“信號(hào)與系統(tǒng)”層次化課堂教學(xué)改革探索

摘要：針對(duì)當(dāng)前學(xué)生的分布情況實(shí)際，就“信號(hào)與系統(tǒng)”層次化課堂教學(xué)改革進(jìn)行了探討，給出了層次化教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)施原則，并詳細(xì)闡釋了教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、課堂講授設(shè)計(jì)、作業(yè)布置和考核設(shè)計(jì)等方面所做的改革探索，實(shí)踐證明這些教改措施是可行且有效的。

關(guān)鍵詞：信號(hào)與系統(tǒng)；層次化；課堂教學(xué)改革

作者簡介：常樹旺（1976-），男，山東泰安人，山東大學(xué)（威海）機(jī)電與信息工程學(xué)院，講師；井巖（1976-），女，黑龍江牡丹江人，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）信息與電氣工程學(xué)院，講師。（山東#8194;威海#8194;264209）

基金項(xiàng)目：本文系2012年山東省高等學(xué)校精品課程（課題編號(hào)：2012BK183）、山東大學(xué)（威海）2013年度校級(jí)教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：B201316）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2014）14-0116-02

在電子信息科學(xué)與技術(shù)和通信工程等專業(yè)中，“信號(hào)與系統(tǒng)”是一門承上啟下的關(guān)鍵性專業(yè)基礎(chǔ)課，將直接影響到后續(xù)的“數(shù)字信號(hào)處理”、“通信系統(tǒng)原理”等課程的學(xué)習(xí)。該課程內(nèi)容豐富，理論性較強(qiáng)，要求較高。近年來國內(nèi)外許多高校都圍繞如何提高“信號(hào)與系統(tǒng)”的教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行了大量的研究與改革，如美國麻省理工學(xué)院（MIT）2003年開始的開放課件項(xiàng)目（MIT OCW）；[1，2]國內(nèi)的北京交通大學(xué)（陳后金教授主持）、東南大學(xué)（孟橋教授主持）等已把該課程建設(shè)成為國家級(jí)精品課程。[3]近幾年來，山東大學(xué)（威海）（以下簡稱“我校”）也加大了該課程的建設(shè)力度，并已被評(píng)為2012年度山東省精品課程。本文僅闡釋一下近年來我校進(jìn)行的“信號(hào)與系統(tǒng)”層次化課堂教學(xué)改革探索。

一、層次化教學(xué)的必要性

我校的“信號(hào)與系統(tǒng)”是安排在大二春季學(xué)期開設(shè)，經(jīng)過了1年半的大學(xué)學(xué)習(xí)后，學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和對(duì)大學(xué)的認(rèn)識(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了很大的分化，基本確定了畢業(yè)后的去向，有的要立志考研繼續(xù)深造，有的要找個(gè)好單位去工作，有個(gè)別的還要考慮什么時(shí)候才能畢業(yè)。此時(shí)如果還是按同樣的標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行教學(xué)，顯然是不太合適的，如何更好地因材施教，既能讓成績上游的學(xué)生感到“不餓”，又能讓下游的學(xué)生感到“不脹”呢？開展層次化教學(xué)就顯得尤為必要了。

二、層次化教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)施原則

層次化教學(xué)就是根據(jù)學(xué)生實(shí)際，把全體學(xué)生分成不同層次的分組，每組采取不同的策略，滿足不同層次學(xué)生的需求，進(jìn)而提高學(xué)生的全面素質(zhì)。開展層次化教學(xué)設(shè)計(jì)既要遵循教學(xué)大綱的要求，又要兼顧學(xué)生的接受程度和自尊心理，既要注重基礎(chǔ)，又要兼顧學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。近年來筆者進(jìn)行了一系列改革探索嘗試，本著“夯實(shí)基礎(chǔ)、側(cè)重方法、學(xué)以致用、開拓創(chuàng)新”的指導(dǎo)思想，基于學(xué)生呈現(xiàn)的“451”分布情況，基本形成了“一二三”臺(tái)階式教學(xué)內(nèi)容劃分和對(duì)應(yīng)的“三二一”教學(xué)比重要求。

全面掌握學(xué)生的情況是進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容層次化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)近幾年的統(tǒng)計(jì)，我校的電子和通信專業(yè)學(xué)生大體呈現(xiàn)4∶5∶1的分布，即每年大約40%的人參加考研，而這些人中大約有80%的要考“信號(hào)與系統(tǒng)”（要么初試，要么復(fù)試）；50%的第一選擇是找份好工作，而剩下的約10%是正常畢業(yè)有困難的?；诖?，筆者把整體教學(xué)內(nèi)容分為“三”階，如圖1所示。

