龔成瑩，胥田田，何輝，王宏斌

［摘 要］ “信號與系統(tǒng)”是新工科專業(yè)電子信息類專業(yè)的核心基礎課。隨著新工科建設的推進，針對“信號與系統(tǒng)”課程的特點，探索了“信號與系統(tǒng)”課程建設方法。以課堂為中心，向課前和課后適度拓展，構(gòu)建“線上線下、課前課后、校內(nèi)校外”的三交叉教學模式；依托“開物云課堂+雨課堂”等教學平臺，多角度激發(fā)學生學習的積極性。課程改革有效地提升了學生的學習興趣，學生課堂參與度高，自主學習積極性和動手能力均有明顯提高，同時對其他電類課程的示范輻射作用明顯。

［關鍵詞］ 信號與系統(tǒng)；新工科；課程建設；教學模式

［基金項目］ 2020年度甘肅省教育廳甘肅省高等學校教學成果培育項目“基于OBE理念的混合式教學模式研究——以‘C語言程序設計課程為例”（2020-196）；2020年度甘肅省教育廳甘肅省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學改革項目“電子設計創(chuàng)新課專創(chuàng)融合方式教學改革研究”（2020-22）；2022年度蘭州工業(yè)學院新工科研究與實踐項目“新工科背景下應用型本科院校電子信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建與探索”（2022-LGYXGK-03）

［作者簡介］ 龔成瑩（1979—），女，甘肅景泰人，碩士，蘭州工業(yè)學院電子信息工程學院教授，主要從事信息與信號處理研究；胥田田（1992—），女，甘肅定西人，碩士，蘭州工業(yè)學院電子信息工程學院講師，主要從事信息與信號處理研究；何 輝（1978—），男，甘肅秦安人，碩士，蘭州工業(yè)學院電子信息工程學院教授，主要從事計算機應用研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）11-0101-04［收稿日期］ 2022-05-09

“信號與系統(tǒng)”是電子信息類專業(yè)的一門學科基礎必修課，通過課堂講授、實驗教學等環(huán)節(jié)，使學生掌握信號表示和系統(tǒng)描述的基本概念與基本分析方法。課程包含眾多重要復雜的公式、定理和性質(zhì)，涉及微分方程、矩陣等復雜、煩瑣的數(shù)學知識，數(shù)學原理較多，抽象且難以理解，導致課程與實踐應用脫節(jié)，學生的學習積極性不高。如何提升學生的學習興趣，改善教學效果，是亟待解決的問題。

一、課程建設的總體思路

隨著新工科建設的發(fā)展，按照“兩性一度”的“金課”建設標準，“信號與系統(tǒng)”課程經(jīng)過多年的教學實踐和課程建設［1-3］，在2020年被認定為省級一流本科課程，在不斷探索中形成了“多模式交叉、多平臺融合、多元化考核”的教學特色。如圖1所示，構(gòu)建“線上線下、課前課后、校內(nèi)校外”的三交叉教學模式；課前教師通過“開物云課堂”和雨課堂等教學平臺向?qū)W生推送課程章節(jié)資源，要求學生登錄完成布置的任務點，以培養(yǎng)學生自主學習、獨立思考、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。同時，設置課前小測和線上討論與答疑模塊，可真實反饋學生對課程知識點的掌握情況，以供教師實時調(diào)控課程內(nèi)容的重點和難點。學生選擇使用平臺、MOOC或自建微視頻庫進行在線學習、測驗等，并反饋學習情況。根據(jù)課前線上教學環(huán)節(jié)學生自學完成情況，教師針對課程重點和難點開展線下教學工作。在線下教學環(huán)節(jié)中，以學生為主體，教師主要起引導作用，組織學生開展分享知識、自主討論，學生不懂的內(nèi)容可隨時提問，教師進行現(xiàn)場答疑解惑，以幫助學生鞏固自學、解析難點。課后學生在“開物云課堂”平臺完成作業(yè)、單元測驗及實驗報告，同時通過創(chuàng)新實驗、學科競賽拓展學習，提高實踐能力。

