基于OBE理念的信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)探討

摘要：在“新工科”背景下，為實(shí)現(xiàn)教育模式由“知識(shí)獲取”到“能力提升”再到“高質(zhì)量應(yīng)用”的轉(zhuǎn)變，根據(jù)電子信息類專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)及“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的特點(diǎn)，從課程建設(shè)方案和教學(xué)路徑兩方面給出具體的OBE教學(xué)理念的應(yīng)用，并提出將“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”和“課程思政”相融合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂活躍度，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出，為培養(yǎng)具有高素質(zhì)的應(yīng)用型新工科人才夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向；培養(yǎng)目標(biāo) ；OBE；課程體系

近年來(lái)，隨著新技術(shù)的發(fā)展和新興行業(yè)的興起，“新工科”建設(shè)和發(fā)展正在積極進(jìn)行。這一改革樹(shù)立了創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育的新理念，旨在構(gòu)建一個(gè)結(jié)合了“新工科”和傳統(tǒng)工科的學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)。同時(shí)，它探索實(shí)施了工程教育人才培養(yǎng)的新模式，持續(xù)打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的工程教育新質(zhì)量，建立并完善了具有中國(guó)特色的工程教育新體系，推動(dòng)我國(guó)從工程教育大國(guó)走向工程教育強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變[1]。

根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》，提高教學(xué)質(zhì)量，尤其是應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，并服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展是高等教育改革的核心任務(wù)。教育模式需要從傳統(tǒng)的知識(shí)獲取轉(zhuǎn)型為能力提升[2-3]。

OBE（Outcomes-Based Education，成果導(dǎo)向教育）是一種教育模式，它側(cè)重于教學(xué)評(píng)估應(yīng)以教育產(chǎn)出效果為主要導(dǎo)向。在引入OBE教學(xué)理念到高校課程中時(shí)，應(yīng)基于反向設(shè)計(jì)原則，首先依據(jù)社會(huì)和行業(yè)需求確定人才培養(yǎng)目標(biāo)，然后定義畢業(yè)要求，并確立相應(yīng)的專業(yè)畢業(yè)要求觀測(cè)點(diǎn)及合理的評(píng)價(jià)體系。

這些評(píng)價(jià)結(jié)果將用于培養(yǎng)方案的制定和目標(biāo)的持續(xù)改進(jìn)。確定了畢業(yè)要求之后，接下來(lái)是為每門(mén)課程設(shè)定具體的課程目標(biāo)，并將這些目標(biāo)分配到各門(mén)課程中。以電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課程“信號(hào)與系統(tǒng)”為例，該課程的學(xué)習(xí)效果直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)本專業(yè)后續(xù)課程學(xué)習(xí)的興趣和工程實(shí)踐能力的初步培養(yǎng)，因此它也是該專業(yè)及相關(guān)相近專業(yè)的研考初試課程之一。

結(jié)合筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文將從課程體系設(shè)計(jì)和教學(xué)路徑兩方面介紹OBE教學(xué)法在這門(mén)課程上的具體應(yīng)用。

一、基于OBE理念的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程建設(shè)方案

以“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、堅(jiān)持改進(jìn)”為核心的成果導(dǎo)向教育（OBE）理念，已成為國(guó)內(nèi)工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)。這一理念強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的預(yù)期職業(yè)成就來(lái)驅(qū)動(dòng)教育系統(tǒng)的運(yùn)行。教育者需要先設(shè)想學(xué)生未來(lái)的職業(yè)成就，構(gòu)想出學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到的能力和水平，然后設(shè)計(jì)適宜的課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)過(guò)程，以確保學(xué)生能夠達(dá)到這些預(yù)期目標(biāo)[4]。