圖1中臺(tái)階寬度代表了比重關(guān)系。第“一”階是指基礎(chǔ)階，包括基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)、基本思維方法和問題求解方法，這些是面向全體學(xué)生的，比重約占六分之三；第“二”階，是指提高階，面向就業(yè)和考研群體，比重約占六分之二；第“三”階，是指延拓階，主要面向?qū)W有余力而可能考研上線、認(rèn)真鉆研的學(xué)生，重在點(diǎn)撥、引導(dǎo)，盡量把他們的創(chuàng)新潛力激發(fā)出來，比重約六分之一。

三、層次化教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)施方案

層次化課堂教學(xué)涉及到教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、課堂講授、作業(yè)布置和考核等諸多方面，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。經(jīng)過一段時(shí)間的探索，筆者初步形成了以下的方案。

1.教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本課程的教學(xué)內(nèi)容可以概括為“信號(hào)”與“系統(tǒng)”兩大相關(guān)聯(lián)的知識(shí)體系，二者的關(guān)系如圖2所示。其中“信號(hào)”部分包含的知識(shí)模塊可歸納為表1所示（注：限于篇幅未給出“系統(tǒng)”部分知識(shí)模塊表）。

表1#8194;“信號(hào)”知識(shí)體系模塊組成表

基本知識(shí)：定義、描述、分類、基本運(yùn)算等

卷積（和）：定義、性質(zhì)、求解

傅里葉變換

（FT）周期信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)（FS）

FT定義、性質(zhì)、部分典型信號(hào)的FT

抽樣定理

傅里葉逆變換（IFT）

拉普拉斯變換

（LT）定義、性質(zhì)、常用信號(hào)的單邊LT

拉普拉斯逆變換（ILT）

z變換（ZT）定義、性質(zhì)、常見信號(hào)ZT

逆z變換（IZT）

DTFT定義、收斂條件、基本性質(zhì)

接下來要對(duì)“信號(hào)”和“系統(tǒng)”中的每個(gè)模塊實(shí)行“一二三”臺(tái)階式劃分和相應(yīng)“三二一”要求，并力求每個(gè)臺(tái)階內(nèi)容知識(shí)體系的完整性，表2給出了“信號(hào)”部分的“拉普拉斯變換”模塊劃分情況。

表2#8194;拉普拉斯變換（LT）模塊層次化劃分表

知識(shí)模塊第一階第二階第三階

定義單邊LT雙邊LT及ROC

LT性質(zhì)線性、原函數(shù)微分、延時(shí)、尺度、初值、終值、時(shí)域卷積原函數(shù)積分、s域平移、s域卷積對(duì)s微分、對(duì)s積分

常用信號(hào)的單邊LTδ(t)、u(t)、e-αt、sin(ωt)、cos(ωt)e-αtsin(ωt)

e-αtcos(ωt)tne-αttsin(ωt)

tcos(ωt)

sinh(αt)

cosh(αt)

ILT定義、部分分式展開法求解（單根）共軛復(fù)根、重根留數(shù)法求解

2.課堂講授設(shè)計(jì)

課堂講授中重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)方面：

（1）層次化備課。根據(jù)上述的層次化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，盡量為每個(gè)群體量身定做，在課堂知識(shí)容量上分層次準(zhǔn)備，包括知識(shí)點(diǎn)、課堂提問、例題講解等。

（2）時(shí)間分配。每個(gè)學(xué)時(shí)50分鐘，基本按照25+15+10的比例進(jìn)行分配（受章節(jié)內(nèi)容限制不同學(xué)時(shí)時(shí)間分配上會(huì)略有不同），即講授基本內(nèi)容的時(shí)間合計(jì)約25分鐘，講授提高內(nèi)容用時(shí)約15分鐘，用約10分鐘進(jìn)行延拓，主要是拋出問題，引發(fā)思考，或者引入某些開闊思路的習(xí)題和資料。

（3）層次標(biāo)注。如果是板書，就用不同數(shù)量的“☆”標(biāo)注出來。如果用多媒體課件的話，就用不同顏色來代表不同層次要求。這樣，不同群體的人可以根據(jù)自身情況自己確定應(yīng)該關(guān)注哪些內(nèi)容。

