產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下基于ＯＢＥ 的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程思政建設(shè)芻議

陳 棟 高玉寶 曹暉 漆世鍇 許勤 劉飛燕

摘 要 為滿足產(chǎn)業(yè)學(xué)院對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求及促進(jìn)校企合作 文章面向產(chǎn)業(yè)需求 對(duì) 信號(hào)與系統(tǒng) 課程思政建設(shè)的必要性及意義進(jìn)行了論述 以obe 理念對(duì)融入思政的教學(xué)體系重構(gòu)進(jìn)行了探討 以聲源方向估計(jì)項(xiàng)目為例實(shí)施了教學(xué)改革 旨在產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下 推動(dòng)以社會(huì)主義核心價(jià)值觀為指導(dǎo) 高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的 信號(hào)與系統(tǒng) 課程思政建設(shè)

關(guān)鍵詞 產(chǎn)業(yè)學(xué)院 信號(hào)與系統(tǒng) 課程思政

中圖法分類(lèi)號(hào)：g641? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a

１ 引言

自２０２０ 年相關(guān)部門(mén)發(fā)布《現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院建設(shè)指南（試行）》以來(lái)，產(chǎn)業(yè)學(xué)院已成為國(guó)家創(chuàng)新能力的重要支撐，也成為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要助推器［１］ 。在此背景下，對(duì)應(yīng)用型高校電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)“信號(hào)與系統(tǒng)”核心課程的教學(xué)提出了更高的要求。“信號(hào)與系統(tǒng)”課程所講授的理論與實(shí)踐知識(shí)與電子信息產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展存在緊密聯(lián)系。鑒于成果導(dǎo)向教育（Ｏｕｔｃｏｍｅ Ｂａｓｅｄ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，ＯＢＥ） 理念在國(guó)內(nèi)外諸多工科課程取得了良好的教學(xué)效果，本文在產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下，基于ＯＢＥ 理念對(duì)應(yīng)用型高校如何開(kāi)展“信號(hào)與系統(tǒng)”課程思政建設(shè)進(jìn)行了探討。

２ 必要性及意義

２．１ 必要性

隨著現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的快速興起，“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)體系逐漸難以滿足電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需。其理論教學(xué)內(nèi)容過(guò)于重視基礎(chǔ)理論與各類(lèi)變換的計(jì)算，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容也僅是對(duì)理論的簡(jiǎn)單仿真，與工程實(shí)際所需結(jié)合不緊密，從而形成當(dāng)前“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)需求高度不匹配的現(xiàn)狀。因此，迫切需要一種新的教學(xué)模式。

我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正逐步由低端向高端轉(zhuǎn)型升級(jí)與發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的具備電子信息專(zhuān)業(yè)知識(shí)的大學(xué)生已然難以符合新產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)下的職位要求，電子信息產(chǎn)業(yè)更需要具備守正創(chuàng)新素養(yǎng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，以保障產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下，校企協(xié)同育人模式的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程思政建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)思政與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的融合教育、技能與素養(yǎng)的融合培養(yǎng)。

２．２ 意義

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)較為單調(diào)，在產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下，融入思政元素可有效地改善其基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的乏味，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力，提高教學(xué)效果。對(duì)課程思政教育而言，產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下的思政元素更加符合課程目標(biāo)及電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的素質(zhì)要求?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)內(nèi)容與思政元素的融合必然能夠有效地提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)教育與課程思政教育的良性循環(huán)［２］ 。

３ 融入思政，重構(gòu)教學(xué)體系

采用基于ＯＢＥ 理念的反向設(shè)計(jì)原則，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)人才的要求，融入思政元素，凝練符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程目標(biāo)。通過(guò)該課程教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生具備以下能力：課程目標(biāo)１———掌握基本信號(hào)的不同描述方法和復(fù)雜信號(hào)的時(shí)域、頻域分解，掌握系統(tǒng)的不同描述方法和系統(tǒng)在時(shí)域、頻域、復(fù)頻域、Ｚ 域分析方法；課程目標(biāo)２———在實(shí)際工程中通過(guò)分析、綜合、歸納等方法解決電路、通信、控制系統(tǒng)中的實(shí)際問(wèn)題；課程目標(biāo)３———通過(guò)學(xué)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論和方法激發(fā)學(xué)生的求知欲望、創(chuàng)新動(dòng)力、探索精神，提高發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，形成良好的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維，形成大工程觀，通過(guò)參與教學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生責(zé)任感、進(jìn)行交流溝通、踐行終身學(xué)習(xí)，并形成正確的人生觀、世界觀、價(jià)值觀，成為具有工匠精神的新工科人才。九江學(xué)院“信號(hào)與系統(tǒng)”課程組圍繞課程目標(biāo)重構(gòu)了“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而形成完整的教學(xué)體系。教學(xué)體系如圖１ 所示。

