“信號(hào)與系統(tǒng)”慕課建設(shè)實(shí)踐

陳后金, 胡　健, 陶　丹, 薛　健, 黃琳琳

(北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院, 北京 100044)

0　引言

2008 年大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程MOOC(慕課)首次被提出[1]。2012年美國(guó)頂尖大學(xué)陸續(xù)設(shè)立網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，如Coursera、edX、Udacity等，在網(wǎng)上提供免費(fèi)課程。2013年，MOOCs席卷中國(guó)，清華大學(xué)、北京大學(xué)與美國(guó)在線教育平臺(tái)edX簽約，復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)與Coursera簽約，教育部也在愛課網(wǎng)上建設(shè)中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)。MOOC提供了一種全新的知識(shí)傳播模式和學(xué)習(xí)方式，引發(fā)了全球高等教育的一場(chǎng)重大變革。

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程是電子信息類專業(yè)的主干基礎(chǔ)課程，長(zhǎng)期以來(lái)，該課程的架構(gòu)和內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定[2]。為迎接這場(chǎng)重大的高等教育變革，履行大學(xué)向社會(huì)傳播知識(shí)的職能，同時(shí)擴(kuò)大電子信息類學(xué)科及課程的影響力，我院信號(hào)處理教學(xué)團(tuán)隊(duì)自2013年開始“信號(hào)與系統(tǒng)”慕課的建設(shè)，并積累了一系列的建設(shè)成果和經(jīng)驗(yàn)。

1　慕課建設(shè)理念

為適應(yīng)慕課時(shí)代的到來(lái)，“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)體系、課程內(nèi)容、教學(xué)形式等都應(yīng)有新的要求。我校該課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)充分利用課程教學(xué)研究與改革成果，建立“信號(hào)與系統(tǒng)”課程全新的教學(xué)體系，突出基本原理與概念，明確信號(hào)表示與系統(tǒng)描述的教學(xué)內(nèi)涵，利用豐富的教學(xué)案例和教學(xué)資源，結(jié)合現(xiàn)代教育技術(shù)與理論，將“信號(hào)與系統(tǒng)”課程建設(shè)成一門案例豐富、生動(dòng)形象、講解深入淺出、科學(xué)性和通俗性兼?zhèn)?、適合網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、能在較有影響力的公眾平臺(tái)開放，并在國(guó)內(nèi)得到普遍認(rèn)可的在線教育課程。

2　慕課建設(shè)實(shí)踐

2.1　優(yōu)化教學(xué)體系，明晰教學(xué)內(nèi)涵

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程已經(jīng)開設(shè)五十余年，一直沿襲最初的“信號(hào)變換、系統(tǒng)響應(yīng)”的教學(xué)體系，已難以適應(yīng)當(dāng)今信息技術(shù)的發(fā)展。我校該課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)將這一教學(xué)體系加以優(yōu)化，突出基本原理與概念，明確教學(xué)內(nèi)涵和外延[3]。在信號(hào)分析中，將時(shí)域/頻域/復(fù)頻域分析歸結(jié)成將復(fù)雜信號(hào)用基本信號(hào)的線性組合表示。類似地，在系統(tǒng)分析中，將時(shí)域/頻域/復(fù)頻域分析歸結(jié)成通過基本信號(hào)作用在系統(tǒng)上的零狀態(tài)響應(yīng)獲得系統(tǒng)在各個(gè)域的描述，由于系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)反映輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和系統(tǒng)三者之間關(guān)系，體現(xiàn)信號(hào)與系統(tǒng)的作用機(jī)理，這一教學(xué)內(nèi)涵如圖1所示。

圖1　“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)內(nèi)涵

2.2　解析課程架構(gòu)，串聯(lián)知識(shí)單元

課程知識(shí)“碎片化”是慕課資源建設(shè)面臨的首要問題?！八槠睉?yīng)保證形散而神不散，即通過知識(shí)點(diǎn)線路圖有效串聯(lián)，建立課程完整的知識(shí)體系。“信號(hào)與系統(tǒng)”課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系如圖2所示，信號(hào)分析包含連續(xù)/離散分析，時(shí)域/變換域分析；系統(tǒng)分析也相類似。由此可見，該課程結(jié)構(gòu)清晰，模塊性強(qiáng)，信號(hào)/系統(tǒng)、連續(xù)/離散、時(shí)域/變換域之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，使得分析問題的方法類似。課程知識(shí)點(diǎn)拆分應(yīng)基于“信號(hào)與系統(tǒng)”教材三級(jí)目錄并視情況微調(diào)，以避免知識(shí)點(diǎn)拆分過碎造成課程主脈絡(luò)的不清晰。按此原則，“信號(hào)與系統(tǒng)”課程拆分后的知識(shí)點(diǎn)數(shù)量為93個(gè)，每段慕課視頻時(shí)長(zhǎng)控制在8-15分鐘。

圖2　課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系

每段慕課視頻按照 “為什么”、“是什么”、“做什么”組織課程內(nèi)容。在據(jù)知識(shí)點(diǎn)整合已有課程資源的基礎(chǔ)上，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還根據(jù)課程教學(xué)體系剖析教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)，科教融合，將相關(guān)日常應(yīng)用、科研成果等設(shè)計(jì)成教學(xué)案例，如電子音樂合成、語(yǔ)音信號(hào)去噪、主體機(jī)車信號(hào)識(shí)別等等，從而拓展學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生興趣。