美國(guó)學(xué)者里查德（Richard M.Felder）所提出的基于OBE模式的課程設(shè)計(jì)模型[5]中，學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評(píng)估工作是該模型的三大要素之一。在此教育模型中，學(xué)生所獲得的知識(shí)與技能及其最終成就，相較于學(xué)習(xí)過(guò)程的具體形式與時(shí)間表，顯得尤為關(guān)鍵。計(jì)劃、指導(dǎo)與評(píng)估這三個(gè)環(huán)節(jié)并非線性排列，而是相互交織、動(dòng)態(tài)互動(dòng)的。

在每個(gè)環(huán)節(jié)中積累的信息，都會(huì)在一個(gè)旨在促進(jìn)不斷優(yōu)化的閉環(huán)中，反饋并影響其他環(huán)節(jié)。若評(píng)估結(jié)果顯示既定目標(biāo)未能達(dá)成預(yù)期，這一反饋可能促使教育者重新審視并調(diào)整目標(biāo)設(shè)定，或是優(yōu)化教學(xué)方法與策略。相反，隨著教育成效的顯著提升，可能會(huì)激發(fā)教育者設(shè)定更為高遠(yuǎn)的教育目標(biāo)，以追求更高層次的知識(shí)傳授與技能培養(yǎng)，并相應(yīng)地對(duì)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整與升級(jí)。這一過(guò)程體現(xiàn)了教育實(shí)踐的靈活性與發(fā)展性，旨在通過(guò)持續(xù)的自我反思與改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)教育質(zhì)量的螺旋式上升。

在基于OBE教學(xué)理念進(jìn)行的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的建設(shè)實(shí)施中，學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出先于教學(xué)內(nèi)容而存在。專業(yè)和課程資源的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、教與學(xué)的方法都要圍繞學(xué)生的產(chǎn)出而展開(kāi)，學(xué)生真正成為教學(xué)活動(dòng)的中心。這也生動(dòng)體現(xiàn)了別敦榮教授提出的現(xiàn)代大學(xué)教學(xué)改革正在由“表演式哲學(xué)”向“實(shí)踐哲學(xué)”轉(zhuǎn)向的內(nèi)涵，即教育模式由“知識(shí)獲取”到“能力提升”再到“高質(zhì)量應(yīng)用”的轉(zhuǎn)變。

二、基于OBE理念的教學(xué)路徑

美國(guó)學(xué)者Spady W.D.撰寫(xiě)的《基于產(chǎn)出的教育模式：爭(zhēng)議與答案》一書(shū)中把OBE定義為“清晰地聚焦和組織教育系統(tǒng)，使之圍繞確保學(xué)生獲得在未來(lái)生活中獲得實(shí)質(zhì)性成功的經(jīng)驗(yàn)?！盵6]。這種教育模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為中心，教育系統(tǒng)應(yīng)圍繞提高學(xué)生的實(shí)質(zhì)成功經(jīng)驗(yàn)來(lái)組織。

工程改變世界，科技創(chuàng)造未來(lái)。工程活動(dòng)的本質(zhì)是創(chuàng)造有形的結(jié)果，如產(chǎn)品、系統(tǒng)或基礎(chǔ)建設(shè)等。因此，圍繞學(xué)生預(yù)期的學(xué)習(xí)產(chǎn)出開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，不僅可以提高學(xué)生的就業(yè)能力，還能讓畢業(yè)生向雇主自信地展示他們所獲得的能力[7]。電子信息工程專業(yè)人才在信息社會(huì)始終保持高需求。無(wú)論是國(guó)際巨頭IBM，還是國(guó)內(nèi)的華為、大唐、中興等知名企業(yè)，對(duì)這一專業(yè)的人才需求都十分巨大。這個(gè)行業(yè)的就業(yè)方向主要有四個(gè)：硬件工程師、PCB開(kāi)發(fā)制作、嵌入式開(kāi)發(fā)和電子設(shè)備維護(hù)及銷售。