３．１ 教學(xué)內(nèi)容

遵循反向設(shè)計(jì)原則的ＯＢＥ 理念，根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求制定課程目標(biāo)，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，并廣泛開(kāi)發(fā)隱藏在各教學(xué)內(nèi)容中的思政元素，整合重構(gòu)應(yīng)用型以及融合課程思政的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容如表１ 所列。

３．２ 教學(xué)形式

在教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，通過(guò)探索有效的思政元素融入途徑，將思政元素與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，制定滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程多元教學(xué)形式，以支撐教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到預(yù)設(shè)的課程目標(biāo)。

基本知識(shí)點(diǎn)的掌握。遵照ＯＢＥ 理念，從各項(xiàng)目實(shí)例反向設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目中的問(wèn)題并加以分析，提出基本概念并引出各基礎(chǔ)理論知識(shí)點(diǎn)在具體問(wèn)題中的應(yīng)用；鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課堂討論，采用線上線下結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，促使學(xué)生從多個(gè)維度解決問(wèn)題；針對(duì)具體項(xiàng)目巧妙布置各類(lèi)線上線下練習(xí)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展并小結(jié)。根據(jù)學(xué)生的成果逆向設(shè)計(jì)各階段教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠掌握各基本知識(shí)點(diǎn)及其在具體項(xiàng)目中的應(yīng)用，同時(shí)了解各具體項(xiàng)目的基本原理及應(yīng)用場(chǎng)景，并能夠以此對(duì)具體項(xiàng)目各參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。這樣的教學(xué)方式能夠增加基本知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的趣味性，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，從而滿足電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的需求［３］ 。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)。利用Ｍａｔｌａｂ 或Ｐｙｔｈｏｎ 軟件進(jìn)行項(xiàng)目整體及各模塊的展示，讓學(xué)生更加容易理解復(fù)雜枯燥的數(shù)學(xué)公式。弱化對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的具體求解過(guò)程和三大變換的計(jì)算，相關(guān)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)由學(xué)生自行通過(guò)線上進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。利用Ｐｒｏｔｅｕｓ 或Ａｌｔｉｕｍ Ｄｅｓｉｇｎｅｒ 進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)，使抽象的理論知識(shí)以直觀、形象的方式展現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高其工程應(yīng)用能力。構(gòu)建階梯式的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神，使其符合產(chǎn)業(yè)需求。

校企協(xié)同育人。邀請(qǐng)企業(yè)專(zhuān)家進(jìn)入課堂公開(kāi)授課，講授信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用、企業(yè)文化、管理制度。將企業(yè)文化有機(jī)融入課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容，將更加完善“信號(hào)與系統(tǒng)”課程思政建設(shè)。通過(guò)校企合作培養(yǎng)，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與產(chǎn)業(yè)需求相結(jié)合，培養(yǎng)扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與職業(yè)素養(yǎng)，也能夠?yàn)槠髽I(yè)挖掘可造之才，實(shí)現(xiàn)校企雙贏。

３．３ 評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

為評(píng)估學(xué)習(xí)產(chǎn)出成果，將課程目標(biāo)達(dá)成度作為教學(xué)效果的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，從理論掌握與實(shí)踐操作方面對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行考核，如表２ 所示。習(xí)題與筆試是考查學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)的掌握程度。實(shí)踐項(xiàng)目是考查學(xué)生的綜合素養(yǎng)、工程意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神，其中互評(píng)項(xiàng)的評(píng)價(jià)主體為學(xué)生。

式中，Ｇｉ為第ｉ 個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度，Ｓｉｊ 為第ｉ 個(gè)課程目標(biāo)的第ｊ 項(xiàng)考核得分，ＳＭｉｊ為對(duì)應(yīng)的最高分，Ｒｉｊ為第ｉ個(gè)課程目標(biāo)的第ｊ 項(xiàng)所占權(quán)重。最終的課程目標(biāo)達(dá)成度Ｇ 為“Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３”。課程完成后對(duì)學(xué)生個(gè)人和班級(jí)整體的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以定量和定性評(píng)價(jià)方法分析課程目標(biāo)達(dá)成情況，形成課程反思與持續(xù)改進(jìn)報(bào)告，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及形式，以便下一年度更好地幫助學(xué)生達(dá)到課程目標(biāo)。

４ 教學(xué)實(shí)例

本節(jié)以聲源方向估計(jì)項(xiàng)目為案例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。項(xiàng)目來(lái)源于九江飛秀科技有限公司，該項(xiàng)目可用于會(huì)議自動(dòng)攝像、無(wú)人機(jī)自適應(yīng)搜索等場(chǎng)景。

