摘要：在實現(xiàn)由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”產(chǎn)業(yè)升級的推動下，基于新工科理念的課程改革勢在必行。信號與系統(tǒng)作為一門電子信息類專業(yè)先導性的基礎課，深入探索并改進其教學模式與方法具有重要的現(xiàn)實意義，混合式教學為該課程的教學改革提供了一種有效的方式。文章以近年來對該課程的教學探索為例，探究構建基于反饋為中心的線上、線下混合教學模式，詳細介紹如何協(xié)調(diào)課程思政、線上教學、線下教學、科教以及課程評價的改革思路。實踐表明這種混合式教學模式取得了良好的教學效果。

關鍵詞：信號與系統(tǒng)；混合式教學；反饋；慕課堂；多元化考核

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）19-0142-04

0 引言

近年來，在實現(xiàn)由傳統(tǒng)的“中國制造”向創(chuàng)新型的“中國創(chuàng)造”產(chǎn)業(yè)升級的背景下，各大高等院校紛紛啟動了新工科建設，其旨在培養(yǎng)具有產(chǎn)業(yè)前瞻性以及能夠引領未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的科技創(chuàng)新人才[1-3]。新工科建設倡導以工程和技術領域的最新成果為導向，將課程理論內(nèi)容與工程案例或者科技前沿相結(jié)合，倡導學科交叉和專業(yè)融合；在保持傳統(tǒng)學科傳承的基礎上，注重培養(yǎng)學生實踐技能、學科跨界融合能力以及創(chuàng)新能力。

信號與系統(tǒng)作為電子信息類專業(yè)的一門基礎課程，在電子信息類專業(yè)的認知體系中扮演著重要的角色，具有基礎性和先導性的作用。通過傳統(tǒng)的課堂授課方式，學生可以掌握該門課程的基本概念、知識結(jié)構以及基本分析方法。然而，傳統(tǒng)的課堂教學中常常忽視信號與系統(tǒng)的基礎概念、分析方法在實際工程中的應用，導致課程與工程實踐之間脫節(jié)。同時教學過程也缺乏趣味性，學生難以提起興趣。因此，積極探索信號與系統(tǒng)課程新的教學模式和方法具有重要現(xiàn)實意義[4-7]。傳統(tǒng)課堂教學模式的主要優(yōu)勢在于教師和學生之間面對面的溝通交流，但存在要求學生按照統(tǒng)一內(nèi)容按部就班地學習的缺點，在這種“填鴨式”的教學方式下，學生的學習過程缺乏主動性。而基于互聯(lián)網(wǎng)時代的線上教學模式則可以打破這種單一模式，學生在學習過程中可以展示出個性化特征，但這種學習模式缺乏有效的管理方法以及不利于系統(tǒng)化學習。混合式教學模式則充分發(fā)揮了兩種模式的優(yōu)點，彌補了它們的不足之處。一方面學生可以自主、靈活地進行系統(tǒng)化學習，另一方面教師不僅可以通過多種方式與學生互動交流，還能夠?qū)崟r監(jiān)測學生的學習情況并進行教學方案的調(diào)整。如何有效地組織混合式教學以提高教學質(zhì)量是一個值得不斷探索且具有重要實際意義的課題。

1 傳統(tǒng)教學模式的特點與主要問題

傳統(tǒng)的信號與系統(tǒng)課程教學模式主要存在以下問題：

1.1 課時壓縮，學時緊張

在當前新工科背景下，由于倡導學科交叉、專業(yè)融合以及跨界整合等因素的影響，傳統(tǒng)的基礎性課程都被迫采取了壓縮課堂課時的處理方式，這導致課程的教學時間變得非常緊張。此外，信號與系統(tǒng)課程涵蓋的內(nèi)容多且數(shù)學形式較為抽象：包含時域、頻域以及變換域的分析與計算，理論性較強且公式和計算較多，對學生的數(shù)學推理能力要求很高。因此，線下課程需要盡可能包含課程的所有知識點，但由于線下課堂的總課時有限，無法滿足這一要求，進一步壓縮線下教學時間使得原本已經(jīng)緊張的教學安排變得更加困難。因此，如何在有限的課堂教學時間內(nèi)確保教學質(zhì)量成為任課教師和學生不可回避的問題。