學生依托華天、ICT產(chǎn)教融合企業(yè)參加校外實踐，各小組通過查閱資料和討論，自主選題，設計項目實施方案，教師對方案進行審閱，集體討論、分析并形成最終實施方案。項目實施結(jié)束后，各小組以PPT的形式進行成果匯報，并通過組間互評的方式進行評分。在校外實踐教學過程中，學生是實施的主導者，教師只起輔助導向作用，徹底改變學生被動接受知識的狀況，激發(fā)學生內(nèi)在的學習動力與活力，提高解決生產(chǎn)實際問題的實踐能力。

以“原理+方法，過程+結(jié)果，知識+能力”為考查目標，推行學生參與評價的全過程多元化考核方式。其中“原理+方法”充分結(jié)合課程內(nèi)容，設計各種讓學生參與的教學活動，采取教師評價和團隊成員互評等方式考核?！斑^程+結(jié)果”實現(xiàn)教學目標的保障，根據(jù)課程體系和知識節(jié)點，增加階段性測試，以檢驗知識的掌握情況。“知識+能力”是教學目標與考核的出發(fā)點，教學過程是師生通過雙邊活動實現(xiàn)教學目標的過程［4］。

二、課程教學改革與實踐方法

針對存在的教學問題，積極探索課程建設方法，以達到教學效率與學生學習效果的有機統(tǒng)一。具體改革方法如下。

1.“信號與系統(tǒng)”課程教學內(nèi)容主要包括信號表示和系統(tǒng)描述兩部分。信號表示、系統(tǒng)描述又分別包含連續(xù)和離散兩部分，教學內(nèi)容有明顯的對稱性特點?；诖?，構(gòu)建信號與系統(tǒng)“知識樹”，教學內(nèi)容以信號表示和系統(tǒng)描述為樹干，以連續(xù)和離散為樹枝，以時域、頻域和復頻域分析為樹葉構(gòu)建“知識樹”，基于教學內(nèi)容的對稱特性組織知識點，構(gòu)建知識體系。

2.將理論和實驗、校內(nèi)學習和企業(yè)實踐相互關聯(lián)、相互滲透，通過“基礎實驗、創(chuàng)新實踐、學科競賽、企業(yè)訓練”層遞式的訓練過程，設計“四級立體化”實踐模式。第一階段為基礎實驗，課前通過實驗演示系統(tǒng)完成實驗預習；課中學生獨立完成；課后分析實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)經(jīng)驗。第二階段為創(chuàng)新實踐，學生自行設計實驗方案和內(nèi)容，通過答辯的方式講解方案及實驗結(jié)果，主要培養(yǎng)學生的自主實驗能力，提高實踐創(chuàng)新能力。第三階段通過參加與課程相關的各級各類學科競賽，進一步提升實踐能力。第四階段依托ICT產(chǎn)教融合進行企業(yè)訓練，激發(fā)學生的個人潛能，增強團隊成員的配合度與凝聚力，提升學生的工程素質(zhì)。

3.采用慕課教學和“翻轉(zhuǎn)課堂”設計教學過程?！靶盘柵c系統(tǒng)”課程共56學時，分為連續(xù)和離散的時間信號與系統(tǒng)兩部分，42學時連續(xù)部分采用線下課堂教學，14學時離散部分采用線上自學視頻+線下知識內(nèi)化方式，學生課前充分利用教師提供的各種“慕課”資源，自主地學習相關知識，教師跟蹤學習，收集問題，而課堂則變成教師與學生、學生與學生互動的場所，通過小組討論、知識競賽等方式進行解答、鞏固和拓展。

4.依托“開物云課堂+雨課堂”平臺輔助教學。通過校本平臺“開物云課堂”推送慕課、教學課件、講義、實驗指導書，批改在線作業(yè)和實驗報告，完成單元測驗、輔導答疑、小組討論等。課堂互動采用雨課堂，PPT內(nèi)嵌測驗，隨時講，隨時測；平臺可發(fā)彈幕、投稿、隨機點名等，教師充分掌握課堂動態(tài)。