2.3　凝聚團(tuán)隊(duì)力量，促進(jìn)持續(xù)發(fā)展

在“信號(hào)與系統(tǒng)”慕課建設(shè)中，組織團(tuán)隊(duì)教師參加慕課建設(shè)十分必要，包括教學(xué)素材準(zhǔn)備和教學(xué)單元研討。團(tuán)隊(duì)的每位教師都應(yīng)有明確的課程知識(shí)單元分工，每周安排一個(gè)下午研討教學(xué)單元內(nèi)容，集思廣益，精益求精。團(tuán)隊(duì)教師通過MOOC建設(shè)的契機(jī)，加深了對(duì)課程知識(shí)單元本身以及單元之間關(guān)聯(lián)性的理解，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)涵有了更加深刻的體會(huì)。通過教學(xué)案例的研討，促進(jìn)了科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為有效的教學(xué)資源，提高了團(tuán)隊(duì)的教學(xué)和科研水平，形成了課程建設(shè)與團(tuán)隊(duì)建設(shè)的良性互動(dòng)。

當(dāng)前，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)擁有教授2人和副教授10人，具有博士學(xué)位的教師12人，全部具有海外訪學(xué)經(jīng)歷。團(tuán)隊(duì)中擁有國(guó)家級(jí)教學(xué)名師、北京市教學(xué)名師和多名優(yōu)秀主講教師。近年來(lái)，團(tuán)隊(duì)教師主持國(guó)家級(jí)教研項(xiàng)目和科研項(xiàng)目30多項(xiàng)，獲得國(guó)家和省部級(jí)教學(xué)成果與科研成果10多項(xiàng)，發(fā)表科研論文300多篇，積極將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，設(shè)計(jì)了20余個(gè)信號(hào)處理相關(guān)的教學(xué)案例，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研相長(zhǎng)。教學(xué)各具風(fēng)格，教學(xué)質(zhì)量良好，保證了課程建設(shè)的高水平可持續(xù)發(fā)展。

2.4　搭建課程平臺(tái)，服務(wù)在線開放

教學(xué)團(tuán)隊(duì)在愛課網(wǎng)中國(guó)大學(xué)MOOC上搭建了“信號(hào)與系統(tǒng)”課程平臺(tái)[4]。(陳后金等文)

課程平臺(tái)包括課程介紹、學(xué)習(xí)功能和討論區(qū)三大欄。課程介紹包括課程概述、評(píng)分準(zhǔn)則、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、參考資料等。學(xué)習(xí)功能包括課程公告、課件資源(視頻和PPT)、測(cè)驗(yàn)作業(yè)、考試、課程討論區(qū)等。以章節(jié)作為知識(shí)點(diǎn)線路圖，各知識(shí)點(diǎn)按信號(hào)與系統(tǒng)教材對(duì)應(yīng)的章節(jié)順序組織。討論區(qū)包括“老師答疑區(qū)”、“課堂交流區(qū)”和“綜合討論區(qū)”三部分，既強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)作用又突出學(xué)生的主體地位。

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程平臺(tái)，每年開課2次(春/秋季學(xué)期)，目前已開課三次，累計(jì)在線學(xué)習(xí)人數(shù)約3萬(wàn)人。課程每期開放時(shí)，均配有多名教師及時(shí)為學(xué)生答疑解惑，引導(dǎo)學(xué)生討論，定期發(fā)布公告提醒學(xué)生按時(shí)完成學(xué)業(yè)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)可度。

“信號(hào)與系統(tǒng)”在線課程的開放交流，拓展了教學(xué)時(shí)間和空間，共享了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，取得了積極的教學(xué)效果。

3　結(jié)語(yǔ)

“信號(hào)與系統(tǒng)”作為電子信息類專業(yè)的主干基礎(chǔ)課程，在課程教學(xué)環(huán)節(jié)中起著承上啟下的重要作用，其教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。依托國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科、國(guó)家電工電子教學(xué)基地、國(guó)家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，我院信號(hào)處理教學(xué)團(tuán)隊(duì)開展“信號(hào)與系統(tǒng)”慕課建設(shè)，并在建設(shè)理念探索、教學(xué)體系優(yōu)化、教學(xué)資源建設(shè)、課程平臺(tái)搭建等方面開展探索性實(shí)踐，積累了一定的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，為國(guó)內(nèi)同類慕課建設(shè)起到積極的示范作用。

參考文獻(xiàn):

[1]http://en.wikipedia.org/wiki/Massive open online course

[2]吳憲祥，郭寶龍，朱娟娟，閆允一，孟繁杰.信號(hào)與系統(tǒng)課程交互式教學(xué)體系構(gòu)建.南京.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2015,37(1):26-28.

[3]陳后金,胡健,薛健.信號(hào)與系統(tǒng)(第2版)[M].北京.高等教育出版社. 2015.12.

[4]http://www.icourse163.org/course/NJTU-359003#/info