基于學(xué)生分類的信號(hào)與系統(tǒng)課程分層教學(xué)探討與研究

張倩 朱軼 張志萍

摘? 要： 《信號(hào)與系統(tǒng)》是電子、通信類專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課程，本文針對傳統(tǒng)《信號(hào)與系統(tǒng)》“一刀切”的授課方式，在對學(xué)生學(xué)情進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，對課程的教學(xué)方案進(jìn)行分層，改良考核方式，以期使各個(gè)水平層次的學(xué)生都能最大程度地發(fā)揮自己的學(xué)習(xí)能力，提升課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 信號(hào)與系統(tǒng);學(xué)生分類;分層教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)： TN911.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.10.079

本文著錄格式：張倩，朱軼，張志萍. 基于學(xué)生分類的信號(hào)與系統(tǒng)課程分層教學(xué)探討與研究[J]. 軟件，2020，41（10）：301303

【Abstract】： “Signals and Systems” is an important basic course of electronic and communication majors. Different from the traditional "one size fits all" teaching method， this paper classifies the teaching scheme of the course and improves the assessment method， so as to make students at all levels give full play to their learning ability and improve the teaching quality of the course.

【Key words】： Signals and systems; Classification of students; Hierarchical teaching; Reform in education

0? 引言

近年來，隨著招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高等教育已從“精英化”發(fā)展到“大眾化”，同時(shí)由于教育水平地區(qū)差異化的存在，高校入學(xué)的學(xué)生各學(xué)科學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)程度參差不齊的情況越發(fā)明顯。教學(xué)質(zhì)量作為學(xué)科教育的重中之重，尤其是在目前各學(xué)校爭創(chuàng)“雙一流”專業(yè)和專業(yè)工程認(rèn)證的背景下[1]，如何使具有不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生，都能達(dá)到高等教育學(xué)科課程的培養(yǎng)目標(biāo)，是亟待深入探索的問題。

《信號(hào)與系統(tǒng)》作為電子、通信類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程也是各大高校考研的專業(yè)課，其基本理論成熟并且具有廣泛的應(yīng)用場景。課程主要內(nèi)容為：確知信號(hào)經(jīng)過線性時(shí)不變系統(tǒng)傳輸和處理的基本概念及分析方法;時(shí)域到頻域、S域、Z域的變換。其先導(dǎo)課程涉及數(shù)學(xué)類的《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》、《復(fù)變函數(shù)》，專業(yè)類的《電路分析基礎(chǔ)》，后續(xù)課程有《通信原理》《數(shù)字信號(hào)處理》等課程?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》整體理論性較強(qiáng)，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大[2]，但是本門課程在整體學(xué)科中起著承上啟下的作用，研究本門課程的教學(xué)方法對于學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)質(zhì)量效果的提升有著積極的意義。

1 《信號(hào)與系統(tǒng)》現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問題

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程采用的是以教師講，學(xué)生聽為主體的灌輸-接受式面授課堂模式。教師采用同一種教學(xué)方案，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和參與度均不高，教學(xué)效果不顯，問題體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1? 課程內(nèi)容抽象難以理解

內(nèi)容抽象，公式多，理論多，不夠生動(dòng)和貼近學(xué)生實(shí)際生活是《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的一大特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，課堂上公式推導(dǎo)所花的時(shí)間很多[3]，雖然是為了讓學(xué)生“知其所以然”，但是過于枯燥的推導(dǎo)使學(xué)生們興致不高，并且由于學(xué)生對于知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的目的性了解不夠，感性認(rèn)識(shí)和熟悉度嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不好的同學(xué)很難在課堂上保持狀態(tài)跟隨教師的思路進(jìn)行有效學(xué)習(xí)。結(jié)果是有些同學(xué)將一門需要理解的工科課程僅當(dāng)成了背誦記憶的課程來學(xué)習(xí)，草草地應(yīng)付考試，學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果不盡如人意。

1.2? 統(tǒng)一的教學(xué)方案不符合因材施教的要求

在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，對所有學(xué)生采取相同的教學(xué)方案顯然沒有充分考慮學(xué)生的個(gè)體化差異?，F(xiàn)實(shí)的情況是一方面高校擴(kuò)招，學(xué)生素質(zhì)參差不齊的情況越發(fā)明顯，另一方面在培養(yǎng)方案課時(shí)不斷壓縮的背景下，教師根據(jù)教學(xué)大綱進(jìn)度要求完成教學(xué)，必然導(dǎo)致部分基礎(chǔ)薄弱學(xué)生跟不上學(xué)習(xí)進(jìn)度。長此以往，不僅打擊學(xué)生的積極性，也將影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，更談不上對學(xué)生創(chuàng)造性的培養(yǎng)。

