優(yōu)化理工科課程教學(xué)，提高大學(xué)生綜合素質(zhì)
——以信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)為例

岳 振 王 琛

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266109

2021 年5 月，習(xí)近平總書(shū)記在中國(guó)科學(xué)院第二十次院士大會(huì)、中國(guó)工程院第十五次院士大會(huì)和中國(guó)科協(xié)第十次全國(guó)代表大會(huì)上的講話強(qiáng)調(diào)：“加快建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)，實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)?！笨萍紡?qiáng)國(guó)需要理工科大學(xué)生擔(dān)負(fù)時(shí)代重任，這就對(duì)理工科大學(xué)生綜合能力提出了較高要求。當(dāng)前，普通高等院校理工科大學(xué)生基本上以“00 后”為主體，有著鮮明的時(shí)代群體特征。理工科大學(xué)生為人樸實(shí)穩(wěn)重，并且思維比較活躍、反應(yīng)速度快、信息技術(shù)接觸較多，但是也存在數(shù)理基礎(chǔ)薄弱、學(xué)以致用能力欠缺等各種問(wèn)題，這就對(duì)我們理工科課堂教學(xué)提出了較大的挑戰(zhàn)［1］。本文首先對(duì)普通高等院校理工科大學(xué)生當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析，然后以信號(hào)與系統(tǒng)［2］課程教學(xué)為例，闡述了以學(xué)為中心［3］，如何從核心知識(shí)、學(xué)以致用、觸類旁通、人性維度、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、志趣情懷六個(gè)維度，提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)，最后通過(guò)一堂課的形式進(jìn)行了具體展示。

一、普通理工科大學(xué)生面臨的問(wèn)題

（一）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，自學(xué)能力欠缺

以青島農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院為例，其2022 年共錄取本科生880 人，總分在491 ～524分之間，錄取學(xué)生絕大多數(shù)以山東省內(nèi)為主。其中，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)70 人，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（校企合作）450 人，電子信息工程70 人，電子信息工程（校企合作）80 人，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)70 人，通信工程（校企合作）140 人。數(shù)學(xué)總分150 分，其成績(jī)分布如表1 所示。從中可以看出，大多數(shù)錄取學(xué)生數(shù)學(xué)成績(jī)?cè)?0 ～90 分之間，比例達(dá)到84.66%，在100分以上的學(xué)生僅僅只有16 名。從中可以看出，目前普通理工科大學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)偏弱，但是大多數(shù)理工科專業(yè)都對(duì)數(shù)學(xué)有較高要求，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大多理工科專業(yè)對(duì)數(shù)學(xué)的要求有逐漸變高的趨勢(shì)，普通理工科院校教學(xué)面臨著較大挑戰(zhàn)。

表1 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院2022 級(jí)新生數(shù)學(xué)成績(jī)分布表

調(diào)查顯示，普通理工科大學(xué)生普遍存在自主學(xué)習(xí)能力［4］問(wèn)題，課前預(yù)習(xí)比例較低，作業(yè)完成情況不理想。期末考試卷面分越來(lái)越低，為了讓更多學(xué)生順利通過(guò)期末考試，越來(lái)越多授課教師將平時(shí)成績(jī)比例提高，降低期末考試在總成績(jī)中的比例。

（二）網(wǎng)絡(luò)依賴程度增加，師生溝通頻率降低

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)完全普及化，學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴度增加［5］，雖然上課時(shí)各個(gè)學(xué)校學(xué)院會(huì)組織學(xué)生會(huì)查人，授課教師也會(huì)不定期查人，學(xué)生缺課現(xiàn)象并不明顯，但是很多學(xué)生在上課時(shí)上網(wǎng)現(xiàn)象仍然比較頻繁，針對(duì)授課教師提問(wèn)，學(xué)生回答問(wèn)題意愿降低，課上師生溝通頻率有逐漸降低的趨勢(shì)。一份針對(duì)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院課間休息時(shí)間學(xué)生主要活動(dòng)調(diào)查顯示（表2）：課間休息時(shí)間學(xué)生主要活動(dòng)是手機(jī)上網(wǎng)或者網(wǎng)絡(luò)聊天，高達(dá)43.71%，另有18.80% 的學(xué)生用手機(jī)打游戲。這表明在課間時(shí)間，學(xué)生主要使用手機(jī)進(jìn)行相關(guān)活動(dòng)，普通理工科大學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴度增加。此外，課余時(shí)間與同學(xué)溝通的比例只有16.72%，與教師溝通比例只有2.08%，顯示學(xué)生與同學(xué)溝通以及與授課教師溝通意愿降低。

