“以学生为主体”的信号与系统课程教学模式改革研究[1]

“以学生为主体”的信号与系统课程教学模式改革研究[1]

刘明君1，邵贵成1，史慧敏1，荀艳琴1

（忻州师范学院 电子系，山西 忻州，034000）

摘要：信号与系统是电子信息专业重要的理论基础课程，在四年的专业教学过程中具有承上启下的重要作用。但是，该课程内容较多，涉及课程知识面宽，学生学习效率和兴趣不高，不利于培养学生工程实践能力。针对此问题，在新工科要求背景下，提出以学生为主体的信号与系统课程教学模式改革研究。引入课程思政设计，培养学生树立社会主义核心价值观；构建学生的知识框架，拓宽学生视野；对教学内容、教学方法、教学手段的改革以及考核机制的完善，提高学生学习兴趣和主动性。通过教学改革成果进行分析，该模式有助于提高学生课堂学习效率，学生的自主学习能力、分析问题和解决问题的能力、工程实践能力及表达能力都有明显增强。

关键字：新工科；教学模式改革；课程交叉知识；案例驱动；项目驱动；

中图分类号：G640文献标识码：A

0 引言

随着信息技术的不断发展，在“新工科”建设的背景下，信息类课程教育更应该注重知识交叉性、应用型、综合型，更应该向培养应用型人才发展[1-2]。培养学生认真严谨的学习态度，敢于创新的探索精神，成为适应新时代的信息类社会应用型人才[3-4]。在电子、信息类专业相关课程中，更加注重加强学生在工程实践能力和创新能力的培养。

信号与系统课程是电子信息类专业中，重要的理论基础课程，主要以数理课程、电路分析等为基础，理论推导较多，且涉及知识较广，在教学中还存在以下问题[5-7]：一、缺乏建构学生的专业知识框架，课程之间交叉知识点的讲解不充分，使学生无法掌握课程间知识的连贯性；二、学生智力发展水平不均衡，学生学习效率参差不齐，学习效率低；三、在新工科环境下教材有些滞后，使得学生对信息类前沿技术没有较为全面的了解，不利于培养学生工程实践能力。为了加强学生综合素质、主动获取知识能力和工程实践能力的培养。因此，本文从四个方面阐述了“以学生为主体”的信号与系统课程教学改革模式，具有十分重要的意义。

1 信号与系统课程教学创新目标

通过对教学过程、教学目标、教学对象、教学成果分析，考虑从以下几个方面对信号与系统课程教学改革目标进行介绍。

1）加强思政教育，树立学生正确的人生观价值观。

2）改革教学观念、更新教学内容、优化教学手段，构建“以学生为主体”的教学模式；

3）结合新工科“融合经典，注重前沿”特色，吸收教研和科研成果，使课程建设良性进化。

4）完善考核机制，提高学生自主学习能力。

2 教学改革内容和方法

2.1 加强思政教育

通过案例教学分析，启发学生思考马克思主义辩证思维方法，指导学生学习信号频谱的过程中，运用辩证思维，不仅要从时域分析信号的变化，尝试从频域分析重新认识信号变化规律。

例如，引入社会主义核心价值观和时代精神等思想政治教育元素，加强信号处理分析能力与人民生命财产安全的相关性，科技强国的重要性。在分析信号变化过程中，引出科学探索过程的艰辛，激励大家确定好人生目标，努力奋斗。在分析频域、复频域分析时，引出马克思唯物辩证的思想，指导学生在分析问题和解决问题时，要从多角度考虑。鼓励学生勤于思考、勤于发现、勤于学习，为祖国的通信事业贡献力量。在整个教育过程中，努力把握“立德树人”的教育理念，努力培养现代化建设的有用人才。

2.2引入前沿信息处理技术，并与实际工程问题相结合

为拓宽学生视野，通过引入电子信息类前沿技术，使学生了解现代信号处理技术发展现状。为了培养学生的创新实践能力，充分发挥教研和科研优势，将教研和科研成果融入到课堂和课外实践活动中，例如图像融合技术、图像去噪处理技术、图像分割技术、信息类课程教学平台设计等，弥补新工科环境下教材建设滞后的问题，为培养信息技术领域卓越人才奠定扎实的基础。

2.3改革教学方法

1）构建学生相关知识框架

以信号与系统为核心，加强电路分析、工程数学及通信原理等相关理论知识的讲解，构建学生信息类课程知识框架。

图1信息类课程群建设框架

2）更新教学内容、优化教学手段

（1）电子、通信专业中，信号与系统是考研的热点课程，为培养学生掌握较全面的知识能力，根据学生的学习情况，相关知识讲解过程中，适当的引入考研题，并进行分组讨论。在课堂上进行集体讨论，努力把教学过程转变为师生共同参与、探讨的过程，促进学生查阅资料能力、分析和解决问题能力、运用知识能力等综合素质的提高。