1.3? 教學(xué)思路的難以轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的教學(xué)模式對教師而言比較方便易行，因此對于習(xí)慣了舊模式的教師而言，短時(shí)間內(nèi)很難適應(yīng)新情況和新思路[4]。此外高校的教師承擔(dān)著教學(xué)和科研的雙重壓力，而教學(xué)的改革需要教師投入大量的精力到教學(xué)模式的嘗試中，勢必會(huì)給教師的工作平衡帶來影響，但是從學(xué)生成長和學(xué)校發(fā)展的角度，作為教師必須轉(zhuǎn)變教育觀念，采用新的教學(xué)思路，積極探索運(yùn)用新的教學(xué)方法和手段，否則很難保證教學(xué)質(zhì)量的提升，還會(huì)影響整體教學(xué)效果。

2? 基于學(xué)生分類的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程分層教學(xué)方法

國內(nèi)不少高校對于大學(xué)生學(xué)習(xí)效果因素都有進(jìn)行分析，總結(jié)起來影響大學(xué)生學(xué)習(xí)過程的主客觀因素較多，其中主觀因素有：學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)生個(gè)人的學(xué)習(xí)方法;客觀因素有：學(xué)校的學(xué)習(xí)環(huán)境、教育技術(shù)的應(yīng)用、課程本身的特點(diǎn)、師生互動(dòng)、家庭環(huán)境、社會(huì)環(huán)境等[5-6]。

在充分考慮以上影響學(xué)生學(xué)習(xí)過程因素的基礎(chǔ)上，針對《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)中存在的問題，在基于學(xué)生學(xué)情分類的基礎(chǔ)上、對教學(xué)方案、考核方式進(jìn)行分層，結(jié)合微課、視頻案例等一系列教學(xué)資源，強(qiáng)化教師的教學(xué)主導(dǎo)作用，學(xué)生的教學(xué)主體地位，加強(qiáng)過程管控，打破班級(jí)授課制教學(xué)形式的限制，倡導(dǎo)個(gè)別化教學(xué)，在保證整體進(jìn)度的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生按照自己的能力、節(jié)奏完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.1? 學(xué)生學(xué)情分類

在承認(rèn)學(xué)生個(gè)體化差異的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)對學(xué)生進(jìn)行分類。其中學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)主要考慮學(xué)生自身學(xué)習(xí)的內(nèi)部推動(dòng)力;學(xué)習(xí)基礎(chǔ)主要考慮學(xué)生課程先修知識(shí)掌握情況;學(xué)習(xí)能力主要考慮個(gè)體學(xué)習(xí)的潛在高度，根據(jù)以上三點(diǎn)的不同組合將學(xué)生分為八種類型（表中H表示高，L表示低）：

2.2? 教學(xué)方案分層

在學(xué)生學(xué)情分類的基礎(chǔ)上，對教學(xué)方案進(jìn)行分層。主要包括三方面：開課前學(xué)習(xí)資源梳理的層次化、課中教學(xué)引導(dǎo)的層次化和課后作業(yè)及交流的層次化。

開課前，教師對本門課程涉及的所有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，分為先導(dǎo)知識(shí)點(diǎn)、課程知識(shí)點(diǎn)、拓展知識(shí)點(diǎn)三個(gè)層次。對《信號(hào)與系統(tǒng)》課程中所需要用到的先導(dǎo)知識(shí)，比如高等數(shù)學(xué)中的微積分、冪級(jí)數(shù)的和函數(shù)及展開，常微分方程的求解，電路分析課程中的電路的節(jié)點(diǎn)電壓方程、回路電流方程，乃至高中數(shù)學(xué)中的三角函數(shù)和差化積、積化和差、倍角公式等知識(shí)點(diǎn)，準(zhǔn)備微課等形式豐富的教學(xué)資源，在開課前提前發(fā)布班級(jí)云課堂以便基礎(chǔ)較差的學(xué)生提前做好復(fù)習(xí)鞏固。梳理本課程的知識(shí)點(diǎn)，采用思維導(dǎo)圖的方式，將章節(jié)和全課程之間的關(guān)系以及每章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)展示出來，幫助學(xué)生搭建課程學(xué)習(xí)框架，從整體上把握課程學(xué)習(xí)思路。由于以知識(shí)點(diǎn)提供的教學(xué)資源往往是斷裂式的，知識(shí)點(diǎn)之間銜接度不夠，因此教師在課堂以及課后答疑討論時(shí)會(huì)注意知識(shí)點(diǎn)的串接。對于拓展類知識(shí)點(diǎn)，教師在課前收集豐富的工程案例，加入拓展知識(shí)庫中，通過云課堂分享給學(xué)生，在課程中可以簡單介紹，以學(xué)習(xí)基礎(chǔ)好、積極性高的學(xué)生課后自學(xué)為主。

