析)、兩種系統(tǒng)(連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng))、兩種方法(時域分析與變換域分析)和三大變換(傅立葉變換、拉普拉斯變換和Z變換)。為了適應(yīng)“卓越計劃”的要求，針對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了多方面的改革，如圖1所示。目的是重點培養(yǎng)學(xué)生的三個能力，即創(chuàng)新能力、動手能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

1.1 理論學(xué)習(xí)頂天

本課程的理論學(xué)習(xí)是根基，因此是必須重視的內(nèi)容。理論學(xué)習(xí)共64個學(xué)時，完整講授吳大正教授編寫的《信號與線性系統(tǒng)分析》(第4版)中的八章內(nèi)容。以前授課時，偏重于公式的推導(dǎo)和習(xí)題的計算，往往讓很多同學(xué)誤以為這門課程是一門數(shù)學(xué)課。改革后，對于知識點重點強調(diào)其物理意義和工程應(yīng)用，例如，講卷積積分的時候，將調(diào)制的概念引入，通過示例讓同學(xué)們了解卷積積分的應(yīng)用，為后續(xù)的“通信原理”課程做鋪墊。這部分內(nèi)容的加入，可以使知識點變得生動，理論不枯燥，這一數(shù)學(xué)運算可以解決實際的問題。只有讓學(xué)生深入理解了所學(xué)的理論知識，才能在實踐中進(jìn)行創(chuàng)新，因此理論課程可以使學(xué)生所學(xué)內(nèi)容頂天。

圖1 教學(xué)內(nèi)容改革

1.2 實驗學(xué)習(xí)立地

在改革以前，我校的“信號與系統(tǒng)”課程沒有專門開設(shè)實驗課。但是，實驗課對學(xué)好課程的知識起到舉足輕重的作用。實驗課可以幫助學(xué)生深入理解理論知識，只有真正掌握了理論知識，才能夠完成實驗內(nèi)容；實驗課可以將工程應(yīng)用實例引入課堂，工科學(xué)生最重要的技能是應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，例如觀察男女聲音的頻譜實驗，這就使得傅立葉變換的概念不再抽象，學(xué)生易于理解，繼而可以要求學(xué)生提取出男女聲音，給有興趣的同學(xué)一個創(chuàng)造的機會或者可以留待“數(shù)字信號處理”課程時進(jìn)行解決。實驗課可以充分鍛煉學(xué)生的動手能力調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并能夠驗證理論知識的正確性和其物理含義，因此實驗課程可以使學(xué)生所學(xué)內(nèi)容立地。

1.3 研討學(xué)習(xí)和網(wǎng)路學(xué)習(xí)并重

在對理論課程和實驗課程內(nèi)容進(jìn)行改革的同時，還加入了研討學(xué)習(xí)的內(nèi)容，例如沖激信號和階躍信號、傅立葉變換之我見等內(nèi)容。這部分環(huán)節(jié)的加入是為了更有效地突出重點和難點問題，使學(xué)生全方位深入學(xué)習(xí)。通過各組同學(xué)去圖書館或者上網(wǎng)查資料進(jìn)行總結(jié)研討，既學(xué)習(xí)了知識，又激發(fā)了興趣，例如有一半以上的同學(xué)知道了傅立葉和拉普拉斯的偉大成就，工科課程中也能融入人文知識。

這次改革從多方面搜集了各種知識內(nèi)容，例如經(jīng)典的外文資料[4]、各種經(jīng)典教案和實驗教材、考試試題和考研試題、精品課程視頻資源和網(wǎng)站等等。通過學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)平臺將這些信息發(fā)布，便于學(xué)生在課余時間自學(xué)，省去了自己查找資料的麻煩，同時使學(xué)生們開闊了眼界。對學(xué)習(xí)程度好的學(xué)生來說可以提高水平，對于學(xué)習(xí)程度較差的同學(xué)可以查漏補缺。

2 教學(xué)方法優(yōu)勢互補

教學(xué)方法是教學(xué)改革的核心。課堂教學(xué)必須以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，師生互動，知識傳授與能力培養(yǎng)相結(jié)合，如圖2所示。為此，我們進(jìn)行了深入的探索與實踐。

圖2 教學(xué)方法改革

2.1 學(xué)生由被動變主動

(1) 課堂小老師。工科的理論課程多數(shù)以教師的講解為主，學(xué)生作為知識的接受方一直處于被動的位置，如果教師講授時理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)公式過多，往往導(dǎo)致學(xué)生注意力不集中，且講課效果不理想，學(xué)生僅僅記住了結(jié)論。針對這一現(xiàn)象，我們推出了課堂小老師的教學(xué)方法。每堂課都有一位同學(xué)做小老師，到講臺上來講解本節(jié)課中與前續(xù)知識相關(guān)的知識點，這樣既迫使學(xué)生認(rèn)真復(fù)習(xí)所學(xué)知識，同時提前預(yù)習(xí)課上內(nèi)容，進(jìn)而鍛煉了學(xué)生的邏輯思維能力和表達(dá)能力，讓學(xué)生參與到教師的課堂教學(xué)中來。