5.減少傳統(tǒng)“信號與系統(tǒng)”教學中煩瑣的公式推導，自建“信號與系統(tǒng)”實驗演示系統(tǒng)，在Matlab中完成對重點和難點知識的演示，輔助理論教學，對教學難點進行圖像強化，加深學生的印象，有助于學生對知識的理解。

6.針對理論與實踐脫節(jié)這一問題，構(gòu)建完成教學案例庫，包括課程在不同領域的應用實例，使學生明白課程的應用場合，培養(yǎng)學生在實際應用中獨立分析和解決問題的能力，提高學生的自主意識和創(chuàng)新意識。

7.針對課程涉及的眾多復雜公式、定理和性質(zhì)，相關知識點瑣碎且難于理解，分單元設計課程課件，并建設微視頻庫，包括預習、線上學習和習題等內(nèi)容的學習視頻。

8.考核形式多元化，改進評價方式，重視學生學習過程中的相互評價。考核包括過程考核和期末考試。期末考試為閉卷筆試（占45%），側(cè)重考核學生對基本概念的理解，如傅里葉變換、拉氏變換的基本運算、通信電子系統(tǒng)的分析方法。過程考核包含出勤（占4%）、作業(yè)（占14%）、課堂表現(xiàn)（占14%）、實驗（占8%）、線上線下成績（占15%）按學時比重計入總成績。線上線下考核根據(jù)自學視頻和線下課堂中學生表現(xiàn)綜合打分，考查學生的自學能力、團隊協(xié)作能力和評價能力等；作業(yè)考核學生對單元知識點的掌握程度；課堂表現(xiàn)重點考核學生的學習態(tài)度及課上內(nèi)容的掌握情況；實驗分基礎內(nèi)容+擴展內(nèi)容，注重考核學生的動手能力，包括實驗態(tài)度、預習、基礎知識應用、實驗技能、設計能力、創(chuàng)新情況、報告等；考勤重點考查學生到課出勤情況。過程考核在考查學生智力的同時，也考查學生學習態(tài)度等非智力因素，由此激發(fā)他們持久學習的主動性，使其積極完成各階段的學習任務，以形成良好的學風，同時重視學生學習過程中的相互評價，通過互相評價，避免教師單一的主觀評價。

9.適時將思政元素有機融入“信號與系統(tǒng)”課程中，德智并舉，實現(xiàn)全方位育人。從基本概念引出思政點，如通過光信號引出“烽火狼煙”，通過聲音信號引出“擊鼓鳴金”；從系統(tǒng)分析的不同方法引出思政點，如通過時域法和復頻域法分析信號，引出換角度看待和解決問題的能力；通過與課程相關的科學家引出思政點，如結(jié)合小歐拉智改羊圈的故事，弘揚卓越的創(chuàng)新精神；從定理引出思政點，如通過從抽樣定理引申嚴格遵守各種標準規(guī)定的習慣和良好的行為習慣，增強遵紀守法意識［5-7］。

三、教學實踐效果

“信號與系統(tǒng)”課程組在教學實踐中，改革教學手段，重構(gòu)課程內(nèi)容，豐富課程資源，應用教學平臺，開發(fā)教輔系統(tǒng)，優(yōu)化實驗體系，改進評價方式，加強師資隊伍，取得了不錯的效果。

1.按照“拓展教育渠道、豐富教學內(nèi)容、提高教學效果”的目標，以課堂為中心，向課前和課后適度拓展，構(gòu)建“線上線下、課前課后、校內(nèi)校外”的三交叉教學模式。新的教學模式下，教師與學生間交流反饋更及時。多平臺融合，豐富了課程資源，多角度激發(fā)了學生學習的積極性。

2.通過“信號與系統(tǒng)”課程改革，學生成績顯著提高。2017級各班平均及格率僅51.01%；課程改革后，2018級各班平均及格率75.34%，2019級各班平均及格率91.89%。教學的主體是學生，學生對教學改革的參與度、滿意度決定教學改革的成敗。通過慕課翻轉(zhuǎn)課堂，引入雨課堂等新興教學手段，結(jié)合實驗演示系統(tǒng)輔助教學，學生課堂參與度高，自主學習積極性強，效果良好，學生評教優(yōu)秀率100%。

