楊威　張文鵬　吳京　劉永祥

［摘 要］文章論述作者所在課程組針對信號與系統(tǒng)課程教學(xué)痛難點問題，結(jié)合國防科技大學(xué)實際和基本學(xué)情，探討該課程信息化教學(xué)資源建設(shè)問題，提出了四大教學(xué)設(shè)計理念（以翻轉(zhuǎn)課堂和BOPPPS模型為參考開展教學(xué)模式和教學(xué)過程設(shè)計，以教學(xué)效果為目標(biāo)開展教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，以對抗實訓(xùn)為任務(wù)開展教學(xué)方法設(shè)計，以過程性評價為理念開展教學(xué)考評設(shè)計），并以此為基礎(chǔ)介紹了課程組對“智慧課堂+”教學(xué)新形態(tài)的實踐探索。

［關(guān)鍵詞］信號與系統(tǒng)課程；信息化教學(xué)資源建設(shè)；智慧課堂；設(shè)計理念

［中圖分類號］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）08-0015-03

信息時代，各級各類院校的電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)各具特色，其專業(yè)課程體系也不盡相同，但無論這個課程體系的結(jié)構(gòu)及其組成部分如何變化，信號與系統(tǒng)課程（簡稱本課程）在這個課程體系中都起到了承上啟下的作用[1-2]。信號與系統(tǒng)課程的基本概念、基本理論與分析方法既是所屬課程體系公共基礎(chǔ)課程的理論集成，也是其他相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程知識的邏輯起點，為整個課程體系搭建起數(shù)學(xué)、物理和工程概念間的橋梁。相關(guān)文獻(xiàn)[3]指出，信號與系統(tǒng)課程教師在給學(xué)生傳授相關(guān)知識的同時，也在培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力。

當(dāng)前信息技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到深度滲透，信號與系統(tǒng)課程也逐漸被列為更多專業(yè)的必修課。然而，筆者在本課程教學(xué)實踐過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)課堂教學(xué)面臨著不少挑戰(zhàn)，必須緊密結(jié)合教學(xué)對象的特點和需求，有針對性地開發(fā)課程信息化教學(xué)資源，科學(xué)開展教學(xué)設(shè)計與實踐。

一、課程教學(xué)面臨的痛難點問題

（一）傳統(tǒng)教學(xué)模式難以有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

目前信號與系統(tǒng)課程的學(xué)生以“00后”為主，絕大多數(shù)學(xué)生在現(xiàn)代電子設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)營造的環(huán)境中長大，他們在信息和知識獲取的技能與途徑方面具有與生俱來的優(yōu)勢，采用傳統(tǒng)教學(xué)模就難以有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，也難以讓學(xué)生長時間集中注意力。

（二）課程內(nèi)容抽象且難以轉(zhuǎn)化成應(yīng)用能力

信號與系統(tǒng)課程內(nèi)容抽象，對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)能力有一定要求。學(xué)生在知識學(xué)習(xí)過程中如果不與身邊的應(yīng)用場景聯(lián)系起來，將難以深刻理解相關(guān)概念和相關(guān)知識體系，更難以應(yīng)用相關(guān)知識、方法和技術(shù)指導(dǎo)實踐問題的解決。

（三）課程教學(xué)資源共建共享和開發(fā)困難

本課程信息化教學(xué)資源日漸豐富，但教師之間、院校之間教學(xué)資源的共建共享面臨網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、專業(yè)人力物力缺乏等方面的挑戰(zhàn)。目前，通過開源網(wǎng)站可以搜索到國外較為豐富的信號與系統(tǒng)課程信息化教學(xué)資源，但大部分難以下載到本地使用或進(jìn)行有針對性的二次開發(fā)。