表2 課間休息時(shí)間普通理工科大學(xué)生主要活動(dòng)比例分布

（三）溝通交流能力不足，學(xué)以致用能力欠缺

隨著生產(chǎn)力的不斷提高，社會(huì)分工越來(lái)越復(fù)雜，以華為集團(tuán)為例，根據(jù)查詢相關(guān)公開(kāi)信息顯示，華為員工從事研究與開(kāi)發(fā)的人員約10.7萬(wàn)，占員工總數(shù)的54.8%，包含硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目管理、運(yùn)維等諸多崗位，就算在一個(gè)研發(fā)中心一個(gè)部門(mén)內(nèi)人數(shù)也非常多，工作之間不可避免要進(jìn)行交流溝通，良好的溝通能力往往能提高工作效率，增進(jìn)同事之間的感情。在與用人單位座談時(shí)，很多用人單位認(rèn)為當(dāng)前理工科大學(xué)生的溝通能力有待提高。授課老師、班主任和輔導(dǎo)員在日常與理工科大學(xué)生交流時(shí)也發(fā)現(xiàn)，很多大學(xué)生缺乏溝通技巧［6］。近年來(lái)，大學(xué)畢業(yè)生就業(yè)難問(wèn)題越來(lái)越突出［7］，雖然社會(huì)對(duì)理工科大學(xué)生的需求量在持續(xù)增加，但是受制于大學(xué)擴(kuò)招，畢業(yè)學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺，將所學(xué)知識(shí)直接應(yīng)用到實(shí)際工作的能力欠缺，最終導(dǎo)致企業(yè)招不到所需人才，畢業(yè)生找不到理想工作的現(xiàn)象。

二、優(yōu)化理工科課堂——以信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)為例

目前，課程教學(xué)仍然是理工科大學(xué)生的主要活動(dòng)，也是師生交流最頻繁的地方，因此通過(guò)優(yōu)化課程教學(xué)幫助大學(xué)生提高綜合能力就有很強(qiáng)的必要性。信號(hào)與系統(tǒng)是一門(mén)電子信息工程、通信工程、自動(dòng)化等理工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程中數(shù)學(xué)概念和物理概念較多，也是很多理工科專業(yè)的考研專業(yè)課之一，學(xué)生普遍反映晦澀難懂。為提高理工科大學(xué)生的綜合能力，采用以學(xué)為中心，從核心知識(shí)、學(xué)以致用［8］、觸類旁通［9］、人性維度［10］、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)［11］、志趣情懷［12］六個(gè)維度對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)［13］、學(xué)習(xí)活動(dòng)及方法［14］、學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)方法及標(biāo)準(zhǔn)［15］進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 課程整體設(shè)計(jì)架構(gòu)

核心知識(shí)是課程學(xué)習(xí)的基本要求，學(xué)以致用、觸類旁通是專業(yè)培養(yǎng)要求。人性維度、志趣情懷、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)都是對(duì)學(xué)生綜合素養(yǎng)的進(jìn)一步培養(yǎng)，可以在提高學(xué)生綜合素養(yǎng)的同時(shí)，促進(jìn)前三個(gè)維度的培養(yǎng)，與前三個(gè)維度并不矛盾。為了更好展示在一次課中如何實(shí)現(xiàn)上述六個(gè)維度的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，針對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)第一章第一次課（兩節(jié)課，90 分鐘），進(jìn)行了課程設(shè)計(jì)，展示如何在六個(gè)維度上幫助大學(xué)生提高綜合能力。

（一）課前安排

課前安排中的學(xué)習(xí)目標(biāo)一般是復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容和預(yù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容，針對(duì)第一次課，學(xué)生主要進(jìn)行了解課程特點(diǎn)，預(yù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容以及對(duì)相關(guān)課程知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)。學(xué)習(xí)活動(dòng)采用了預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)、課程學(xué)習(xí)計(jì)劃和課前背景測(cè)試。著重從學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、人性維度和核心知識(shí)三個(gè)方面提高學(xué)生能力，授課教師可以通過(guò)查看上述三個(gè)課前學(xué)習(xí)活動(dòng)結(jié)果，查看三個(gè)維度的學(xué)習(xí)目標(biāo)完成情況，具體如圖2 所示。

圖2 課前學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)方法

（二）課中安排

1.第一階段

如圖3 所示，課中第一階段用時(shí)20 分鐘，首先使用10 分鐘進(jìn)行課程分析，由任課教師分析本課程學(xué)習(xí)特點(diǎn)、本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)、教師講述方式以及測(cè)評(píng)方式，與學(xué)生分享如何學(xué)好本課程。然后通過(guò)“思考—結(jié)伴—分享”的方式請(qǐng)學(xué)生結(jié)合自己的實(shí)際學(xué)習(xí)情況、本課程特點(diǎn)以及背景測(cè)試情況思考自己的學(xué)習(xí)方法，并與結(jié)伴同學(xué)互相分享自己的學(xué)習(xí)方法，進(jìn)一步完善自己的課程學(xué)習(xí)計(jì)劃。與此同時(shí)，抽查部分學(xué)生分享自己的學(xué)習(xí)方法來(lái)查看學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況，共使用10 分鐘。