OBE的教學(xué)設(shè)計(jì)思路是以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，主張根據(jù)行業(yè)和工作單位的需求制定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，形成專業(yè)人才培養(yǎng)方案，并據(jù)此確定相應(yīng)的畢業(yè)要求和教學(xué)計(jì)劃。通過(guò)適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)和多角度考核對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，判斷其能力是否滿足社會(huì)行業(yè)需求，并據(jù)此持續(xù)改進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)。整個(gè)過(guò)程中，清晰地制定出工科畢業(yè)生的知識(shí)、能力和職業(yè)素養(yǎng)，重視工科畢業(yè)生的品質(zhì)。

針對(duì)行業(yè)需求，圍繞《華盛頓協(xié)議》所確立的畢業(yè)生12條素質(zhì)要求中的工程知識(shí)和能力核心，基于OBE理念，“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)路徑精心規(guī)劃了以下三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在通過(guò)系統(tǒng)性的教學(xué)安排，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的深刻理解與應(yīng)用能力的全面提升，從而培養(yǎng)出能夠精準(zhǔn)對(duì)接行業(yè)需求、解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的專業(yè)人才。

（1）課堂教學(xué)內(nèi)容與工程應(yīng)用案例相結(jié)合，樹(shù)立工程教育新理念?！盎貧w工程”與“樹(shù)立大工程觀”已成為當(dāng)前全球工程教育的核心趨勢(shì)，強(qiáng)調(diào)教育應(yīng)緊密?chē)@工程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生具備寬廣的工程視野和綜合能力。在現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的多個(gè)領(lǐng)域，無(wú)論是構(gòu)建高效的通信系統(tǒng)、深入探索地震奧秘、精準(zhǔn)實(shí)施超聲診斷，還是進(jìn)行系統(tǒng)特性的精確辨識(shí)，卷積及其逆過(guò)程——解卷積，均扮演著不可或缺的角色。它們不僅是信號(hào)與系統(tǒng)理論中的基石，更是貫穿整個(gè)學(xué)科體系的核心概念。在闡述卷積原理的框架下，除了詳盡闡述其基本概念、固有屬性及計(jì)算方法外，最為關(guān)鍵的是通過(guò)具體實(shí)例，展現(xiàn)卷積在解決實(shí)際挑戰(zhàn)中的強(qiáng)大力量。例如，在通信領(lǐng)域，面對(duì)信號(hào)傳輸過(guò)程中由多徑效應(yīng)引發(fā)的失真問(wèn)題，卷積原理的巧妙應(yīng)用成為了消除這一障礙、確保信號(hào)完整性的關(guān)鍵策略。多徑失真即在無(wú)線通信系統(tǒng)中，電磁波經(jīng)不同路徑傳播后到達(dá)接收機(jī)，各分量到達(dá)接收端的時(shí)間不同，按各自相位相互疊加而造成干擾，使原來(lái)的信號(hào)失真，或者產(chǎn)生錯(cuò)誤。多徑失真對(duì)于數(shù)字通信、雷達(dá)最佳檢測(cè)都有著十分嚴(yán)重的影響。通過(guò)聯(lián)系當(dāng)前技術(shù)熱點(diǎn)和工程案例，不僅加深了學(xué)生對(duì)卷積理論的理解，更激發(fā)了他們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（2）教學(xué)方式上建立基于學(xué)生產(chǎn)出的學(xué)習(xí)框架，線上線下相融合。課前，教師將下發(fā)學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)，要求學(xué)生充分利用新媒體和新技術(shù)，通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式自主完成預(yù)習(xí)，并按時(shí)完成線上基本知識(shí)點(diǎn)的檢測(cè)。課中，教師根據(jù)課前的檢測(cè)結(jié)果針對(duì)性地講解，提出重點(diǎn)討論和延伸問(wèn)題。課后，學(xué)生需要進(jìn)行復(fù)習(xí)總結(jié)，完成作業(yè)內(nèi)容后再進(jìn)行線上學(xué)習(xí)效果檢測(cè)。教師可以隨時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對(duì)學(xué)習(xí)效果不理想的同學(xué)進(jìn)行個(gè)別幫扶，并持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法。