3.“信號與系統(tǒng)”課程的改革，在有效改善教學效果的同時，增強了學生的實踐動手能力，學生在各級各類學科競賽中屢創(chuàng)佳績。2016年以來，電子信息工程專業(yè)學生在各級各類比賽中獲國家特等獎1項，國家一等獎4項，國家二等獎6項，國家三等獎14項，國家優(yōu)秀獎3項，省級特等獎2項，省級一等獎22項，省級二等獎33項，省級三等獎26項。其中2016—2017年24項，2018—2019年37項，2020—2021年50項。2018年獲國家一等獎，2020年獲國家特等獎。學生整體創(chuàng)新實踐能力明顯提升，成果質(zhì)量、數(shù)量穩(wěn)步提升。

4.“信號與系統(tǒng)”課程的改革覆蓋面廣、示范輻射作用明顯?！靶盘柵c系統(tǒng)”課程改革在我校電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的2018級、2019級、2020級三個年級7個班開展，效果良好。2020年在“數(shù)字信號處理”“C語言程序設計”“通信原理”“算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“單片機原理與接口技術(shù)”“軟件技術(shù)基礎”等課程中進行推廣，得到學生和同行教師的一致好評。

結(jié)語

針對課程抽象且難以理解，課程與實踐應用脫節(jié)，學生的學習積極性不高等突出問題，有機應用“慕課”資源，進行線上線下混合教學式教學改革；優(yōu)化教學手段，多角度激發(fā)學生學習的積極性，依托校本網(wǎng)絡教學平臺以“開物云課堂+雨課堂”的方式教學，開發(fā)實驗演示系統(tǒng)、網(wǎng)絡版試題庫管理系統(tǒng)、微視頻庫和案例庫等多種輔助教學資源；采用多元化的考核方式，重視學生學習過程中的相互評價，更好地讓學生主動參與課程的學習，提升學生的學習興趣，從而提高了教學效果，推動了課程重構(gòu)改革。通過課題組的不斷探索與實踐，“信號與系統(tǒng)”課程教學改革取得了顯著成效，在后續(xù)教學中將繼續(xù)完善。

參考文獻

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［4］李普聰，盧靈青，蔣娜.在線學習在線教學模式下的學生學習效果評價研究：以“信號與系統(tǒng)”在線課程為例［J］.高等繼續(xù)教育學報，2021，34（5）：54-60.

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［6］龔成瑩，蘭聰花.基于課程思政的“信號與系統(tǒng)”課程建設探索［J］.工業(yè)和信息化教育，2020（4）：19-23.

［7］周桂珍，蔣純志，曹菊英，等.金課背景下基于OBE理念的課程思政探究：以湘南學院電氣工程專業(yè)“信號與系統(tǒng)”課程為例［J］.湘南學院學報，2021，42（5）：84-90+100.

Construction and Practice of the Signal and System Course under the Background of Emerging Engineering Education

GONG Cheng-ying， XU Tian-tian， HE Hui， WANG Hong-bin

（College of Electronic and Information Engineering， Lanzhou Institute of Technology， Lanzhou， Gansu 730050， China）

Abstract： The Signal and System course is a core basic course for the electronic information specialty in the field of emerging engineering education. With the advancement of the construction of emerging engineering education， this paper explores the construction method of the Signal and System course according to its characteristics. Taking classroom as the center， the present study builds a three-cross teaching mode of “online and offline， before and after class， in and out of school” through a moderate extension to the time period before and after class. On the basis of teaching platforms such as Kaiwu Cloud Classroom and Rain Classroom， this curriculum reform has stimulated students learning enthusiasm from multiple angles. In addition， it has also effectively improved their learning interest. Students classroom participation， enthusiasm for autonomous learning， and practical ability have been significantly improved， which has an obvious demonstration radiation effect on other electrical courses.

Key words： emerging engineering education; the Signal and System course; curriculum construction; teaching mode