1.2 缺少互動，主動性差

教師與學生之間的教學活動缺少互動，學生主動性差。教學過程中教師掌控課堂并完成理論教學而學生往往只能被動接受信息，在這種單一的教學模式下教師與學生之間難以形成互動。學生缺乏探索課程知識結(jié)構體系的主動性，對于課程內(nèi)容在工程技術以及前沿科技中的深層應用也知之甚少。

1.3 難以因材施教，培養(yǎng)缺乏創(chuàng)新性

通常情況下，大學生生源廣泛，他們?nèi)雽W后的學習基礎及適應能力存在著相當大的差異，兩極分化現(xiàn)象嚴重，因而統(tǒng)一的線下課堂教學難以顧及所有學生的需求。倘若僅限于教材的知識體系，學習能力強有潛力的學生覺得無聊，沒有興趣；而如果拓展知識體系到工程應用或者科技前沿，基礎弱的學生則會茫茫然，無所適從。此外，任課教師的時間、精力也有限，無法滿足不同學生的訴求，“分層教學”難以實施。

1.4 考核方式單一，缺乏過程評估

課程考核方式單一，學生的學習過程難以評估。對于“信號與系統(tǒng)”這樣的專業(yè)基礎課程，教學過程通常采用大班化的方法，因而任課教師不可能在有限的時間內(nèi)實時了解所有學生的學習過程，通常只能依據(jù)學生的簽到、課堂表現(xiàn)以及課后作業(yè)大致了解學生的學習情況。但是這種考核方式對于學生的個性化差異以及學習過程缺乏合理的評判，僅僅只能大致地給學生一個最終的考核結(jié)果，而對于學生對課程的知識在后續(xù)課程以及專業(yè)領域中的遷移和應用則乏善可陳。

總之，傳統(tǒng)的信號與系統(tǒng)課程教學過程中存在較多的弊端，它們以不同的方式影響該課程的教學質(zhì)量和教學目標，亟待結(jié)合當前新工科建設的契機進行課程教學模式、方法的改革和創(chuàng)新。

2 混合式教學探索

以新工科建設為契機，深刻把握新工科教育革新的精神內(nèi)涵，從學生的角度出發(fā)，根據(jù)每個學生特點的不同，采取不同的教學方式，因材施教。這樣做的目的是讓學生能夠真正理解“信號與系統(tǒng)”這門課程的內(nèi)容，并能夠?qū)⑺鶎W知識應用于實際問題的分析和解決。通過引入線下、線上反饋等不同的學習形式引導學生深入思考，學以致用，并強調(diào)學習的主動性和積極性?；旌鲜浇虒W充分利用網(wǎng)絡技術，通過線上，線下學習以及溝通的方式讓學生系統(tǒng)地學習課程。針對“信號與系統(tǒng)”課程教學現(xiàn)狀及存在的問題，結(jié)合學生的實際情況，文章探索以線上、線下反饋為中心的混合式教學改革，其基本思路如圖1所示。

2.1 強化課程思政建設

在線上、線下課程教學中適當?shù)厝谌胨颊ㄔO，實現(xiàn)知識傳授、價值塑造和綜合能力培養(yǎng)的多元統(tǒng)一[8-9]。所謂“潤物細無聲”，教師在線上、線下的教學過程中應以身示范，展現(xiàn)良好的專業(yè)能力、業(yè)務水平和工作態(tài)度。同時，信號與系統(tǒng)課程具有很強的應用性，與當前信息技術的前沿發(fā)展密切相關，課程知識內(nèi)容在許多重要領域都存在著應用需求。在教學中可以通過網(wǎng)絡資源介紹中國知名企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、中外主流領域的科技競爭、中國“深空”探測中的通信技術等拓展學生科技視界、樹立全球競爭意識以及培養(yǎng)民族企業(yè)愛國精神。以這種潛移默化的方式引導學生進行自主學習和獨立思考，塑造學生社會主義核心價值觀，并對學生的思想意識和行為舉止產(chǎn)生積極的影響，逐步幫助學生樹立專業(yè)自信，提升學生的綜合實踐能力。

