基于OBE理念的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革與研究

唐亮， 張衛(wèi)鋼， 張慧娥

(西安思源學(xué)院 電子信息工程學(xué)院， 西安 710038)

0 引言

基于成果的教育OBE(Outcome Based Education)是一種新型的教育形式，它把教育系統(tǒng)中的一切都集中圍繞著學(xué)生在畢業(yè)時(shí)應(yīng)取得的成果去組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)[1]。所謂成果，指學(xué)生在教育過(guò)程中的最終學(xué)習(xí)成果，不僅是學(xué)生獲得的書(shū)本知識(shí)，還包括學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)；對(duì)知識(shí)整體結(jié)構(gòu)的把握和理解，多角度、多維度解決實(shí)際問(wèn)題的能力；通過(guò)完成較為復(fù)雜的任務(wù)，獲得創(chuàng)造性、創(chuàng)新性思維的能力；分析綜合信息的能力以及不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

“信號(hào)與系統(tǒng)”是高等學(xué)校本科電子信息工程、通信工程、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、機(jī)電一體化等專業(yè)的一門(mén)核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，它對(duì)理工科大學(xué)生的自學(xué)能力，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的提高，科學(xué)思維、實(shí)踐技能和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)有著深遠(yuǎn)的影響。它不僅是本科生教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃中的一門(mén)必修課，同時(shí)也是上述專業(yè)研究生入學(xué)考試的必考科目，在本科教學(xué)環(huán)節(jié)中占有非常重要的地位，是學(xué)習(xí)現(xiàn)代信息理論、掌握現(xiàn)代信息技術(shù)、促進(jìn)國(guó)家信息化建設(shè)的理論基礎(chǔ)，有人甚至把它比喻為開(kāi)啟21世紀(jì)信息科學(xué)殿堂的一把鑰匙。本文以西安思源學(xué)院電子信息工程專業(yè)的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程為例，針對(duì)該課程目前存在的問(wèn)題探討如何以O(shè)BE教育理念指導(dǎo)該課程的課堂教學(xué)改革。

1 課程研究學(xué)習(xí)路線

根據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)知識(shí)內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合我校學(xué)生特點(diǎn)，將本門(mén)課程的內(nèi)容分為兩個(gè)層面：下層為“信號(hào)分析”，上層為“系統(tǒng)分析”。下層是上層的基礎(chǔ)，上層是下層的成果[2]。該課程的學(xué)習(xí)線路圖，如圖1所示。

學(xué)生有了這個(gè)線路圖可以對(duì)本門(mén)課程的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)有所大體掌握，便于后期課程的深入學(xué)習(xí)。

2 以成果為本的課堂教學(xué)改革

課堂教學(xué)改革是整個(gè)課程改革的重點(diǎn)[3]，結(jié)合我校本課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，利用OBE教育教學(xué)理念加新穎教學(xué)工具，在弱化電路分析的知識(shí)、強(qiáng)化信號(hào)與系統(tǒng)概念理論的基礎(chǔ)上，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，提高學(xué)生的分析、運(yùn)用能力。具體做法有以下幾點(diǎn)：

(1)多位教師講授同一門(mén)課程

首先，打破傳統(tǒng)的一個(gè)課堂只有一個(gè)老師教學(xué)的約束，采用集中備課、合理分工的模式，備課過(guò)程中要著重根據(jù)本節(jié)課程所講的內(nèi)容以及要求學(xué)生掌握的知識(shí)和最終達(dá)到的效果，設(shè)計(jì)生活實(shí)例和案例分析，通過(guò)分析生活案例讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的目的及意義；通過(guò)具體案例分析，讓學(xué)生體會(huì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義，切身感受系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程。其次，針對(duì)每一章節(jié)的具體教學(xué)內(nèi)容要求所有代課老師現(xiàn)行試講，遴選出教學(xué)效果最好的老師。

圖1 “信號(hào)與系統(tǒng)”課程學(xué)習(xí)線路圖

(2)根據(jù)學(xué)生實(shí)際，分層次教學(xué)

