中美兩所大學“信號與系統(tǒng)”課程教學比較

黨小宇， 顧曉宇， 陳小敏， 黎 寧

(南京航空航天大學 電子信息工程學院， 江蘇 南京 210016)

中美兩所大學“信號與系統(tǒng)”課程教學比較

黨小宇， 顧曉宇， 陳小敏， 黎 寧

(南京航空航天大學 電子信息工程學院， 江蘇 南京 210016)

“信號與系統(tǒng)”是電子與信息類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程。本文就中美兩所大學開設的“信號與系統(tǒng)”課程，從課程設置、實驗課開設、成績評定等方面做了比較詳盡的對比研究，旨在從中美兩所高校在本門課程開設方面的不同特色中獲得一些啟發(fā)與思考。

信號與系統(tǒng)；比較研究

0 引言

“信號與系統(tǒng)”課程是通信和其它電子電氣類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)主干課程。本門課程的基本概念和分析方法廣泛應用于通信、自動控制、信號與信息處理、電路與系統(tǒng)等領(lǐng)域。

雖然中美大學的通信與電子信息類專業(yè)廣泛開設了本門課程，但是基于兩國的文化差異，教育觀念分歧，以及教育體制不同等各方面的原因，課程從開設、授課到考試的諸多方面都存在或大或小的區(qū)別。

值得指出的是，目前已有的關(guān)于“信號與系統(tǒng)”課程教學的研究，大多圍繞課程教學方法的改革、實驗教學的改革和新型教學模式的探索等[1-8]?；诒容^而進行的相關(guān)教學研究較少。筆者根據(jù)多年在兩國授課經(jīng)歷，嘗試對中美兩所大學的“信號與系統(tǒng)”課程教學進行比較，并進行分析和思考。

本文選擇的兩個比較樣本分別為美國的楊百翰大學(Brigham Young University)以及中國的南京航空航天大學(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics)。

1 課程設置比較

1.1 課程教學大綱

課程教學大綱是包含了相應學科的簡介、教學目的、教學計劃、教學內(nèi)容、教學成果以及最后的考試形式等各方面內(nèi)容的文件，相當于學校開設課程的企劃書。課程教學大綱的使用可以更好地明確教師的教學職責，學生的學習任務，同時也為教學評估提供具體量化參考。

筆者調(diào)查的中美兩所大學對于本門課程都有比較詳盡的課程教學大綱。有所不同的是，中國大學的教學大綱是由本門課程授課教師撰寫，用來申報開設該課程以及安排教學流程，但是這份文件不會向?qū)W生分發(fā)。通常學習本門課程的學生只需知道課程的上課時間、上課地點和考試形式等內(nèi)容即可。而美國大學則是在學生選課之后，會向每一個學生分發(fā)此份課程教學大綱，包括學習這門課程會接觸到的各方面的理論問題和內(nèi)容，諸如課程簡介、課程內(nèi)容、預期學習成果、實驗課程、考試和作業(yè)等，幫助學生提前建立起學習這門課程的框架，打好基礎(chǔ)。

1.2 實驗課設置機制和時間

筆者調(diào)查的兩所大學都開設了“信號與系統(tǒng)”的實驗課程。但是兩所大學實驗課程的設置機制以及設置時長方面有所不同。中國大學的實驗課和理論課分開，是獨立開設的，設置獨立學分；而美國大學的實驗課程包含在總課時中，實驗成績算入總成績，不單獨設課。據(jù)筆者統(tǒng)計，兩所學校的課程時間如表1所示。

表1 總課時授課和實驗比例

在中國大學，上課時間持續(xù)一個學期，為期12周。每周兩次課，一周總共四節(jié)課，平均每節(jié)課的時長為50分鐘。

而在美國大學，一周平均也是三次課，其中包括一節(jié)實驗課以及兩節(jié)理論課，一節(jié)課時長50分鐘。一個學期總共有15周的上課時間。

1.3 課程任務

中國大學課程的主要任務：

(1)授課：授課教師以教材為本為學生們講授課程的理論知識。

(2)作業(yè)：一般一周會布置一次作業(yè)，主要是教材上的課后習題，幫助學生消化和鞏固已學知識。

(3)答疑：教師一般會在臨考前一到兩個星期安排答疑時間，次數(shù)以及時長由教師根據(jù)具體情況而定，用于解決學生在復習期間碰到的以及平時作業(yè)遺留下來的問題，以期保證學生順利通過考試。而平時上課期間基本沒有安排答疑。

