應(yīng)用型本科高校《信號與系統(tǒng)》模塊化課程教學(xué)探究

林宏翔 彭文娟 崔晗 李蓓莉

摘? 要：模塊化教學(xué)強(qiáng)調(diào)輸出為導(dǎo)向，以素質(zhì)為核心、注重能力培養(yǎng)， 是近十年來逐漸興起的應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式。《信號與系統(tǒng)》是電子信息與電氣工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程的模塊化對電子信息專業(yè)模塊化教學(xué)改革影響重大。文章通過探討《信號與系統(tǒng)》與電子信息專業(yè)培養(yǎng)方案的關(guān)系，對該課程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)、探討模塊在專業(yè)培養(yǎng)中作用、對模塊能力進(jìn)行分解、闡述本課程模塊化教學(xué)舉措，并從理論教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容重組兩個方面系統(tǒng)研究了《信號與系統(tǒng)》的模塊化實(shí)施方案，最后分析了本專業(yè)《信號與系統(tǒng)》課程模塊化實(shí)施效果和后續(xù)改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：《信號與系統(tǒng)》;課程教學(xué);模塊化教學(xué);應(yīng)用型本科高校

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）14-0075-04

Abstract： Modular teaching emphasizes output-oriented， quality-oriented and ability-building. It is a training mode of applied undergraduate talents gradually rising in recent ten years. Signal and System is the most important professional basic course of electronic information and electrical engineering. The modularization of the course has a great impact on the modular teaching reform of electronic information specialty. This paper discusses the relationship between Signal and System and the training scheme of electronic information specialty， designs the course modularization， discusses the function of modules in professional training， decomposes the module ability， and expounds the modular teaching measures of this course. It also systematically studies the modularization of Signal and System from two aspects of theoretical teaching content improvement and practical teaching content reorganization. Finally， the paper analyzes the implementation effect and follow-up improvement measures of Signal and System course.

Keywords： "Signal and System"; course instruction; modular teaching; applied undergraduate colleges

《信號與系統(tǒng)》課程是電子信息類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，通常在學(xué)生學(xué)習(xí)過高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)后開設(shè)，是重要的理論分析課程，要求學(xué)生掌握基本的時頻域分析方法，能夠計(jì)算信號、系統(tǒng)及其相互之間的約束關(guān)系，《信號與系統(tǒng)》課程的知識是《通信原理》《數(shù)字信號處理》《移動通信》等電子信息專業(yè)的必備基礎(chǔ)。

20世紀(jì)70年代初由國際勞工組織以現(xiàn)場教學(xué)的方式提出了一種全新的教學(xué)模式，該教學(xué)模式以應(yīng)用技能為教學(xué)核心，注重能力應(yīng)用，被命名為模塊化教學(xué)[1-3]。經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，我國的高等院?？偨Y(jié)出了更加符合我國需求的“寬基礎(chǔ)、活模塊”教育模式。“寬基礎(chǔ)、活模塊”的模塊化教學(xué)模式主要針對應(yīng)用型本科高校。該模式從以人為本、全面育人的教育理念出發(fā)，根據(jù)正規(guī)全日制職業(yè)教育的培養(yǎng)要求，通過模塊課程間靈活合理的搭配，培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才基礎(chǔ)人文素養(yǎng)、基礎(chǔ)從業(yè)能力，以及專業(yè)技術(shù)能力[4-6]。通過調(diào)研國內(nèi)應(yīng)用型本科高校模塊化教學(xué)情況，我們發(fā)現(xiàn)目前各應(yīng)用型高校模塊化教學(xué)體系主要具備以下特點(diǎn)：首先，依據(jù)當(dāng)?shù)匦袠I(yè)的實(shí)際崗位工作需求，設(shè)計(jì)各教學(xué)模塊，有效培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力;其次，依據(jù)各類不同的教學(xué)目標(biāo)與能力需求，模塊化課程教學(xué)內(nèi)容具有極強(qiáng)的針對性，同時各教學(xué)模塊之間能夠根據(jù)需求靈活組合;最后，模塊化課程內(nèi)容能夠根據(jù)市場需求的改變而進(jìn)行動態(tài)變化，不斷完善更新，進(jìn)而有效地提高教學(xué)的效果及學(xué)生能力與市場的適應(yīng)性。