在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，針對不同層次學(xué)生的特點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分層引導(dǎo)，分為先導(dǎo)知識(shí)點(diǎn)索引、基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)講解、拓展案例分析。先導(dǎo)知識(shí)點(diǎn)索引主要是針對學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較薄弱的同學(xué)，為學(xué)生查漏補(bǔ)缺提供資源和手段，比如很多同學(xué)對于電路分析課程中KCL、KVL掌握的不是很好，在課堂上提示學(xué)生本課程先導(dǎo)知識(shí)教學(xué)資源中有針對這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的微課，以便學(xué)生課后查詢學(xué)習(xí);基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)講解，著重對于本門課程新知識(shí)點(diǎn)的授課，主要采用啟發(fā)式和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)[7]的方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和主動(dòng)性，比如在講解完連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)通過系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)后，可以給學(xué)生布置對二者進(jìn)行對比任務(wù)，由學(xué)生歸納，教師總結(jié)。拓展案例分析主要是結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用案例，拓展課程視野，比如雷達(dá)測距、語音處理等。在授課過程中教師注重鼓勵(lì)引導(dǎo)，以強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的信心。此外，在授課過程中增加限時(shí)的知識(shí)點(diǎn)測驗(yàn)環(huán)節(jié)，采用釘釘平臺(tái)布置測驗(yàn)題，這些測驗(yàn)題量不大，主要涉及需要學(xué)生掌握的關(guān)鍵知識(shí)和自學(xué)知識(shí)，對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)過程進(jìn)行過程性管控，檢驗(yàn)學(xué)生是否按要求完成知識(shí)點(diǎn)的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

課后環(huán)節(jié)從作業(yè)布置和答疑討論兩個(gè)方面進(jìn)行分層。作業(yè)分為基本題和提高題兩個(gè)層次?；绢}作為學(xué)生的必做題目，提高題作為學(xué)生的選做題目，其完成情況作為平時(shí)成績的加分項(xiàng)。組織課題興趣小組，對答疑討論進(jìn)行分層，針對基礎(chǔ)一般的同學(xué)通過騰訊會(huì)議、QQ視頻等方式組織問題討論會(huì)，由于討論會(huì)有別于普通課堂教學(xué)，氛圍更輕松，學(xué)生更敢于表達(dá)和提問。針對基礎(chǔ)好，有考研目標(biāo)的學(xué)生，組織考研真題討論會(huì)，提前將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的考研真題布置給學(xué)生，討論會(huì)上就重點(diǎn)難點(diǎn)問題，教師與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)講解。

2.3? 考核方式改良

現(xiàn)有的《信號(hào)與系統(tǒng)》考核，以本學(xué)院為例，主要由期末考試（70%）和平時(shí)成績（30%）兩部分組成。采用分層教學(xué)理念對考核方式進(jìn)行變革，將分層教學(xué)內(nèi)容融合到課程考核中。學(xué)生課程的最終成績劃分為四部分，即課程成績（100%）=平時(shí)作業(yè)（15%）+課堂考核（15%）+課堂表現(xiàn)（10%）+期末考試（60%）。其中在平時(shí)作業(yè)和期末考試針對學(xué)生課程學(xué)習(xí)層次的不同增設(shè)附加題，額外得分，得分超過100的同學(xué)計(jì)100分。附加題包括《信號(hào)與系統(tǒng)》考研真題、綜合設(shè)計(jì)題及技術(shù)應(yīng)用分析題。采用這種方式，在保證大部分學(xué)生達(dá)到基本教學(xué)要求的情況下，讓優(yōu)秀的學(xué)生再往上“跳一跳”。

3? 結(jié)語

學(xué)生的個(gè)體差異性是教學(xué)過程中不可回避的現(xiàn)實(shí)，本文針對《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)的現(xiàn)有問題，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)對學(xué)生進(jìn)行分類，并在此基礎(chǔ)上提出層次化的教學(xué)方案。通過課前知識(shí)點(diǎn)的分層、課中教學(xué)引導(dǎo)的分層和課后作業(yè)及交流的分層，提供因生而異的教學(xué)資源和教學(xué)方式，使學(xué)生在自己原有的基礎(chǔ)上有針對性地拓展學(xué)習(xí)，讓各層次水平的學(xué)生都能最大程度地發(fā)揮自己的學(xué)習(xí)能力，得到相應(yīng)的發(fā)展。

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