（3）實(shí)驗(yàn)部分采用半開(kāi)放式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，以鍛煉學(xué)生自主探索工程問(wèn)題的能力。例如，在脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生首先在實(shí)驗(yàn)箱上完成基本任務(wù)：一是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行脈沖編碼調(diào)制并觀測(cè)PCM編碼；二是將PCM編碼解調(diào)還原。實(shí)驗(yàn)的拓展部分要求學(xué)生分組（每組3—5人），自行設(shè)計(jì)一個(gè)PCM編解碼電路，可以參考TP3067芯片的典型電路，搭建硬件電路，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試來(lái)檢驗(yàn)實(shí)際效果。此外，部分實(shí)驗(yàn)采用半開(kāi)放式設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生利用MATLAB/Simulink和Multisim等軟件進(jìn)行系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)仿真。開(kāi)放部分的綜合性和設(shè)計(jì)性要求學(xué)生通過(guò)查找資料、團(tuán)隊(duì)討論等方式完成，并最終撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及進(jìn)行PPT匯報(bào)展示。這種方式有效地培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)溝通能力、分析問(wèn)題能力以及解決通信領(lǐng)域?qū)嵺`工程問(wèn)題的能力。

三、基于OBE理念的課程教學(xué)目標(biāo)與課程思政內(nèi)容相融合

（一）根據(jù)畢業(yè)能力要求設(shè)定課程教學(xué)目標(biāo)

在基于OBE理念的教育模式中，教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)應(yīng)的畢業(yè)能力要求而設(shè)置，優(yōu)選前沿和工程應(yīng)用的教學(xué)資源、改革多元化的教學(xué)模式、突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重經(jīng)典理論的講述與最新工程技術(shù)相互融合，體現(xiàn)課程設(shè)置、教學(xué)、考核評(píng)價(jià)與培養(yǎng)目標(biāo)的一致性[8-9]。比如畢業(yè)能力要求項(xiàng)目是工程知識(shí)、問(wèn)題分析、設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會(huì)，對(duì)應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)就是能綜合運(yùn)用物理、高數(shù)、電路分析等知識(shí)，建立基本通信系統(tǒng)中信號(hào)傳輸、信號(hào)交換和信號(hào)處理的基本概念，并能夠?qū)Ξ?dāng)前科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中各種信號(hào)進(jìn)行分析與仿真等等。

（二）專業(yè)教育與課程思政相融合

整個(gè)教育架構(gòu)由三部分組成：培養(yǎng)什么樣的人、怎么培養(yǎng)人、培養(yǎng)人效果評(píng)價(jià)，形成了一個(gè)環(huán)環(huán)相扣、以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向的閉環(huán)系統(tǒng)[7]。

新工科建設(shè)要求高校在專業(yè)授課中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的傳授與價(jià)值引導(dǎo)的有機(jī)統(tǒng)一，利用好課程這個(gè)主渠道，在專業(yè)課程中融入課程思政，發(fā)揮專業(yè)課的德育功能，提高思想政治教育的親和力和針對(duì)性，以滿足學(xué)生成長(zhǎng)的發(fā)展需求和期待[10]。

課程思政的獨(dú)特價(jià)值體現(xiàn)在它深度融合了思想政治工作于教育教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，旨在構(gòu)建一個(gè)全面覆蓋、貫穿始終的育人體系，確保高等教育在傳授知識(shí)的同時(shí)，亦能培養(yǎng)學(xué)生的思想品德與價(jià)值觀念，切實(shí)履行起立德樹(shù)人的核心使命。