3.作業(yè)布置設(shè)計(jì)

通過做作業(yè)可以讓學(xué)生加深對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和理解，通過批閱作業(yè)可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題和教學(xué)中的問題，是一種很好的獲取反饋信息的途徑。因此對(duì)于作業(yè)的布置筆者也采取了區(qū)別對(duì)待的策略，對(duì)于課后作業(yè)，盡管不同章比例不盡相同，但都大體按照3：2：1的比例布置作業(yè)：“3”對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)部分，“2”對(duì)應(yīng)提高部分，“1”對(duì)應(yīng)延拓部分。如第三章傅里葉變換的課后習(xí)題，[4]“3”包括：3-1，2，17，19，21，23，31和37；“2”包括：3-6，29，36，38和39；“1”包括：3-10和41。另外根據(jù)學(xué)生情況，針對(duì)就業(yè)群體特別是考研群體，筆者還會(huì)安排少量的課外習(xí)題（如部分高校的往年考研題）或討論，以進(jìn)一步滿足部分學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

4.考核設(shè)計(jì)

近年來，筆者采取了多元化與層次化相結(jié)合的考核方式。多元化是指考核由平時(shí)（10%）+實(shí)驗(yàn)（20%）+期中（30%）+期末（40%）等4部分組成，每部分都采取層次化設(shè)計(jì)，如實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、提高實(shí)驗(yàn)和綜合延伸實(shí)驗(yàn)。盡管期中與期末考核均采用閉卷筆試的形式，但充分考慮學(xué)生實(shí)際在試卷內(nèi)容設(shè)計(jì)上本著“721”的原則，即70%是基礎(chǔ)部分，20%是對(duì)應(yīng)提高部分，10%用于拔高；同時(shí)還注意客觀題和主觀題的比例，一般按1：1原則設(shè)置。

四、實(shí)施效果

開展層次化教學(xué)改革，每年都會(huì)面臨來自校、院教育教學(xué)體系改革以及來自學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)、求學(xué)觀念改變等方面的挑戰(zhàn)，可謂“任重而道遠(yuǎn)”。經(jīng)過了幾年的努力，筆者的實(shí)施方案越來越得到了大家的認(rèn)可，根據(jù)學(xué)校教務(wù)處每學(xué)期都組織的學(xué)生評(píng)教來看，對(duì)這門課程很多學(xué)生給出了“層次清晰”、“重點(diǎn)突出”、“學(xué)起來并不像傳說中的那么累”等評(píng)價(jià)，而且從近幾次的考核來看，學(xué)生的總體成績也穩(wěn)步提高。當(dāng)然筆者的教學(xué)改革也并不是完美的，例如就曾有個(gè)別學(xué)生反映對(duì)考研學(xué)生照顧不夠，應(yīng)該適當(dāng)增加延拓部分內(nèi)容。

五、結(jié)束語

“信號(hào)與系統(tǒng)”層次化課堂教學(xué)改革是基于當(dāng)前學(xué)生的實(shí)際而實(shí)施的，本著由系統(tǒng)到局部自上而下的原則，首先進(jìn)行了知識(shí)體系架構(gòu)，然后對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行了合理的層次化設(shè)計(jì)。

這種層次化的教學(xué)策略滿足了不同學(xué)生群體的求知需求，合理地分解了他們的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，符合“因材施教”的原則，同時(shí)也利于學(xué)生正常的心理健康成長，增強(qiáng)了不同學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)積極性，分層次教學(xué)也有利于培養(yǎng)學(xué)生的積極探索、主動(dòng)求知、開拓創(chuàng)新的能力，有利于教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生素質(zhì)的提高。經(jīng)過幾次的實(shí)踐證明，筆者的初步實(shí)施方案總體上是成功的和有效的。同時(shí)筆者也將繼續(xù)努力，迎接出現(xiàn)的新挑戰(zhàn)，使這一改革更加完善。

參考文獻(xiàn)：

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[3]東南大學(xué)國家精品課程資源庫[EB/OL].http://jpkc.seu.edu.cn/lib/seu/search-byletter.do?pageId=6letter=XcurrentPage=6showLevel=0turnStyle=nextorder.

[4]鄭君里，應(yīng)啟珩，楊為理.信號(hào)與系統(tǒng)[M].第三版.北京:高等教育出版社，2009.

（責(zé)任編輯：王意琴）