以能力為導(dǎo)向的信號(hào)處理類課程模塊化教學(xué)研究

張變蓮　楊森林　董少飛

摘 要

圍繞西安文理學(xué)院 “以能力導(dǎo)向的一體化教學(xué)體系”建設(shè)，結(jié)合測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，面向測(cè)控專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)、特點(diǎn)以及畢業(yè)要求，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及課程評(píng)價(jià)方法，開展基于模塊化案例分析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式研究，并且在《信號(hào)與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號(hào)處理》、《數(shù)字圖像處理》等本科生課程中推廣實(shí)施，并建立多種信息反饋的綜合考核和評(píng)價(jià)體系對(duì)人才培養(yǎng)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而對(duì)教學(xué)改革進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整，最終在知識(shí)目標(biāo)、情感目標(biāo)以及能力目標(biāo)方面達(dá)到人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，并且培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念、科技進(jìn)步觀念和跨界創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞

能力導(dǎo)向;發(fā)現(xiàn)式教學(xué)改革;模塊化教學(xué)

中圖分類號(hào)： G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 10 . 19

0 引言

培養(yǎng)和造就創(chuàng)新型人才和復(fù)合型人才，特別是創(chuàng)新型工程科技人才，是建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家并且實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的關(guān)鍵之所在，對(duì)國(guó)家的發(fā)展具有重大的意義。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)處理技術(shù)得到了快速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于電信、航空航天、控制等各種領(lǐng)域，信號(hào)處理類課程已逐步成為自動(dòng)控制、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等學(xué)科的重要選修或者必修課程。

基于信號(hào)處理類課程的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法在測(cè)控以及相關(guān)專業(yè)的教學(xué)效果并不理想。該類課程特點(diǎn)：一是理論性強(qiáng)。課程涉及數(shù)學(xué)應(yīng)用較多，公式繁多，課程用到微積分、卷積積分、傅立葉變換以及拉普拉斯變換以及Z變換等許多較復(fù)雜的數(shù)學(xué)推理和計(jì)算內(nèi)容;二是實(shí)踐性強(qiáng)，該類課程在實(shí)際工程中有較多應(yīng)用，比如信息處理、通訊工程以及濾波等方面具有較多應(yīng)用;三是系統(tǒng)性強(qiáng)，其核心概念、原理特性以及應(yīng)用設(shè)計(jì)的教學(xué)大多都不能脫離系統(tǒng)模型[1]。

基于西安文理學(xué)院“以能力為導(dǎo)向的一體化教學(xué)體系”建設(shè)，結(jié)合2018版測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)方案，從教學(xué)方法與教學(xué)手段、線上線下教學(xué)模式探索、項(xiàng)目與理論知識(shí)考核等方面進(jìn)行教學(xué)模式探索，探索以能力為導(dǎo)向的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式[2]，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念以及創(chuàng)新意識(shí)。

1 模塊化教學(xué)體系的構(gòu)建

西安文理學(xué)院作為一所偏重應(yīng)用型的地方本科院校，測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)一直致力于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力以及具備軟硬件開發(fā)和信息獲取、監(jiān)測(cè)和控制的能力，而這些能力的培養(yǎng)需要借助于具體課程的實(shí)施來進(jìn)行。在此背景下對(duì)“信號(hào)處理類”課程進(jìn)行模塊化發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式進(jìn)行探索就具有重大的意義。該教學(xué)模式的教學(xué)體系構(gòu)建以及課程培養(yǎng)目標(biāo)。依據(jù)測(cè)控專業(yè)2018版人才培養(yǎng)方案的培養(yǎng)目標(biāo)，該教學(xué)改革的教學(xué)體系可以在工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)開發(fā)以及研究等方面達(dá)到畢業(yè)要求所具有的既定目標(biāo)。

根據(jù)該課程模式的模型，可以將信號(hào)與系統(tǒng)以及數(shù)字信號(hào)處理等課程的知識(shí)分為理論教學(xué)和基于項(xiàng)目的實(shí)踐教學(xué)兩大架構(gòu)。作為整個(gè)知識(shí)體系的理論支撐，根據(jù)信號(hào)處理類課程公式繁多、數(shù)學(xué)知識(shí)多以及較抽樣的特點(diǎn)，理論知識(shí)主要注重核心知識(shí)點(diǎn)的深入講解。

2 以能力為導(dǎo)向的基于模塊化案例分析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式探索

我們學(xué)院是一所地方性的應(yīng)用型本科院校，學(xué)院一直致力于發(fā)展學(xué)生的各項(xiàng)綜合能力。根據(jù)學(xué)校以能力導(dǎo)向的課程教學(xué)體系建設(shè)目標(biāo)，針對(duì)測(cè)控專業(yè)的專業(yè)特色、特點(diǎn)以及畢業(yè)的各項(xiàng)要求，對(duì)教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系以及課程的綜合評(píng)價(jià)模式，開展采用模塊化結(jié)合應(yīng)用實(shí)例剖析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式改革探索，并且在《信號(hào)與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號(hào)處理》、《數(shù)字圖像處理》等本科生課程中推廣實(shí)施，并建立多種信息反饋的綜合考核和評(píng)價(jià)體系對(duì)人才培養(yǎng)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而對(duì)教學(xué)改革進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整，最終在畢業(yè)要求所需要達(dá)到的各種目標(biāo)要求方面達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，并且培養(yǎng)學(xué)生的宏觀觀念、綜合觀念和跨學(xué)科創(chuàng)新能力。