(2) 網(wǎng)路實驗課。本次改革，在教學(xué)內(nèi)容上增加了實驗課程，但是總學(xué)時量并不允許占用課堂時間。因此，實驗課程通過網(wǎng)路進(jìn)行。將需要進(jìn)行實驗的題目、目的、內(nèi)容、步驟、資料等發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)平臺中，設(shè)定實驗報告和仿真程序的提交時間，同時在指定時間教師可以進(jìn)行指導(dǎo)交流。利用網(wǎng)絡(luò)平臺解決了課時緊張的問題，同時學(xué)生有更多自主安排學(xué)習(xí)的自由，便于學(xué)生學(xué)會自我管理和自我約束，提升了學(xué)習(xí)效率。

(3) 問題研討課。在教學(xué)內(nèi)容改革時提到了，對重點和難點知識點增加了研討課。這一教學(xué)形式，以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮創(chuàng)造力和團(tuán)隊協(xié)作能力，以分組答辯的形式對某些知識點進(jìn)行討論。課堂成為了學(xué)生們發(fā)揮聰明才智的舞臺，例如，一組學(xué)生以生動的話劇形式，表現(xiàn)了信號卷積與傅立葉變換之間的關(guān)系，獲得了一致好評。在這一環(huán)節(jié)中教師作為主導(dǎo)，把握研討的內(nèi)容，并對學(xué)生討論時遇到的疑問和錯誤進(jìn)行講解。通過這種形式的教學(xué)，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時也能夠使教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，并從學(xué)生的辯論中學(xué)到知識，與學(xué)生進(jìn)行深入互動。

2.2 教師再學(xué)習(xí)再深造

(1) 示范教學(xué)課。對本課程進(jìn)行教學(xué)改革，不僅從教學(xué)內(nèi)容和和方法上進(jìn)行改革，同時教師也必須不斷提高自身的知識水平、教學(xué)水平和教學(xué)技巧，才能勝任本課程的主講教師工作。為了使授課教師不斷學(xué)習(xí)，“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)團(tuán)隊，每2周組織一次示范教學(xué)課，就一個知識點，請2或3位有經(jīng)驗的教師進(jìn)行講解，請部分學(xué)生參加。這樣，通過教師之間的研討，可以提高教學(xué)水平，把握知識點講解的角度，尤其使青年教師受益匪淺，有經(jīng)驗的教師也可以吸取青年教師的長處。學(xué)生的參與，能夠從接受對象的角度對教師的授課方法提出中肯的意見和建議，效果非常顯著。這一環(huán)節(jié)為打造和凝練優(yōu)秀教師團(tuán)隊奠定了堅實的基礎(chǔ)。

(2) 教學(xué)督導(dǎo)組。教學(xué)督導(dǎo)組作為把握教學(xué)質(zhì)量的重要角色參與到教學(xué)改革中。教學(xué)督導(dǎo)組聘請離退休教授，對任課教師進(jìn)行隨機聽課，并在課后提出不足之處，任課教師針對問題提出整改意見。在整個課程進(jìn)行中，教學(xué)督導(dǎo)組給學(xué)生發(fā)放問卷調(diào)查，對教師的教學(xué)進(jìn)行總體評價。通過這種手段，可以實時監(jiān)控整個教學(xué)環(huán)節(jié)，同時提升教師的能力水平，也是教師與學(xué)生溝通的重要橋梁和紐帶。

3 考核方式靈活多樣

考核體系的科學(xué)性，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、養(yǎng)成正確的學(xué)習(xí)方法與正確的考試觀，都具有重要的意義。同時，考核的結(jié)果在一定程度上反映了教學(xué)效果的好壞，能夠幫助我們重新制定或調(diào)整改革方案，起到導(dǎo)向標(biāo)的作用。改革以前本課程的最終成績包括：30%的平時成績，70%的期末考試成績。學(xué)生平時不扎實學(xué)習(xí)，但為了通過考試，到了考前突擊復(fù)習(xí)，做大量的歷年題，往往也能通過考試，甚至取得不錯的成績。但是，學(xué)生真正掌握了這門課程的知識點了嗎？學(xué)生掌握的是應(yīng)試技巧而不是知識點，因此當(dāng)后續(xù)課程用到本門課程的知識點的時候，學(xué)生一臉茫然，影響了后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果。分析了考試效果后，我們改革了課程評價體系。目前，本課程的評分標(biāo)準(zhǔn)為：出勤率和平時課后作業(yè)占10%，實驗成績占20%，研討會成績占20%，期末考試成績占50%。這樣，減少了期末考試所占比重，增加了平時成績的比重，同時偏重了實驗動手能力和討論自主學(xué)習(xí)能力。經(jīng)過一學(xué)期的試點，兩個卓越班的同學(xué)取得了教好的學(xué)習(xí)效果，成績在同年級同專業(yè)中排名第一和第二，且不及格率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平均水平。

4 結(jié) 語

本文全面而系統(tǒng)地闡述了面向“卓越工程師”培養(yǎng)的“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式三方面進(jìn)行論述?！靶盘柵c系統(tǒng)”課程是電子信息專業(yè)專業(yè)基礎(chǔ)課程群中的一門呈上啟下的課程，通過本門課程的教學(xué)改革，可以總結(jié)得失，為后續(xù)的同類專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)提供借鑒。面向卓越工程師培養(yǎng)的課程改革才剛剛開始，還需在此基礎(chǔ)上不斷總結(jié)，不斷創(chuàng)新，培養(yǎng)出合格的“卓越工程師”。

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