（四）教學(xué)考評模式單一且與日常教學(xué)管理存在脫節(jié)現(xiàn)象

傳統(tǒng)教學(xué)考評往往在結(jié)課后組織實施，教學(xué)反饋不及時。學(xué)生難以在學(xué)習(xí)中根據(jù)隨堂考評、章節(jié)測驗、階段練習(xí)等了解自身學(xué)習(xí)水平，進(jìn)而有針對性地調(diào)整自身學(xué)習(xí)計劃。教師難以在授課過程中掌握學(xué)生對知識的理解與掌握程度，進(jìn)而及時調(diào)整教學(xué)計劃和策略，這就容易影響課程教學(xué)質(zhì)量。盡管過程性考評大數(shù)據(jù)受到越來越多教育工作者的關(guān)注，但對考評大數(shù)據(jù)的分析與利用仍處于探索階段。

二、課程信息化教學(xué)資源建設(shè)思路與探索

課程組針對以上問題，緊緊圍繞學(xué)生的雷達(dá)對抗定向就業(yè)崗位需求提出了課程信息化教學(xué)資源建設(shè)方案。其中，依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺共建共享課程信息化教學(xué)資源是該方案的內(nèi)核。首先將大部分課程知識點分解到模擬雷達(dá)對抗應(yīng)用主干上，然后通過仿真平臺完成相關(guān)應(yīng)用場景想定設(shè)計與推演，再依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開發(fā)相應(yīng)的虛擬實訓(xùn)驗證實例，并利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的課前測試、隨堂考評、課后作業(yè)、章節(jié)測驗、階段練習(xí)與虛擬實訓(xùn)等方面的教學(xué)大數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)支撐教學(xué)計劃與策略的優(yōu)化。

（一）以模擬雷達(dá)對抗應(yīng)用引領(lǐng)課程知識點分解

雷達(dá)對抗是當(dāng)前軍事科技競賽的主要熱點與關(guān)鍵難點之一，其中以信號與系統(tǒng)知識為基礎(chǔ)的雷達(dá)信號處理與系統(tǒng)設(shè)計是該應(yīng)用場景的核心技術(shù)支撐。將信號與系統(tǒng)課程知識點分解到模擬雷達(dá)對抗應(yīng)用場景，化抽象理論為形象應(yīng)用技術(shù)，從而將學(xué)生關(guān)注度引向當(dāng)前與未來面臨的應(yīng)用場景，可大為增強(qiáng)課程學(xué)習(xí)的吸引力。

以本專業(yè)主要就業(yè)應(yīng)用場景為主線，牽引信號與系統(tǒng)課程信息化教學(xué)資源的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，可有效整合相關(guān)資源，營造理實一體的課程學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于課上課下、本科與研究生階段、學(xué)生期與首次就業(yè)崗位間實現(xiàn)更有效的銜接。

（二）基于模擬對抗仿真平臺設(shè)計雷達(dá)對抗應(yīng)用想定

在將信號與系統(tǒng)課程知識點分解到雷達(dá)對抗應(yīng)用場景的基礎(chǔ)上，利用模擬對抗仿真軟件對應(yīng)用場景想定進(jìn)行設(shè)計，并完成想定推演。想定設(shè)計與推演既可以在演訓(xùn)大廳完成，也可以通過錄屏方式記錄整個推演進(jìn)程，在課程導(dǎo)入等環(huán)節(jié)進(jìn)行回放，有效克服教學(xué)場地有限的困難。

為使學(xué)生能直觀看到信號與系統(tǒng)課程知識的應(yīng)用效果，可對模擬對抗仿真平臺進(jìn)行改造：不僅可在場景級完成想定設(shè)計與推演，還可在信號層面完成交互式動態(tài)推演。只有當(dāng)?shù)讓有盘柵c系統(tǒng)參數(shù)配置準(zhǔn)確時，推演任務(wù)才能得以圓滿完成，否則將直接導(dǎo)致推演任務(wù)失敗。