2.2 線上導學

利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術進行線上教學資源配置與前期導學?！胺彩骂A則立，不預則廢”！提前預習是實施高效教學的第一個環(huán)節(jié)，也是學生接受新知識的開端。互聯(lián)網(wǎng)上有著海量的教學資源，任課教師可以選擇并發(fā)布帶有一定指導性的學習任務，設置一定的學習目標，讓學生帶著一定的目的瀏覽或者查詢網(wǎng)絡課程，收集相關的資料并建立與課程內(nèi)容可能關聯(lián)的工程案例或者前沿科技。與基于線下教材的預習相比，線上預習的資源更為豐富，并且學生能夠自主選擇預習內(nèi)容，滿足學生不同的預習訴求，有助于培養(yǎng)學生自主思考和分析問題的能力。此外，可以在線上引入課程知識所對應的行業(yè)應用案例來豐富課堂教學資源，采用基礎課程融入行業(yè)知識的辦法讓學生先行了解這些知識的潛在應用而不是枯燥無味的數(shù)學公式。教師也可以引入一些與該課程的教學內(nèi)容相匹配的前沿科技熱點，讓部分能力強的學生能體會并參與部分工作中來，增強他們對科研工作的感知與理解，培養(yǎng)一定的學術技能和研究技能，逐步增強他們從事科研工作的職業(yè)意愿。表1展示了部分課程知識在工程案例或者科技前沿中的應用及其拓展方式。

2.3 線下課堂引導

線下課堂是課程的理論教學與知識反饋關鍵一環(huán)。該環(huán)節(jié)主要由教師與學生面對面的課堂教學來完成。在面對面的學習中，學生通過師生互動加深了對課程知識的認識。在該過程中，教師可以采用啟發(fā)式教學模式提出具有可探討性的高質(zhì)量問題以吸引學生積極主動思考，從而激發(fā)學生興趣、發(fā)揮學習主動性、發(fā)展綜合能力以及培養(yǎng)高階思維的能力。例如在理想濾波器的線下教學中反向提問低通、高通、帶通以及帶阻濾波器分別對應的系統(tǒng)沖擊響應是怎樣的？如何設計這些濾波器等。通過這些遞進式提問，一方面可以使學生掌握各種濾波器的沖擊響應模式，將信號處理的頻譜分析和濾波器設計兩大核心任務與實際工業(yè)場景應用關聯(lián)起來；另一方面教師通過與學生面對面的溝通動態(tài)調(diào)整教學的進度與內(nèi)容。同時，在線下課堂上可以通過學生的課堂表現(xiàn)大致評判學生的學習情況。這樣的啟發(fā)性教學不僅可以培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的思維，還可以拓展課程的深度和廣度，起到較好的教學效果。

2.4 課后反饋

課后及時線上反饋，實施分層教學?！皽毓识隆?，課后鞏固訓練是學習過程的一個重要部分，可以幫助學生歸納、總結(jié)學過的知識從而構建完整的知識體系以及其可能的工程應用。不同于傳統(tǒng)的教材，線上資源不僅可重復利用，而且可以有效地延拓到相關領域，便于幫助學生掌握知識點的來龍去脈。同時，教師可以通過線上網(wǎng)絡平臺瀏覽學生的作業(yè)或?qū)嵺`任務，實時檢查學生的學習成果。在此過程中，教師和學生可以通過彈幕交流、章節(jié)測試等方式進行線上互動，以評估學生的學習情況和學習質(zhì)量。這種方式既能夠幫助學生及時糾正錯誤，提高學習效果，也能夠提高教師的教學能力，更好地指導學生。此外，教師也可以通過學生的線上反饋及時地做好課堂準備，便于線下課堂上有目的地進行重點、難點辨析，從而做到教學相長。學生之間也可以線上積極探討、交流和完成小組作業(yè)，構建合作意識從而形成多元性的交流學習。在上述的線上反饋過程中，不同層次的學生均可以參與進來，而對于能力強的同學，則可以通過線上資料了解課程知識點的工程案例以及可能的科學前沿應用問題，嘗試探索一些可能的前沿領域。