這一模式不僅強(qiáng)調(diào)了教育的全面性，還突出了育人工作的系統(tǒng)性和持續(xù)性，體現(xiàn)了高等教育在培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人方面的獨(dú)特貢獻(xiàn)。這表明，課程思政和OBE理念是相互協(xié)同的。因此，在遵循OBE原則的課程設(shè)計(jì)中，教師積極融入了對(duì)當(dāng)代大學(xué)生“世界觀、人生觀、價(jià)值觀”的培育，以及科學(xué)精神的塑造與科學(xué)思維方式的養(yǎng)成。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，課程巧妙結(jié)合了實(shí)際工程應(yīng)用中的典型案例、國(guó)內(nèi)重大時(shí)事熱點(diǎn)以及杰出工程師的生平事跡等多元化素材，以此作為課程思政教育的生動(dòng)載體。

通過(guò)這樣的方式，教師力求將社會(huì)主義核心價(jià)值觀全面滲透到教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，不僅讓學(xué)生在知識(shí)技能的學(xué)習(xí)中獲得滋養(yǎng)，更在潛移默化中促使這些價(jià)值觀念內(nèi)化為學(xué)生的情感共鳴，外化為他們的日常行為準(zhǔn)則與習(xí)慣，從而培養(yǎng)出既有專業(yè)技能又具備高尚品德的未來(lái)?xiàng)澚骸?/p>

（三）重視學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出的多元化評(píng)估

在OBE模式下，學(xué)習(xí)產(chǎn)出評(píng)估是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它確保了教育改革模式的循環(huán)性和學(xué)生中心的地位?；贠BE理論課程改革的總體思路來(lái)看，OBE模式是一個(gè)循環(huán)的教育改革模式，它基于學(xué)生為中心，聚焦于學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出，學(xué)生在OBE教育模式中處于主動(dòng)與中心地位。因此需要分階段、多元化評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出。在第一課堂層面，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果評(píng)估主要包括小作業(yè)、課堂分組討論、課程小論文、章節(jié)測(cè)驗(yàn)等；在課程實(shí)驗(yàn)層面，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果評(píng)估主要從課程實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作方面進(jìn)行考核，包括實(shí)驗(yàn)箱的操作和軟件編程，實(shí)驗(yàn)拓展部分的小組匯報(bào)展示環(huán)節(jié)等，重在對(duì)理論知識(shí)的理解和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析上；在第二課堂和第三課堂層面，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果可以通過(guò)學(xué)生參加本專業(yè)的工程設(shè)計(jì)專題訓(xùn)練、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽以及省內(nèi)各平臺(tái)組織的專業(yè)比賽等進(jìn)行考核。

多元化的學(xué)習(xí)產(chǎn)出考核，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極地參與到教學(xué)過(guò)程中，刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，有效而非表面上實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到促成學(xué)生提升學(xué)習(xí)產(chǎn)出的目的，并為下一階段的學(xué)習(xí)和社會(huì)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語(yǔ)

基于OBE教育思想的教學(xué)新范式和課程思政相整合，為“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)改革帶來(lái)了新的抓手。這種整合打破了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，通過(guò)改革教學(xué)理念和教學(xué)過(guò)程，將工程教育活動(dòng)與國(guó)家產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展緊密結(jié)合，并將教育目標(biāo)由知識(shí)客體轉(zhuǎn)向?qū)W生本體，把培養(yǎng)時(shí)代和未來(lái)的創(chuàng)新型卓越工程人才擺在更加突出的戰(zhàn)略位置。不過(guò)，實(shí)施OBE模式并不是一蹴而就的，需要循序漸進(jìn)。課程思政的設(shè)計(jì)雖然美好，但融入點(diǎn)卻要再三推敲，以免華而不實(shí)。在信號(hào)與系統(tǒng)的課程改革過(guò)程中，教師將逐步、有序地完善OBE模式的各環(huán)節(jié)，精心構(gòu)思課程思政的切入點(diǎn)，營(yíng)造“研究學(xué)生，鉆研教學(xué)”的氛圍。為加快本課程的改革，相關(guān)工作者將以新的理念、新的要求、新的途徑來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，以滿足培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型工程人才的需要。

作者單位：范羽 吳海濤 肇慶學(xué)院 電子與電氣工程學(xué)院

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