（三）依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開發(fā)線上虛擬實訓(xùn)驗證實例

傳統(tǒng)線下課堂難以同時完成理論講授與實訓(xùn)驗證，學(xué)生在知識獲取過程中缺乏感性認(rèn)識，因此對概念、方法的理解不深刻。當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)展迅速，而且各具特色。比如EduCoder是一款網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，原先主要面向計算機(jī)類的互聯(lián)網(wǎng)IT教育和實戰(zhàn)平臺，可提供企業(yè)級工程實訓(xùn)，實現(xiàn)工程專業(yè)教學(xué)的自動化和智能化。根據(jù)信號與系統(tǒng)課程實訓(xùn)需要，云端定制部署了Octave軟件，為實訓(xùn)案例開發(fā)提供了便利，如傅里葉信號分析與系統(tǒng)零極點分析等。課程組基于EduCoder平臺的底層技術(shù)支持，自主開發(fā)了大量的雷達(dá)信號處理與雷達(dá)系統(tǒng)分析實訓(xùn)案例，學(xué)生可以隨時隨地運用所學(xué)信號與系統(tǒng)知識闖關(guān)式地完成相關(guān)任務(wù)，提高分析和解決相關(guān)問題的能力。

（四）共建課前、隨堂與課后的作業(yè)題庫以及章節(jié)測試題庫、階段性測試題庫

為解決終結(jié)性評價存在的教學(xué)反饋不及時、教學(xué)資源不足等難題，本課程依托EduCoder平臺，針對教學(xué)全過程開發(fā)了全套電子作業(yè)，包括課前測試摸底、課前預(yù)習(xí)成效檢驗、隨堂測試題、課后習(xí)題、章節(jié)測試題與階段性測試題等，可作為課程組任課教師開展課程信息化教學(xué)的過程性評價資源。這些資源由課程組所有教師進(jìn)行在線共建共享，減少了團(tuán)隊合作開發(fā)的工作量，并且易于在線完成個性化資源改造，適用于不同教學(xué)對象和教學(xué)條件。教師可以根據(jù)所教班級的學(xué)情進(jìn)行合理選用，開展個性化教學(xué)。

三、課程信息化教學(xué)設(shè)計理念

為有效解決信號與系統(tǒng)課程教學(xué)的痛難點問題，充分利用課程信息化教學(xué)資源建設(shè)成果，本課程信息化教學(xué)設(shè)計遵循以下四大理念。

（一）以翻轉(zhuǎn)課堂和BOPPPS模型為參考開展教學(xué)模式和教學(xué)過程設(shè)計[4-5]

翻轉(zhuǎn)課堂是指在學(xué)生課前觀看視頻、學(xué)習(xí)課件以及完成其他自學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)上，改變傳統(tǒng)教師講、學(xué)生聽或練的模式，將學(xué)習(xí)決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，使課堂變成師生之間和生生之間互動的場所，從而提高教學(xué)效果。

信號與系統(tǒng)課程針對課程內(nèi)容抽象的特點和教學(xué)對象可能面臨的應(yīng)用場景，提前讓學(xué)生依據(jù)想定文本在模擬對抗仿真平臺上完成相應(yīng)的雷達(dá)對抗應(yīng)用想定導(dǎo)入與推演，然后在EduCoder平臺上根據(jù)老師發(fā)布的電子教案完成課程預(yù)習(xí)，并提交課前測試答卷，檢驗預(yù)習(xí)成效。教師在教學(xué)過程中更多是根據(jù)課前測試答卷與提問，重點講授大部分學(xué)生存在疑惑的知識點，其余時間則引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行生生間合作式探究學(xué)習(xí)，并利用EduCoder平臺在后測階段檢驗學(xué)習(xí)成果，對課程知識要點與應(yīng)用能力要求進(jìn)行總結(jié)，同時完成課程思政教學(xué)任務(wù)。

（二）以教學(xué)效果為目標(biāo)開展教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，信號與系統(tǒng)課程是連接前修公共基礎(chǔ)課程和后續(xù)專業(yè)課程之間的橋梁。為達(dá)到“懂原理、會運用、能實踐”的教學(xué)效果，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計方面，除了開展知識體系化和授課內(nèi)容模塊化設(shè)計，還需進(jìn)一步將卷積積分、濾波和抽樣等關(guān)鍵概念和方法進(jìn)行物理化和步驟化設(shè)計。由此，讓學(xué)生既可以見到樹木也可以見到森林，特別是在遇到問題時，學(xué)生不僅知道應(yīng)該怎么做，而且知道為什么這么做。只有這樣，學(xué)生在未來的專業(yè)學(xué)習(xí)和定向就業(yè)崗位上，才能運用相關(guān)知識、方法和技術(shù)解決實際問題，增強(qiáng)專業(yè)實踐能力。