2.5 多元化評價

評價指標多元化。為了有效地給出客觀的學習評價，教師可以在線上、線下的教學過程中增加過程評價的分量：即根據(jù)學生對于學習過程的參與度和表現(xiàn)進行評價，如圖 2 所示，對學生參與該課程的多樣性給出合理的評分。這樣的評價體系更加強調(diào)學生課后自我學習的能力以及從慕課、維基百科、B站等線上平臺拓展課外知識的能力。此外，加強學習過程評價使學生樹立正確的學習觀：即課程考核不是教育的目的，只是一種必要的檢驗手段，激勵學生平時積極參與課程的學習，養(yǎng)成良好的學習習慣，提高學生運用知識分析問題、解決工程實踐問題的能力才是教育的根本。

3 教學成果

以上混合式教學探索是在過去幾年的教學實踐中逐步總結(jié)發(fā)展起來的，在此過程中取得了一定的成績和心得，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 教學模式的建立

按照“拓展知識層面、豐富教學內(nèi)容、提高教學質(zhì)量”的要求構建了以信息反饋為中心、“線上+線下”以及“課內(nèi)+課外”的混合教學模式。在新的教學模式下，教師與學生間交流反饋更為及時。這種模式極大地豐富了課程資源，多角度激發(fā)了學生學習的積極性，初步建立起了信號與系統(tǒng)這門基礎課與專業(yè)方向、現(xiàn)代科技前沿等方面的有機結(jié)合。

3.2 課程成績的提升

通過混合式教學的改革，學生成績有了顯著提高。如圖3所示，盡管2020年以及2021年該課程各項指標均低于疫情之前的傳統(tǒng)教學模式，然而隨著線上、線下的融合度的提升，2022年各項指標均已恢復到疫情之前的水平，2023年的指標更是全面超越了之前的水平。表2 提供了近五年同一專業(yè)學生的成績分布細節(jié)。由于2020年首次簡單地利用線上+線下的教學模式以及疫情的影響，各個層次的學生全面向低分方向下滑。2022 年之后，E等以下學生人數(shù)占比逐年降低，這表明經(jīng)過有機的線上、線下混合教學后越來越多的同學能夠掌握基本的課程內(nèi)容；而A等以及 B等以上的學生人數(shù)占比逐年升高則表明越來越多的同學能夠全面掌握該課程的知識體系，并能進行部分知識的擴展。

3.3 專業(yè)方向的提升

通過將基礎課程教學融入工程案例以及科技前沿的方法吸引了一批學生參與行業(yè)背景相關的學習。前幾屆畢業(yè)生中有不少同學選擇與該課程相關的知識點作為畢業(yè)設計內(nèi)容，并且取得了不錯的成績。同時還引導了一批學生參與STITP（大學生科技創(chuàng)新計劃），并取得了非常好的成績，如22級學生結(jié)合響應模式的概念探索馬爾可夫、非馬爾科動力學過程中的量子同步問題[10]，23級學生結(jié)合頻率調(diào)制技術的方法研究如何延長量子關聯(lián)的課題等。

4 結(jié)束語

盡管早在2017年的“復旦共識”“天大行動”以及“北京指南”就吹響了我國新工科教育改革的號角，然而真正大規(guī)模推動這一行動的因素卻是2019年年末的新冠疫情，它打破了幾十年不變的傳統(tǒng)教學模式，成功地加快了基于互聯(lián)網(wǎng)的信息化教育改革步伐。線上、線下混合教學模式利用信息化技術手段、基于互聯(lián)網(wǎng)教學資源多維度地推進教學制度體系的改革和教育理念的重塑。文章總結(jié)了近幾年“信號與系統(tǒng)”混合式教學的經(jīng)驗與成果。實踐結(jié)果表明：基于反饋為中心的線上、線下有機結(jié)合的混合式教學不僅有助于學生更好地掌握專業(yè)知識，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。這將為中國制造業(yè)的升級提供更有力的支持，推動“中國創(chuàng)造”的發(fā)展。這些初步的成果為新工科課程建設提供了重要的依據(jù)和參考，在未來的教學改革中還可以根據(jù)實際需求以及現(xiàn)實情況進行不斷地開拓創(chuàng)新。

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【通聯(lián)編輯：王 力】