每一個(gè)學(xué)生的知識(shí)累積不同，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不同，學(xué)習(xí)程度也不同，對(duì)課堂知識(shí)的要求也不盡相同，所以在教學(xué)過(guò)程中，采用分層次教學(xué)。針對(duì)我校學(xué)生特點(diǎn)在教學(xué)過(guò)程中對(duì)同一個(gè)班級(jí)的學(xué)生分為3個(gè)層次：基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、理解能力強(qiáng)、準(zhǔn)備考研究生的學(xué)生；準(zhǔn)備直接走上工作崗位的學(xué)生；基礎(chǔ)相對(duì)較差，學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)的學(xué)生。在這3種層次中，我校學(xué)生大部分為第二層次，所以在課堂教學(xué)過(guò)程中，以第二層次學(xué)生為主要對(duì)象，并且重點(diǎn)突出理論與實(shí)踐相結(jié)合的部分，讓本課程的教學(xué)對(duì)學(xué)生走入工作崗位有很大的幫助；對(duì)于第一層次學(xué)生可以利用現(xiàn)代化信息教學(xué)方式，例如：“微課、幕課”的方式，讓學(xué)生在課余時(shí)間想主動(dòng)提高理論知識(shí)的時(shí)候少走彎路，明確方向；對(duì)于第三層次的學(xué)生主要是首先幫助他們?cè)O(shè)法掌握本課程的基本知識(shí)要求，其次是努力通過(guò)本校期末考試。在實(shí)際講課過(guò)程中要明確哪些內(nèi)容對(duì)應(yīng)哪些層次的學(xué)生必須掌握或了解，同時(shí)在留課后作業(yè)的時(shí)候也要分層次進(jìn)行布置。

(3)結(jié)合課程特點(diǎn)，充分利用比較法教學(xué)

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的各個(gè)章節(jié)知識(shí)內(nèi)容相輔相成、逐步遞進(jìn)。課程的整個(gè)內(nèi)容體系將連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)兩大系統(tǒng)對(duì)比研究，按照先連續(xù)后離散的次序進(jìn)行講解；各章節(jié)的次序也是按時(shí)域、頻域、S域、Z 域的順序來(lái)劃分，不僅強(qiáng)調(diào)連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的共性，而且也突出了各自的特點(diǎn)。因此在講授信號(hào)與系統(tǒng)課程的全過(guò)程中比較法是最常用、最好用、最重要的教學(xué)方法，可以說(shuō)“比較法教學(xué)”無(wú)處不在。所以在緒論課中應(yīng)給學(xué)生講到這門(mén)課程的這個(gè)特點(diǎn)，在實(shí)際章節(jié)的講解中，給學(xué)生通過(guò)比較前后相關(guān)和相似的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)并分析兩者的異同點(diǎn)，讓學(xué)習(xí)變得更簡(jiǎn)單、更容易。學(xué)生掌握了本門(mén)課程的這個(gè)特點(diǎn)，學(xué)習(xí)起來(lái)也會(huì)感覺(jué)輕松快樂(lè)，信心百倍。例如將連續(xù)系統(tǒng)的卷積積分和離散系統(tǒng)的卷積和放在一起進(jìn)行比較講解，學(xué)生在學(xué)習(xí)了連續(xù)系統(tǒng)的卷積積分知識(shí)內(nèi)容后，比較著學(xué)習(xí)卷積和的內(nèi)容，就會(huì)起到事半功倍的效果。

4)反轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生真正成為課堂的主人

教學(xué)改革一直強(qiáng)調(diào)課堂要以學(xué)生為“主體”，可實(shí)際中更多的時(shí)間都是教師將知識(shí)灌輸?shù)綄W(xué)生的腦子中，學(xué)生從未成為過(guò)課堂的“主人”。A.V.Oppenheim 曾說(shuō)過(guò)“有些課程只是讓學(xué)生不斷地點(diǎn)頭( nodding，nodding，…)，而我們的講課是讓學(xué)生不斷地思考(thinking，thinking，…) ”[4]。如何成為課堂的“主人”？傳統(tǒng)的教學(xué)中，每堂課的前5分鐘教師基本安排的都是對(duì)上次課知識(shí)內(nèi)容的回顧，基于OBE理念的教學(xué)方式，可以嘗試著讓學(xué)生去做課堂小老師，完成這5分鐘的知識(shí)回顧，不完整的地方由其他學(xué)生或教師做補(bǔ)充。通過(guò)這種做法不僅讓上講臺(tái)講的學(xué)生更好地回顧和把握前期課堂所學(xué)知識(shí)，同時(shí)聽(tīng)講的學(xué)生也因?yàn)樾路绞降男迈r感而更加愿意去配合、去補(bǔ)充。與此同時(shí)，我們的這種方法不僅僅局限于課堂教學(xué)中，在習(xí)題課的時(shí)候也是首先由學(xué)生將自己的做法講述出來(lái)，教師和其他同學(xué)共同聽(tīng)，一起探討做題的方法。通過(guò)這種做法，學(xué)生在課堂上更加積極，更加占據(jù)主動(dòng)地位，課堂氣氛也會(huì)更加活躍，真正成為課堂的主人。