首先，邀請(qǐng)企業(yè)專(zhuān)家進(jìn)課堂，結(jié)合Ｐｙｔｈｏｎ 及Ｆｌａｓｈ展示聲源方向估計(jì)項(xiàng)目的總體流程及其具體作用。該項(xiàng)目通過(guò)麥克風(fēng)陣列接收語(yǔ)音信號(hào)，由ＤＳＰ 芯片處理所接收的信號(hào)，實(shí)時(shí)估計(jì)聲源角度。然后，教師對(duì)該項(xiàng)目按照基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，如圖２ 所示，通過(guò)線上線下混合方式進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)教學(xué)。最后，將學(xué)生分為多個(gè)小組并實(shí)施項(xiàng)目。由仿真、實(shí)物、項(xiàng)目報(bào)告、互評(píng)構(gòu)成學(xué)生本次實(shí)踐項(xiàng)目的成績(jī)。

圖３ 為某小組所設(shè)計(jì)的實(shí)物圖，麥克風(fēng)陣列由４個(gè)駐極體咪頭等間距排列組成，間距為０．０５ ｍ。咪頭正常工作電壓為３ Ｖ，為使咪頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)達(dá)到最大輸出動(dòng)態(tài)范圍，每個(gè)咪頭需外接一個(gè)２ ２００ Ω 的偏置電阻。由于咪頭輸出電信號(hào)的數(shù)量級(jí)為毫伏，因此需將麥克風(fēng)陣列輸出信號(hào)進(jìn)行放大，該裝置采用國(guó)產(chǎn)８ 路信號(hào)放大器，放大倍數(shù)設(shè)定為５０１倍。將８ 路信號(hào)放大器產(chǎn)生的信號(hào)送入國(guó)產(chǎn)ＵＳＢ 數(shù)據(jù)采集卡并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，精度為１２ ｂｉｔ。由于尚未學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理，因此由筆記本電腦代替ＤＳＰ 芯片，實(shí)時(shí)處理，估計(jì)聲源位置。

圖４ 為對(duì)某運(yùn)動(dòng)聲源每間隔４ ｓ 進(jìn)行一次角度估計(jì)的結(jié)果。聲源大致與麥克風(fēng)陣列處于同一水平面，距離麥克風(fēng)陣列４．５ ｍ 左右，角度從３０°運(yùn)動(dòng)到１２０°，采樣頻率６ ３００ Ｈｚ，信號(hào)采樣長(zhǎng)度２ ｓ，共１２ ６００ 個(gè)采樣點(diǎn)。信號(hào)分成１９９ 幀，每幀長(zhǎng)度２０ ｍｓ，每幀１２６ 個(gè)采樣點(diǎn)，幀移６３ 點(diǎn)。

通過(guò)該項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)施，可以使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)濾波器設(shè)計(jì)、抽樣定理、窗函數(shù)、傅里葉變換等知識(shí)點(diǎn)的理解及應(yīng)用，體會(huì)如何完成一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的流程，從軟件仿真和硬件仿真到最終的實(shí)物實(shí)現(xiàn)。項(xiàng)目由小組共同完成，鍛煉了學(xué)生的互相溝通能力和協(xié)作能力，且聲源方向估計(jì)項(xiàng)目有多種實(shí)現(xiàn)方案，有利于學(xué)生提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)本項(xiàng)目的教學(xué)使學(xué)生具備更高的職業(yè)素養(yǎng)、良好的勞動(dòng)精神和工匠精神，滿足產(chǎn)業(yè)所需高素質(zhì)人才的要求。

５ 結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下的課程思政建設(shè)是新時(shí)代的教育理念，九江學(xué)院“信號(hào)與系統(tǒng)”課程組基于ＯＢＥ 理念對(duì)其進(jìn)行了初步探索，明確了“信號(hào)與系統(tǒng)”課程目標(biāo)，由課程目標(biāo)反向重構(gòu)了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，形成了完整的課程體系。課程組將在今后的教學(xué)中繼續(xù)加深課程與思政的融合度，將傳授專(zhuān)業(yè)知識(shí)和立德樹(shù)人有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 屈金星．產(chǎn)業(yè)學(xué)院背景下課程思政教育有效融入專(zhuān)業(yè)教育的研究［Ｊ］．天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào)，２０２２，２４（６）：７９?８３．

［２］ 趙雨辰，宋忠國(guó)，席曉莉．面向ＯＢＥ 的《信號(hào)與系統(tǒng)》線上線下混合教學(xué)模式探索［Ｊ］．中國(guó)教育信息化，２０２１，４９７（１４）：４９?５２．

［３］ 楊建義．全面提高高校人才培養(yǎng)能力視野下的“課程思政”建設(shè)［Ｊ］．思想理論教育導(dǎo)刊，２０２１，２７１（７）：１２８?１３２．

作者簡(jiǎn)介：

陳棟（１９８２—），博士，副教授，研究方向：人工智能、信號(hào)處理。