（三）以對抗實訓(xùn)為任務(wù)開展教學(xué)方法設(shè)計

科技進(jìn)步不僅推動并深刻影響著全社會的文明進(jìn)程，而且直接影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和習(xí)慣。以往的知識講授模式受到了極大的挑戰(zhàn)，學(xué)生更加喜歡直觀形象和富有挑戰(zhàn)性的概念演示、闖關(guān)晉級、擂臺競技和實戰(zhàn)對抗等教學(xué)方式。因此，教師根據(jù)“00后”學(xué)生挑戰(zhàn)欲望強(qiáng)和對形象化學(xué)習(xí)抽象理論要求高的特點，結(jié)合信號與系統(tǒng)課程定位與學(xué)生雷達(dá)對抗定向就業(yè)崗位需求，致力于打造沉浸式教學(xué)情境，通過雷達(dá)對抗任務(wù)驅(qū)動，并以虛擬仿真實訓(xùn)為落地檢驗手段，進(jìn)行案例式教學(xué)、合作式教學(xué)與打擂式教學(xué)設(shè)計。以學(xué)生未來的就業(yè)應(yīng)用場景為主線，使這些教學(xué)更具有吸引力，學(xué)生自主參與學(xué)習(xí)的積極性更高，更容易落地見效。

（四）以過程性評價為理念開展教學(xué)考評設(shè)計

信號與系統(tǒng)課程具有知識體系龐大、理論性強(qiáng)、知識點間銜接緊密的特點，如果重要的知識點沒有掌握好，會給后續(xù)知識點的學(xué)習(xí)帶來不利影響。而終結(jié)性考核不利于教師實時掌握學(xué)情和及時調(diào)整教學(xué)設(shè)計，不適用于本課程的教學(xué)考評。

本課程在教學(xué)考評方面，充分利用EduCoder平臺全過程自動采集教學(xué)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，對所有教學(xué)環(huán)節(jié)的作業(yè)和測試卷進(jìn)行批閱，所得成績與虛擬在線實訓(xùn)任務(wù)闖關(guān)得分共同構(gòu)成本課程全過程性教學(xué)評價數(shù)據(jù)。教師在施教過程中，可以根據(jù)需要分模塊、分階段地開展學(xué)生考評數(shù)據(jù)分析，為修訂教學(xué)計劃提供基本依據(jù)，為學(xué)員管理與幫扶計劃制訂提供數(shù)據(jù)支撐。

四、“智慧課堂+”教學(xué)新形態(tài)實踐

以往的信息化教學(xué)多采用多媒體課件、演示動畫、視頻講解及線上測試等形式，具有課程資源相對零散、教學(xué)互動模式單一、考評數(shù)據(jù)利用不足等缺陷。自2016年起，國防科技大學(xué)緊緊圍繞學(xué)生定向就業(yè)崗位需求，開啟信號與系統(tǒng)課程的信息化教學(xué)資源建設(shè)，并同步開展“智慧課堂+”教學(xué)新形態(tài)的實踐探索。依托EduCoder和愛課程等教學(xué)平臺，課程組協(xié)作開發(fā)和師生共建教學(xué)視頻庫、實訓(xùn)案例庫、優(yōu)質(zhì)題庫以及利用典型習(xí)題講解視頻等信息化教學(xué)資源。課前讓學(xué)生通過愛課程完成教學(xué)視頻自學(xué)，并利用EduCoder平臺發(fā)布課件和前測習(xí)題；課中采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，合理設(shè)計課堂教學(xué)內(nèi)容，利用案例式、合作式和打擂式教學(xué)方法，及時利用EduCoder平臺開展隨堂測試；課后在EduCoder平臺布置線上作業(yè)和虛擬在線實訓(xùn)任務(wù)，學(xué)生在線上完成并由平臺自動批閱或教師在線上批閱，自動保存全過程考評數(shù)據(jù)，經(jīng)考評數(shù)據(jù)分析優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，科學(xué)組建幫扶對子。從“智慧課堂+”的組織實施過程可以看出，與以往的信息化教學(xué)形態(tài)相比，目前的信息化教學(xué)形態(tài)具有課程資源生態(tài)化、教學(xué)互動多樣化、考評數(shù)據(jù)運用精準(zhǔn)化等顯著特征。