美國高校課程的主要內(nèi)容：

(1)授課：包括理論課程以及實驗，需要學生花費較多的課外時間進行課前準備。

(2)辦公時間(Office Hours)：為了鼓勵學生提問，激發(fā)學生學習熱情，美國高校建立Office Hours機制。這種Office Hours分布在不同的時段，教師會在Office Hours期間在辦公室接待前來提問的學生。

(3)小測驗(Quiz) ：教師上課前預先布置Quiz，即一些簡單的小練習，用于復習和鞏固上節(jié)課的知識，訓練學生的思維。

(4)家庭作業(yè)(Homework)：每周都會布置家庭作業(yè)，思考性內(nèi)容居多，要求學生獨立自主的完成，由助教評定成績。

(5)助教時間TA(Teaching Assistant)：除了教師的Office Hours之外的固定工作時段，由助教為學生提供專門幫助：解答問題，批改作業(yè)等。

1.4 教學質(zhì)量控制

在中國大學，期末考試管理規(guī)范，要求嚴格，特別強調(diào)考試紀律以及誠信問題。期末考試的試卷作為重要資料封存。上級教育部門會定期檢查，以避免考試當中出現(xiàn)的偶然因素以及不必要的糾紛。高校對于考試期間發(fā)現(xiàn)的違規(guī)違紀問題，一律嚴肅處理，保證考試的公平性以及考試結(jié)果的可靠性。

在美國大學，除了以上做法之外，對于工程類大學，還有一個著名的《華盛頓協(xié)議》和美國工程與技術(shù)鑒定委員會(ABET)評估標準。ABET是《華盛頓協(xié)議》的6個發(fā)起工程組織之一。作為一個美國高教界和工程界廣泛認可的唯一的專業(yè)教育鑒定機構(gòu)。ABET對于工程領(lǐng)域高校本科生每學年都會出臺專業(yè)的評估標準，條目清晰，要求嚴格，旨在有效的評估高校本科生的教學質(zhì)量。

2 實驗課程比較

2.1 實驗內(nèi)容

經(jīng)筆者調(diào)查，中美兩所大學的“信號與系統(tǒng)”實驗課程內(nèi)容如表2所示。

中國大學一直沿用比較經(jīng)典的八個實驗課題。一個課題有兩節(jié)課的實驗時間，會配備專門的實驗課教師為學生指導和答疑。經(jīng)筆者調(diào)查，實驗課程內(nèi)容較為基礎(chǔ)。課后會要求學生撰寫實驗報告來整理和小結(jié)實驗中得到的結(jié)果，以加強理解。

表2 中美大學實驗課程內(nèi)容比較

而美國大學則有11個課題，與國內(nèi)高校實驗課程的內(nèi)容設置上有交叉有相似，更有拓展與延伸。拉普拉斯以及Z變換之類的相對復雜的概念在美國高校的實驗中也有實驗訓練。

由此看出，國內(nèi)高校實驗課程的設置主要是為了幫助學生更好的理解課堂所學理論知識。而美國高校則更多的是要求學生將軟件(如：Matlab)的使用作為技能熟練掌握。

2.2 實驗教學人員配置

中國的實驗課程與理論課程是各自獨立開課，有各自獨立的學分。實驗課程配置有專門的實驗課教師，學生實驗課結(jié)束后撰寫的報告由課代表交給教師批閱。

在美國高校，實驗課程也有專門的助教指導。一般由課程教師的學生擔任，負責在固定的工作時間解答學生關(guān)于實驗課程學習的各種問題，同時完成學生作業(yè)的批閱和成果記錄整理。