將發(fā)現(xiàn)式教學(xué)方法與模塊化案例分析結(jié)合在一起進(jìn)行教學(xué)改革，主要的實(shí)施過程有：

（1）通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，根據(jù)具體的實(shí)際應(yīng)用案例將整個(gè)教學(xué)內(nèi)容劃分為各個(gè)模塊。類似于抽絲剝繭，將各個(gè)模塊相關(guān)的重點(diǎn)知識(shí)體系組合起來，讓學(xué)生在具體的實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)上進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)，以學(xué)生的自我探索為契機(jī)，結(jié)合自行組合的小組，進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，從而可以有效地提高學(xué)習(xí)效率。

（2）擯棄傳統(tǒng)的一言堂和大班授課，采用小班形式進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)是被動(dòng)學(xué)習(xí)，老師滿堂灌，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及學(xué)習(xí)效率并不高。采用小班授課，并且結(jié)合案例式的分析，可以讓學(xué)生看到學(xué)習(xí)每一部分知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值在于什么，可以用到什么樣的具體工程應(yīng)用中，并且學(xué)生可以切實(shí)進(jìn)行思考和發(fā)現(xiàn)式的學(xué)習(xí)，從而將學(xué)生的能力培養(yǎng)落實(shí)到實(shí)處。而且小班授課的教學(xué)活動(dòng)在時(shí)間上和空間上大大增加，增加課堂的活躍度。

以《信號(hào)與系統(tǒng)》課程為例，傳統(tǒng)的講述主要是圍繞著信號(hào)作用于系統(tǒng)產(chǎn)生的響應(yīng)是什么展開分析和討論，中間夾雜著很多的公式計(jì)算和分析，學(xué)生看到滿屏的公式可能就會(huì)產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣不高，或者干脆放棄這一部分的學(xué)習(xí)。如果針對(duì)發(fā)現(xiàn)式的教學(xué)特點(diǎn)重新梳理教學(xué)內(nèi)容，并且結(jié)合具體的應(yīng)用實(shí)例，比如常見的低通濾波器的設(shè)計(jì)，通過如何選擇元器件確定濾波器的參數(shù)為引入點(diǎn)，一步步過渡到基本的知識(shí)點(diǎn)，并且中間的過渡過程讓學(xué)生自由討論和發(fā)揮，那么這樣就可以將枯燥的數(shù)學(xué)公式放置于具體應(yīng)用之后，而且每一個(gè)公式和符號(hào)對(duì)應(yīng)的都有實(shí)際的物理含義，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來就會(huì)覺得知識(shí)是生動(dòng)的、可接受的。通過以上兩個(gè)教學(xué)改革的實(shí)施，可以將傳統(tǒng)的教學(xué)過程演變?yōu)榻處熞龑?dǎo)、學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)式的探索式的學(xué)習(xí)，結(jié)合模塊化教學(xué)方法，利用豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，將學(xué)生的積極性提高，以學(xué)生的能力培養(yǎng)為主要的出發(fā)點(diǎn)，把發(fā)現(xiàn)問題和培養(yǎng)目標(biāo)作為主要的教學(xué)要點(diǎn)。

3 課程考核和教師學(xué)生綜合評(píng)價(jià)體系

發(fā)現(xiàn)式的教學(xué)方法結(jié)合模塊化教學(xué)理論，在傳統(tǒng)的課程考核的基礎(chǔ)上，也需要對(duì)考核方式進(jìn)行更新。結(jié)合理論教學(xué)和信號(hào)處理類課程模塊化教學(xué)的基礎(chǔ)上，采用線上線下混合教學(xué)模式，借助于超星泛雅以及智慧樹網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，分別創(chuàng)建了相關(guān)課程教學(xué)網(wǎng)站。平時(shí)的教學(xué)除了常規(guī)的面對(duì)面授課以外，還要求學(xué)生完成在線的學(xué)習(xí)任務(wù)要求，從而探究一整套完整的課程教學(xué)效果評(píng)價(jià)體系，既考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，還全面考察學(xué)生的知識(shí)拓展度以及自學(xué)能力。主要的考核體現(xiàn)在：

（1）加強(qiáng)考核的全程性：考核不再局限于最終的考試，而是貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過程。

（2）加強(qiáng)考核的隨機(jī)性：考核不僅限于知識(shí)點(diǎn)的考核，課前的預(yù)習(xí)，課堂的筆記以及課后作業(yè)都是考核的范圍。