目前，本課程基于模擬對抗仿真平臺完成了20余個雷達(dá)對抗應(yīng)用想定設(shè)計、推演與視頻錄制，基于EduCoder平臺自主設(shè)計和開發(fā)了10余個虛擬實訓(xùn)案例，建設(shè)了全套電子作業(yè)庫、章節(jié)測試題庫與階段性測試題庫等。

實踐檢驗和全過程性教學(xué)評價數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，學(xué)生對信號與系統(tǒng)課程知識的掌握程度與運用能力有了較大提升。在新冠疫情期間，課程組將信號與系統(tǒng)課程全部的信息化教學(xué)資源在EduCoder平臺進(jìn)行共享，迅速完成了線上線下混合教學(xué)模式向全面線上教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，根據(jù)全過程性教學(xué)評價數(shù)據(jù)及時引導(dǎo)學(xué)生制訂比學(xué)趕幫超計劃，取得了良好的教學(xué)效果。課程組根據(jù)信號與系統(tǒng)課程內(nèi)容與本校的職責(zé)使命，針對電子對抗等重大軍事需求，依托EduCoder平臺，開創(chuàng)性地將理論知識學(xué)習(xí)與虛擬在線實訓(xùn)相結(jié)合，創(chuàng)新設(shè)計和開發(fā)了以矩形脈沖抽樣等為核心的一系列實訓(xùn)項目，并獲得了2021年全國高校電子信息類專業(yè)課程實驗教學(xué)案例設(shè)計競賽一等獎和2020年全國職業(yè)院校技能大賽教學(xué)能力比賽二等獎。

五、結(jié)語

本文對國防科技大學(xué)信號與系統(tǒng)課程的信息化教學(xué)資源建設(shè)與“智慧課堂+”教學(xué)新形態(tài)的實踐探索進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)合學(xué)生雷達(dá)對抗定向就業(yè)崗位需求，提煉出以模擬雷達(dá)對抗應(yīng)用引領(lǐng)信號與系統(tǒng)課程知識點分解，基于模擬對抗仿真平臺的雷達(dá)對抗應(yīng)用想定設(shè)計推演，依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開發(fā)線上虛擬實訓(xùn)驗證實例以及共建課前、隨堂、課后的作業(yè)題庫，章節(jié)測試題庫和階段性測試題庫等信息化教學(xué)資源建設(shè)思路，并針對課程教學(xué)痛難點提出四大教學(xué)設(shè)計理念。實踐表明，本課程信息化教學(xué)資源建設(shè)思路與教學(xué)設(shè)計理念與國防科技大學(xué)相關(guān)的基本學(xué)情相符，對其他課程的信息化教學(xué)資源建設(shè)與教學(xué)實踐具有一定示范和參考價值。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1］ 鄭君里，谷源濤. 信號與系統(tǒng)課程歷史變革與進(jìn)展[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報，2012，34（2）：1-6.

[2］ 鄭君里. 教與學(xué)的記憶：信號與系統(tǒng)評注[M]. 北京：高等教育出版社，2005.

[3］ 張法全，王國富. “信號與系統(tǒng)”課程與解決問題能力的培養(yǎng)[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報，2011，33（5）：6-7.

[4］ 潘武玲，趙亮，李兵. 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐運用中的問題與審視[J]. 高等教育研究學(xué)報，2018，41（3）：34-37.

[5］ 周文，李俊，包衛(wèi)東，等. 國內(nèi)BOPPPS模型研究的知識圖譜分析[J]. 高等教育研究學(xué)報，2019，42（3）：44-52.

［責(zé)任編輯：龐丹丹］