3 成績評定比較

3.1 國內(nèi)大學成績標準

由于中國傳統(tǒng)的教育觀念和應試教育機制，中國高校普遍重視學期末的考試成績。最后的考試為閉卷考試，難度略大，但題型固定。而且臨考前，授課教師會將考試重點給出。所以學生們通過一些習題的練習，還是能夠通過考試的。不過，如果是要取得比較滿意的分數(shù)，就需要學生花費更大的努力做好概念的深入理解和靈活應用。同時，平時的作業(yè)成績也會在最終成績中有一定的占比。

實驗課程是獨立的學分，獨立的成績評定，不影響最終的考試成績，有些學校也會在實驗課程結(jié)束之后安排一場實驗課的考試，上機或者試卷，形式各有不同。

3.2 美國大學成績標準

在美國高校，存在期中考試(Midterm Exams)，一般是2+1或者3+1的形式，即該學期會有2、3次的Midterm Exam以及一次期末考試(Final Exam)?？荚囆问綖殚]卷，但是會在試卷后附上公式表，諸如傅里葉變換、拉普拉斯變換以及Z變換之類的復雜公式都會給出，這在很大程度上降低了學生記憶公式的工作量。在這里，有比較特別的一點，由于美國大學如此頻繁的Midterm Exam，針對學生偶爾的失利情況也設置了補救機制，即學生如果對于自己的某次Midterm Exam成績不滿意，可以選擇丟棄該次考試成績，避免拉低最后的總得分。

平時的Homework、Quiz以及Matlab實驗的成績分數(shù)，也會反映在課程最終的總成績中的。特別的，美國教師非常注重學生在學習中的道德問題，十分強調(diào)作業(yè)完成的獨立自主性，助教在作業(yè)批閱中也會特別注意學生作業(yè)的原創(chuàng)性。

表3列舉了筆者調(diào)查的兩所高校的成績考察內(nèi)容占比。

表3 中美大學學生成績占比

4 啟發(fā)與思考

中美大學課程設置在多方面差異很大。筆者認為，這可能在于我國的傳統(tǒng)教育形式注重培養(yǎng)基本功，強調(diào)學生對于知識點的掌握，尤其在許多公式的記憶、運用以及計算上，中國學生十分占優(yōu)勢。

(黨小宇等文)

而美國學校更加注重學生對于所學知識的理解和運用，并沒有把運算以及記憶公式的訓練放在首要位置。

從實驗的設置上更加可以看出，美國大學在培養(yǎng)學生解決問題的能力方面有更為嚴格的要求和數(shù)量更多的訓練。在理論聯(lián)系實際，解決實際問題這一方面，中國普遍沒有達到美國的水平。

最終的成績評定則很能體現(xiàn)中美教育體制目的性的不同。中國大學認為理論、概念的獲取和掌握是最終目的。而美國大學，特別是工程專業(yè)領(lǐng)域的大學，則是將培養(yǎng)創(chuàng)新性人才作為最終目的。美國大學使用的ABET評估標準，運用統(tǒng)計學規(guī)律，能夠很好的避免考試中的偶然因素，提高質(zhì)量評估機制的規(guī)范性，也許值得中國大學借鑒。

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The Comparisons of Signals and Systems Course between Chinese and American Universities

DANG Xiao-yu , GU Xiao-yu, CHEN Xiao-min, LI Ning

(CollegeofElectronicandInformationEngineering,NUAA,Nanjing210016,China)

Signals and Systems is a fundamental course in the electronics and information engineering fields with great value in both theoretical and practical aspects. This paper compares some differences for Signals and Systems course teaching in China and United States. Its includc curriculum setting, experiment contents, and the score assessment system. The purpose of this paper is to inspire some ideas through analyzing and comparing the features of course teaching in China and the United States respectively.

signals and systems; comparative study

2015-05-04;

2015-09- 02

南京航空航天大學2013年教改項目(1304JG0405Y)，南京航空航天大學新生研討課建設項目(1502JG0403K)

黨小宇(1973-)，男，博士，副教授，主要從事無線通信課程教學與研究，E-mail：dang@nuaa.edu.cn

TN911.7

A

1008-0686(2016)02-0008-04