（3）考核形式多樣性：課堂筆記、隨堂練習(xí)、章節(jié)測(cè)試、課堂積極度等等。

（4）特別是每一個(gè)模塊中實(shí)際動(dòng)手的環(huán)節(jié)考核，對(duì)硬件設(shè)計(jì)以及軟件編程進(jìn)行綜合考核并計(jì)入最后的總評(píng)成績(jī)中。

通過以上的考核方案，在模塊化教學(xué)的實(shí)施過程中，弱化了期末考試的重要性，提升了全程的參與性以及學(xué)生的積極主動(dòng)性的考察，這樣可以在整個(gè)教學(xué)過程中監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。通過在線教學(xué)平臺(tái)的相關(guān)數(shù)據(jù)分析，還可以對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)模式中不足之處進(jìn)行改進(jìn)和提升，從而不斷完善各個(gè)模塊的體系結(jié)構(gòu)和教學(xué)模式。

結(jié)合模塊化教學(xué)過程，對(duì)教學(xué)效果的過程性考核主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）課前的預(yù)習(xí)情況。課程網(wǎng)站上上傳的有每一個(gè)教學(xué)模塊的課程教案以及逐步增加的實(shí)際案例，要求學(xué)生在給定的時(shí)間范圍內(nèi)完成案例的解讀以及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)情況可以由課程網(wǎng)站數(shù)據(jù)給出，從而督促學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，而不是被動(dòng)地學(xué)習(xí)。

（2）紙質(zhì)作業(yè)以及網(wǎng)絡(luò)作業(yè)。以能力為導(dǎo)向的教學(xué)模式改革對(duì)學(xué)生的考察不僅僅是在于傳統(tǒng)的作業(yè)，更為重要的是和實(shí)際相關(guān)的一些具體應(yīng)用。每一個(gè)模塊內(nèi)容講述完畢以后，會(huì)給學(xué)生布置相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用的大作業(yè)，大作業(yè)結(jié)合具體知識(shí)點(diǎn)的作業(yè)以及網(wǎng)絡(luò)習(xí)題的完成情況作為學(xué)生的作業(yè)成績(jī)?cè)u(píng)定。

（3）模塊測(cè)試。借助相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)每一個(gè)模塊的知識(shí)點(diǎn)適時(shí)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方式多樣，可以是課堂練習(xí)，也可以是隨機(jī)的提問或者是小測(cè)驗(yàn)，全方位地考核學(xué)生對(duì)各主干知識(shí)體系中的核心知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

（4）實(shí)際動(dòng)手能力的考核。結(jié)合以能力為導(dǎo)向的培養(yǎng)目標(biāo)，將學(xué)生分成若干個(gè)小組，小組成員之間有明確的分工，每一個(gè)模塊的內(nèi)容學(xué)習(xí)完畢以后，對(duì)不同的小組布置不同的實(shí)際訓(xùn)練項(xiàng)目，視完成情況的不同給出差異化的評(píng)價(jià)。通過對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施，可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、資料查找能力以及實(shí)際應(yīng)用能力。

4 結(jié)論

通過對(duì)實(shí)際教學(xué)過程中存在的問題的思考，結(jié)合 “信號(hào)處理類”課程傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的問題以及不足，逐步探索了 “信號(hào)處理類”課程的模塊化教學(xué)模式教學(xué)改革思路以及具體的實(shí)施方案，該探索以學(xué)生的能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，采用發(fā)現(xiàn)式的模塊化教學(xué)構(gòu)架。在如今的信息社會(huì)，信號(hào)處理類課程的重要性不可小覷，其相關(guān)理論和方法已成為智能化信號(hào)信息處理的重要理論依據(jù)，是新一代智能信息處理的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，針對(duì)這些課程應(yīng)用范圍廣，理論知識(shí)多，公式較多的特點(diǎn)，基于西安文理學(xué)院“以能力為導(dǎo)向的一體化教學(xué)體系”建設(shè)，結(jié)合2018版測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)方案，從教學(xué)模式、教學(xué)方式、綜合評(píng)價(jià)方式、課程體系架構(gòu)等方面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)以及探索和實(shí)施，開展以能力為導(dǎo)向的面向“信號(hào)處理類”課程的模塊化發(fā)現(xiàn)式教學(xué)新模式探索與實(shí)踐，并且結(jié)合網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)將理論性較強(qiáng)的同時(shí)較重要的內(nèi)容開放在線課程。而實(shí)際應(yīng)用關(guān)聯(lián)性較大、靈活性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)以案例的形式給出，并且以可視、可感知的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，并且在學(xué)生的考核方面加強(qiáng)過程考核以及實(shí)際應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等綜合能力的考核，不斷優(yōu)化從而最終在各個(gè)層面達(dá)到人才培養(yǎng)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]胡衛(wèi)軍，曹曉莉，等.《信號(hào)與系統(tǒng)》在線課程平臺(tái)設(shè)計(jì)研究[J].教育現(xiàn)代化，2018（23）.