將應(yīng)用型本科專業(yè)課程《信號與系統(tǒng)》進(jìn)行模塊化教學(xué)改革，是提高教學(xué)效果的重要途徑，亦是提升學(xué)生專業(yè)技能的重要方式，經(jīng)過長達(dá)三年的《信號與系統(tǒng)》模塊化教學(xué)改革嘗試，我們積累了應(yīng)用型本科高校模塊化教學(xué)的重要經(jīng)驗(yàn)，取得較為滿意的教學(xué)改革效果，為后續(xù)大范圍的模塊化教學(xué)起到了試點(diǎn)示范作用。

一、針對電子信息專業(yè)進(jìn)行《信號與系統(tǒng)》模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)

以應(yīng)用能力作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是模塊化教學(xué)的根基。學(xué)生在完成某個模塊內(nèi)容的學(xué)習(xí)后，能夠快速獲得相關(guān)方面應(yīng)用的能力，改變了以往傳統(tǒng)教學(xué)中的公共課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課等的劃分，以能力的培養(yǎng)和應(yīng)用為導(dǎo)向性進(jìn)行課堂教學(xué)，有效整合各門課程之間知識的連續(xù)性，保證學(xué)生的知識學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)具有系統(tǒng)性和連貫性[7-9]。

因此，與常規(guī)課程教學(xué)不同，模塊化教學(xué)需要對每個課程的模塊進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)。在對《信號與系統(tǒng)》課程模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，我們愈發(fā)覺得課程設(shè)計(jì)需要從頂層設(shè)計(jì)開始，即由電子信息專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，根據(jù)所需的培養(yǎng)能力挑選課程內(nèi)容進(jìn)行模塊教學(xué)。多個模塊對一個能力指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行支撐。根據(jù)惠州學(xué)院電子信息技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案， 結(jié)合惠州市電子信息企業(yè)的人才需求分析，我們制定了《信號與系統(tǒng)》的教學(xué)模塊，并通過結(jié)合其它專業(yè)課程的知識點(diǎn)，共同支撐能力指標(biāo)點(diǎn)。（見表1）

二、《信號與系統(tǒng)》模塊要素及教學(xué)舉措

目前，惠州學(xué)院電子信息專業(yè)正嘗試“一目標(biāo)，五能力，多要素，廣支撐”的模塊化教學(xué)方式?！耙荒繕?biāo)”指的是遵循培養(yǎng)目標(biāo)為應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的基本宗旨?！拔迥芰Α敝傅氖请娮有畔I(yè)本科生所需具備分析問

題能力、設(shè)計(jì)開發(fā)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、良好心理承受能力、終身學(xué)習(xí)能力這五個基本能力。“多要素，廣支撐”指的是對每門課程的知識點(diǎn)和技能進(jìn)行劃分，將知識點(diǎn)和技能封裝成各個模塊要素，對學(xué)生進(jìn)行講授，同時對多門課程進(jìn)行整合，將不同課程中的相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，為學(xué)生建立網(wǎng)狀的知識體系，實(shí)現(xiàn)多門課程支撐同一個能力的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

如圖1所示，圍繞電子信息專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，共有五大能力進(jìn)行支撐，而每個專業(yè)能力則有多個模塊要素支撐。支撐某一個能力的教學(xué)模塊要素可能來源于同一門專業(yè)課程，也可能分布在不同的專業(yè)課程中。圖中頂層圓球表示培養(yǎng)目標(biāo)，立方體表示專業(yè)能力，底層球體表示所屬某個專業(yè)課（底層正方形格子）的教學(xué)模塊要素。

為設(shè)計(jì)符合企業(yè)需求技能的課程，電子信息系組織大量教師前往惠州市當(dāng)?shù)仉娮有畔⑵髽I(yè)進(jìn)行調(diào)研，采用掛職鍛煉的方式，長期深入企業(yè)一線，充分了解目前企業(yè)所需的應(yīng)用型人才。其次，組織教師進(jìn)行課程的模塊化細(xì)分，梳理凝練出本模塊在社會需求中應(yīng)該支撐的專業(yè)能力，包括培養(yǎng)學(xué)生對電路系統(tǒng)分析能力、電路系統(tǒng)測試能力，運(yùn)用信號、電路、高頻等專業(yè)知識進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。對于本模塊應(yīng)該培養(yǎng)的能力，可以進(jìn)一步歸為基本能力和提升能力兩大類，電路系統(tǒng)分析、測試能力屬于基本能力;通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)、信號優(yōu)化能力屬于提升能力的范疇。此外，為了幫助新進(jìn)青年教師快速成長，院系組織中青年教師進(jìn)行“傳幫帶”。為每位青年教師配備一名教學(xué)指導(dǎo)教師，每名教學(xué)指導(dǎo)教師至少具有十年以上教齡，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，課堂管理能力較強(qiáng)。院系要求青年教師參與指導(dǎo)教師的授課過程，擔(dān)任相應(yīng)課程的助教工作，同時要求指導(dǎo)教師幫助青年教師安排、設(shè)計(jì)模塊化教學(xué)內(nèi)容，每學(xué)期至少聽課八次，并為青年教師提供課程教學(xué)、課堂管控、教學(xué)技巧等意見。