（2）在课堂上，引入考研题、案例教学、研究型教学、引导式教学、分组讨论等多种教学方法，把传统教学过程变为由学生主动参与，共同研究的过程；课程内容的改革可以引入动画、Matlab仿真等。在信号与系统教学内容中，时域信号变换、时域信号运算方法，变换域相关计算，例如信号调制与解调、抽样过程、滤波器设计等应用性内容，可通过Matlab进行系统构建、仿真分析，更加直观、生动的将教学内容演示给学生，这样可以提高学生的学习兴趣，从而促进学生掌握知识的能力。充分利用“互联网+教育”新技术，提前布置问题，学生通过查阅相关资料或进行网上的精品课程学习，提出相关问题，使得学生能够主动参与教学过程，提高学生的学习兴趣。

（3）在实验部分引入Matlab/Simulink等仿真软件，同时设计一款理论教学和实验教学的软件平台，使学生能够掌握相关知识的建模和分析方法，通过改变参数，了解信号变化过程。

2.4过程性考核形式

以学生为主的教学方法是提高教学质量的主要方法，在信号与系统课程讲授过程中进行如下的尝试：

1）平时作业的布置，并对作业进行及时批改。这部分成绩占总成绩的10%。

2）分组布置作业。将代课班按宿舍分组，根据Matlab和信号与系统课程的联系以及信号与系统中考研知识点，可以给每个小组布置利用Matlab软件编程的设计型题目或者是布置考研题，让他们在课后查阅资料，进行编程或者对考研题进行解答。这部分成绩占总成绩的15%。

3）课堂讨论。每组完成作业过程中遇到的问题，在班里进行讨论。每个小组同学先将所做的工作进行讲解，其次，可以将做题过程中的心得体会相互交流，互相学习。最后，其他同学可以根据不同的问题发表自己的观点，互相讨论，从而促进每个同学对这门课程知识点的理解和运用，加深课程内容的理解与掌握。这部分成绩占总成绩的15%。

4）期末考试成绩占总成绩的60%。

3 课程教学改革成果分析

通过近几年的教学改革效果分析，学生考研率保持在25%左右，2017年考研率达到41%，报考信息类课程考研人数逐年增多，从历年考研专业课成绩分析，成绩在100分以上为80%，学生的每年的毕业设计选题中，选择信息类设计题目的比例逐年增多，达到了50%，而且，学生在进行课外实践活动，如岗位实习、课外申报项目等，均展现了较好的专业基础。

从信号与系统课程教学改革的效果来看，信号与系统课程改革创新有利于优化、整合信息类课程教学内容，改善了课程间脱节的现象。创新教学内容，突出重点难点，促进信息类课程群体系的建设。更新教育观念，改革教学模式，树立以学生为主体的育人思想，提高信息类课程教学质量，使得信号与系统课程教学中存在的问题得到明显改善，达到了以学生为主体的教学目标。

4结论

随着社会和信息技术的发展，依托“新工科”建设背景，要不断进行教学探究。结合当前新技术，更新教学内容和方法，努力转变教学方法，完善以学生为主体的教学过程，促进学生工程实践能力的培养，提高教学质量，培养学生向综合应用型人才发展。

参考文献：

[1]孙阳, 赵睿. "新工科"建设背景下"通信原理"课程教学改革探讨[J]. 中国林业教育, 2019, 37(1):3.

[2] 贾雅琼, 俞斌, 李欣,等. 新工科背景下地方高校开展混合式教学的实践与思考—以湖南工学院信号与系统课程为例[J]. 中国教育技术装备, 2019(20):3.

[3] 张莉, 李东明, 董婷婷. "信号与系统"课程改革创新与实践教学[J]. 河北农业大学学报：农林教育版, 2012, 14(2):3.

[4] 石岩, 陶然, 赵娟. 信号类贯通课程教学改革与实践—以信号处理理论与技术Ⅲ课程为例[J]. 中国现代教育装备, 2022(1):3.

[5] 王昭. "信号与系统"课程创新探索[J]. 无线互联科技, 2021, 18(19):2.

[6] 张霞, 黄淋云. 面向应用型人才培养的"信号与系统"教学改革[J]. 发明与创新:职业教育, 2021（4）：175-176.

[7] 吕瑞兰, 解培中. 网络教学模式的探索和实践—以信号与系统课程为例[J]. 北京邮电大学学报:社会科学版, 2013(03):30-34.

[1] 基金项目：本文为“山西省高等学校教学改革创新项目（项目批准文号：J2021571）；忻州师范学院教学改革专题项目（项目批准文号：JGZT201601）；忻州师范学院教学改革创新项目（项目批准文号：JGYB11）”成果；

作者简介：刘明君（1981-），男，山西临汾人，忻州师范学院，副教授，研究方向：图像处理、智能故障诊断等研究，硕士。

邵贵成（1964-），男，山西忻州人，忻州师范学院，教授，研究方向：理论力学，硕士。

史慧敏（1987-），男，山西忻州人，忻州师范学院，讲师，研究方向：图像处理，硕士。

荀艳琴（1988-），女，山西临汾人，忻州师范学院，讲师，研究方向：智能寻优算法，硕士。