5)信息化輔助課堂教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量

由于受到時(shí)間、地點(diǎn)、課時(shí)量等因素的影響，信號(hào)與系統(tǒng)課程傳統(tǒng)的面對(duì)面講課的方式并不能滿足每一位同學(xué)對(duì)課堂知識(shí)的要求。但在當(dāng)今社會(huì)，手機(jī)、電腦學(xué)生人人都有，那么類似于“微課”、“幕課”等一些新型的教學(xué)方式也應(yīng)逐步引入到我們的課堂教學(xué)中。所以針對(duì)本課程的微信公眾號(hào)“鼠言獸語(yǔ)”已經(jīng)建立，以微課堂的形式定期發(fā)送本課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生對(duì)于上課時(shí)沒(méi)有聽(tīng)懂或者是沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)的部分可以上網(wǎng)繼續(xù)學(xué)習(xí)，并在互動(dòng)平臺(tái)上對(duì)有問(wèn)題的部分可以留言，大家共同討論交流。

此外，我們針對(duì)每節(jié)課制作在線問(wèn)卷調(diào)查，學(xué)生利用下課前2分鐘的時(shí)間通過(guò)手機(jī)掃描二維碼填寫(xiě)關(guān)于本節(jié)課知識(shí)掌握情況的問(wèn)卷調(diào)查，教師利用課余時(shí)間通過(guò)手機(jī)查看學(xué)生對(duì)本節(jié)課的知識(shí)掌握情況，在下次課時(shí)可有針對(duì)性的對(duì)上節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，以此讓學(xué)生保持知識(shí)的連貫性和銜接性。

6)實(shí)踐教學(xué)改革

為使學(xué)生深刻掌握和理解“信號(hào)與系統(tǒng)”的理論知識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是在理論知識(shí)講完的基礎(chǔ)上針對(duì)一些難以理解的抽象概念以及課程要求掌握的技術(shù)方法設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用Matlab軟件進(jìn)行。因?yàn)镸atlab具有強(qiáng)大的數(shù)值分析及計(jì)算，能使繁雜的理論計(jì)算變得易于實(shí)現(xiàn)，結(jié)果也能可視化，可使教學(xué)過(guò)程變得更加清晰直觀[5]，但由于“信號(hào)與系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，所以設(shè)置的實(shí)驗(yàn)大都為實(shí)驗(yàn)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單、學(xué)生也完成較快的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，雖然是完成了實(shí)驗(yàn)任務(wù)，但學(xué)生實(shí)際操作能力和綜合分析能力得不到鍛煉。因此基于教學(xué)實(shí)際和OBE教學(xué)理念，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，采用先實(shí)驗(yàn)后理論，在講理論知識(shí)點(diǎn)之前，先把如“連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)域分析”、“連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)頻域分析”等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目布置給學(xué)生，讓學(xué)生先自己完成。通過(guò)這種方式，一方面，可以較好的提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力；另一方面，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放，學(xué)生可以不拘泥于固定的時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)；再一方面，給學(xué)生提供了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的思考空間，有利于學(xué)生設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。課程的中后期，當(dāng)學(xué)生對(duì)本課程的知識(shí)有了較為深刻的理解之后，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際情況以分組的形式，布置一些類似“數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)”、“音頻信號(hào)的采樣與重構(gòu)”等創(chuàng)新性和綜合性的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生自主解決問(wèn)題和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力[6]。

3 總結(jié)

以O(shè)BE教育理念為導(dǎo)向，結(jié)合新穎的教學(xué)方法和教學(xué)手段開(kāi)展本門(mén)課程的教學(xué)改革是信號(hào)與系統(tǒng)課程改革的第一步，本文提出的幾種課堂教學(xué)改革方法，通過(guò)我校教學(xué)實(shí)踐證明可以極大的提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)新型人才。在今后的教學(xué)中將繼續(xù)不斷完善、創(chuàng)新和實(shí)踐，探索新的教育教學(xué)改革路線來(lái)提高本門(mén)課程的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。