三、《信號與系統(tǒng)》模塊化實(shí)施方案

由于《信號與系統(tǒng)》這門課程中包含大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，而應(yīng)用型本科高校學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)相對于高水平大學(xué)本科生較為薄弱，因此學(xué)生普遍感覺本專業(yè)的《信號與系統(tǒng)》課程理論性偏強(qiáng)，學(xué)習(xí)過程較為枯燥。此外，由于知識理論體系和專業(yè)能力之間的對應(yīng)關(guān)系不明確，導(dǎo)致專業(yè)能力達(dá)成度不夠，學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確，這也是應(yīng)用型本科高校在嘗試模塊化教學(xué)的主要目標(biāo)。為此，我們對《信號與系統(tǒng)》課程中的理論和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了重組，同時開展諸多和《信號與系統(tǒng)》課程相關(guān)的專業(yè)見習(xí)。

（一）模塊化實(shí)施方案-理論教學(xué)內(nèi)容重組

為改善教學(xué)中的不足之處，我們組織專業(yè)教師對理論課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重組。重新梳理本教學(xué)模塊的知識體系，凝練專業(yè)技能。本模塊一共包括了基本概念、基本數(shù)學(xué)方法、時域分析、頻域分析四個方面，在重組模塊教學(xué)過程中，弱化了對模塊培養(yǎng)能力支持度低的數(shù)學(xué)方法類等相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。同時將教師的科研項(xiàng)目引入課堂，以實(shí)際應(yīng)用為立足點(diǎn)，結(jié)合理論知識分析實(shí)際科研項(xiàng)目中的問題，《信號與系統(tǒng)》教學(xué)模塊重組結(jié)果如表2所示。

（二）模塊化實(shí)施方案-實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容重組

在實(shí)踐教學(xué)中，根據(jù)《信號與系統(tǒng)》所支撐的基本能力和提升能力來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如，針對電子電路系統(tǒng)的分析問題能力，我們設(shè)計(jì)了系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及測試實(shí)驗(yàn)，針對信號傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)能力設(shè)計(jì)無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)、二階電路傳輸特性等實(shí)驗(yàn)，表3中列出了部分實(shí)驗(yàn)與對應(yīng)支撐能力的關(guān)系。

（三）模塊化實(shí)施方案-專業(yè)見習(xí)及企業(yè)實(shí)習(xí)

除了對理論、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的重組，院系領(lǐng)導(dǎo)還組織本專業(yè)進(jìn)行針對某些熱點(diǎn)技術(shù)的專業(yè)見習(xí)，專業(yè)見習(xí)的內(nèi)容會根據(jù)每年熱門、熱點(diǎn)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，近兩年來，已經(jīng)開展了四軸飛行器、智能手環(huán)、AI圖像識別、5G通訊技術(shù)等熱點(diǎn)技術(shù)的專業(yè)見習(xí)。例如，在四軸飛行器專業(yè)見習(xí)中學(xué)生能夠使用MPU6050傳感，在工程師指導(dǎo)下完成電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)，了解姿態(tài)運(yùn)算四元素運(yùn)算軟件設(shè)計(jì)過程，獨(dú)立進(jìn)行PID算法、濾波算法設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在工程實(shí)例中加深對理論知識的理解。

專業(yè)見習(xí)主要針對大四學(xué)年的學(xué)生，通過為期一周的理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐鍛煉，幫助學(xué)生快速上手相關(guān)技術(shù)，為后續(xù)的企業(yè)實(shí)習(xí)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

學(xué)生通過一周的高密度、高質(zhì)量學(xué)習(xí)，學(xué)生基本能夠達(dá)到相關(guān)技術(shù)的入門水平，隨后學(xué)生立刻進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行長達(dá)九個月的實(shí)習(xí)，同時由企業(yè)導(dǎo)師根據(jù)學(xué)生實(shí)習(xí)內(nèi)容和企業(yè)的技術(shù)需求制定畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文題目，再由企業(yè)導(dǎo)師和學(xué)院導(dǎo)師共同指導(dǎo)完成，確保每個學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)都是真題真做，達(dá)到實(shí)踐、實(shí)習(xí)的真實(shí)目的和良好效果。