圖3 課中第一階段學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)方法

2.第二階段

如圖4 所示，課中第二階段用時(shí)35 分鐘，主要幫助學(xué)生學(xué)習(xí)各種信號(hào)的基本概念以及信號(hào)的基本分類與區(qū)別，并使學(xué)生使用本課程知識(shí)加深對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)。首先，使用20 分鐘講授確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)的定義與區(qū)別、連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)的定義與區(qū)別、周期信號(hào)與非周期信號(hào)的定義與區(qū)別。其次，采用小組討論方式，通過(guò)PPT 展示一些信號(hào)，請(qǐng)學(xué)生分組討論分析這些信號(hào)屬于何種信號(hào)，各自陳述理由分析這些信號(hào)屬于何種信號(hào)，各自陳述理由，并傾聽(tīng)他人意見(jiàn)，最終小組達(dá)成統(tǒng)一意見(jiàn)。最后，通過(guò)學(xué)習(xí)通抽查學(xué)生分享小組討論結(jié)果并說(shuō)明理由，共用時(shí)15 分鐘。

圖4 課中第二階段學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)方法

3.第三階段

如圖5 所示，第三階段用時(shí)35 分鐘，主要幫助學(xué)生學(xué)習(xí)各種系統(tǒng)號(hào)的基本概念以及系統(tǒng)的基本分類與區(qū)別。首先，使用25 分鐘講授連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)的定義與區(qū)別、線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)的定義與區(qū)別、非時(shí)變系統(tǒng)與時(shí)變系統(tǒng)的定義與區(qū)別、因果系統(tǒng)與非因果系統(tǒng)的定義與區(qū)別。其次，采用案例分析方式，通過(guò)PPT展示一些標(biāo)準(zhǔn)電路，請(qǐng)學(xué)生思考這些標(biāo)準(zhǔn)電路屬于哪種系統(tǒng)，陳述理由并說(shuō)明在以前哪個(gè)課程學(xué)習(xí)過(guò)類似電路。最后，通過(guò)學(xué)習(xí)通抽查學(xué)生進(jìn)行回答，并由教師進(jìn)一步分析和糾錯(cuò)，共用時(shí)10分鐘。

圖5 課中第三階段學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)方法

（三）課后安排

課后安排主要是為了督促學(xué)生復(fù)習(xí)本次教學(xué)內(nèi)容，并預(yù)習(xí)下次上課內(nèi)容，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)自我學(xué)習(xí)。首先，結(jié)合自己的實(shí)際情況、本課程特征和教師教授方式，思考自己應(yīng)該如何學(xué)習(xí)本課程，進(jìn)一步完善課程學(xué)習(xí)計(jì)劃。其次，完成課后習(xí)題兩道，復(fù)習(xí)本次課內(nèi)容，并預(yù)習(xí)下次課學(xué)習(xí)內(nèi)容。最后，通過(guò)查看課程學(xué)習(xí)計(jì)劃和課后作業(yè)查看學(xué)生的進(jìn)展，具體如圖6 所示。

圖6 課后學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)方法

對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)采用如上教學(xué)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行了實(shí)際教學(xué)，授課對(duì)象為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)電子信息工程2001 班、2002 班，每個(gè)班級(jí)都有學(xué)生35 人，共70 人。采用這種教學(xué)方式后，學(xué)生課堂參與度明顯提高，學(xué)生的自我認(rèn)識(shí)、與人交流、自主學(xué)習(xí)、學(xué)以致用等能力都明顯提高，課程成績(jī)也較往年同類型班級(jí)有較大提高。

三、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)普通高等院校理工科專業(yè)學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)相對(duì)較弱，當(dāng)前在課堂學(xué)習(xí)、人際交流、就業(yè)等方面遇到的問(wèn)題，考慮到大學(xué)生主要校園活動(dòng)仍然是上課，對(duì)學(xué)生影響最大的仍然是專業(yè)課教師，以理工科典型課程信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)為例，遵循以學(xué)為中心的原則，闡述了如何從核心知識(shí)、學(xué)以致用、觸類旁通、人性維度、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、志趣情懷六個(gè)維度上進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，幫助大學(xué)生提高綜合素養(yǎng)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，確實(shí)對(duì)促進(jìn)大學(xué)生全面發(fā)展起到了良好作用。