四、學(xué)生專業(yè)能力對比及教學(xué)效果分析

惠州學(xué)院電子信息專業(yè)模塊化教學(xué)于2018年起步，至今我們對16、18級電子信息科學(xué)技術(shù)四個班進(jìn)行了平行對比觀察，發(fā)現(xiàn)采用模塊化教學(xué)的班級其學(xué)生動手能力較強(qiáng)，對于知識的運(yùn)用較為靈活，其各大賽的成績優(yōu)于常規(guī)班級，在短短兩年的時間內(nèi)，學(xué)生在“恩智浦”杯智能車大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生教育機(jī)器人大賽、機(jī)甲大賽等多個國家級大賽中取得優(yōu)異成績。通過大量問卷調(diào)查，從四個對比班級的反饋信息中，我們得知大部分同學(xué)對模塊化教學(xué)持認(rèn)可態(tài)度，認(rèn)為模塊化教學(xué)效果更好，但是也有部分同學(xué)反映模塊化教學(xué)知識點(diǎn)零碎不易形成知識體系。從問卷調(diào)查評分反饋我們發(fā)現(xiàn)，采用模塊化教學(xué)的班級其學(xué)生五大能力中除心理承受能力以外均有提升。同時從課堂情況中，我們也發(fā)現(xiàn)學(xué)生的出勤率、前排就坐率得到了大幅提升[10]。此外，通過對學(xué)生就業(yè)單位的走訪，諸多企業(yè)也對學(xué)生應(yīng)用技能的提升表示認(rèn)可，體現(xiàn)輸出為導(dǎo)向的模塊化教學(xué)初見成效。（見圖2）

五、結(jié)論

通過4個平行班級的對比，我們發(fā)現(xiàn)模塊化教學(xué)的學(xué)生相對于常規(guī)教學(xué)學(xué)生其專業(yè)能力更強(qiáng)，說明模塊教學(xué)改革已經(jīng)取得一定的成績。目前本專業(yè)的模塊化教學(xué)，還是采用常規(guī)教材，只是在教學(xué)的過程中將知識點(diǎn)進(jìn)行重新排列和組合，選擇同類的能量支撐要素進(jìn)行整合教學(xué)，因此，在教學(xué)的過程中，部分同學(xué)感覺知識點(diǎn)零碎，知識不成體系。這也對本院系的教師提出了新的要求和考驗(yàn)，在后續(xù)的教學(xué)過程中，本專業(yè)將組織專任教師對專業(yè)課課表進(jìn)行重新編寫，使用最合適的模塊化教學(xué)教材，并進(jìn)一步編寫與本模塊教學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。學(xué)生通過《信號與系統(tǒng)》模塊化課程的學(xué)習(xí)，并通過參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，培養(yǎng)學(xué)生所需的專業(yè)能力，同時增強(qiáng)了學(xué)生邏輯思維能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]游漫.模塊化教學(xué)法在中職商務(wù)英語課程中的應(yīng)用[J].科教導(dǎo)刊，2011（14）：50-51，88.

[2]黃優(yōu)，王洪波.“模塊化”教學(xué)模式在《安全人機(jī)工程學(xué)》課程中的應(yīng)用研究[J].高教學(xué)刊，2020（25）：90-92.

[3]王曉立.產(chǎn)教融合背景下應(yīng)用型本科模塊化教學(xué)研究[J].辦公自動化，2020，25（15）：37-38.

[4]付中華.模塊化教學(xué)在車工實(shí)洲中的好處[J].科學(xué)咨詢，2014（6）：130-131.

[5]趙琰，蔣偉，陸靜，等.課程思政的探索與實(shí)踐——以信號與系統(tǒng)為例[J].中國教育技術(shù)裝備，2019（8）：84-85+88.

[6]張鵬，袁丹丹.應(yīng)用型本科院校教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)探究[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2020（2）：67-71.

[7]張程，陶峰，丁娜，等.應(yīng)用型本科院校建筑學(xué)專業(yè)模塊化改革的思考——以合肥學(xué)院為例[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，3（32）：200-202.

[8]胡春玲，呂剛，項(xiàng)響琴，等.“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”模塊化教學(xué)改革研究——以合肥學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例[J].合肥學(xué)院學(xué)報(bào)（綜合版），2019，36（2）：119-124.

[9]黃慶南.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信課程教學(xué)改革探討[J].高教論壇，2008（6）：179-181，178.

[10]林宏翔.應(yīng)用型本科高?！缎盘柵c系統(tǒng)》課程教學(xué)改進(jìn)及探究[J].高教學(xué)刊，2019（16）：138-140.