疫情背景下《信号与系统》课程教学的新思路

疫情背景下《信号与系统》课程教学的新思路

魏凯华

杭州电子科技大学 自动化学院，杭州 310018

摘要：新冠病毒导致了授课方式产生了巨大变化，网络授课的份额迅速提高，线上线下混合式教学成为了高校授课的新形态，《信号与系统》是高校中的一门基础核心课程，本文探讨了如何利用网络工具提升授课效率和质量，结合线下课程如何进一步提升学生的积极性和能动性，为测控技术与仪器专业人才的培养提供有力支撑。

关键词：信号与系统，混合式教学，教学改革

1. 引言

2020年初新型冠状病毒肆虐神州大地，导致了全国几万人的感染，其传染性之强历史罕见。到目前为止，国内对此次疫情已经得到了很好的控制，但由于海外疫情的不断加重，输入型病例并没有减少，引起了大家的格外重视。由此看来，此次疫情有可能还将持续一段较长时间。对于我们高校教师，给学生授课是一个必要环节，在这种特殊时期，研究如何提升教学质量、教学效果变得十分必要。

《信号与系统》是测控技术与仪器专业的主修课程之一，目标是培养学生掌握与运用信号分析的基本方法，使学生具有复杂信号与系统的分析能力[1-3]。这门课的特点是某些概念较为抽象，需要教师上课时对学生进行综合性的引导，因而《信号与系统》课程往往实行线下教学方式，老师能够在课堂上通过板书的形式给学生具体呈现物理和数学画面，给学生加深印象。另一方面，在《信号与系统》课程教学中，教师往往需要知道学生的反馈情况，知晓学生理解概念和公式的程度，才能进一步完善授课进度和方式[4-7]。然而，此次疫情期间迫于无奈线上教学成为了主流。

或许是因祸得福，此次疫情期间我们对线上教授《信号与系统》课程做了一些重要的研究工作。我们研究了学期前7次课程的到课率和课上习题错误率情况，结果表明7次课程的总体到课率在90%以上，这个数值还略高于之前的线下授课的到课率。而在线上教学该课程的有效性方面依然与线下教学存在较大的差距，研究发现，课上习题的错误率很高，在60%以上，之前线下教学基本在20%以下，反差明显。从一些学生的反馈能够看出，同学们普遍对信号与系统课程中涉及的物理概念缺乏深入理解，导致了做题时没有了参照，很难选取准确的方式方法来做题，最终导致了习题错误率高的现象。

虽然目前《信号与系统》课程的线上教学方式存在一定的弊端[8-10]，但不可否认线上教学在不断改进和发展，这是一个趋势。本质上来讲，随着互联网的MOOC教学带来的竞争，高校都在探讨网络教学模式的改革和探索。在线课程的精心建设、合理使用、创新模式的推出，使得传统课堂和网络资源互相碰撞，能够不断产生新的火花。随着疫情的不断控制，或许混合教学方式能够更好的提升信号与系统课程教学的有效性。

针对以上这些问题，结合线上、线下教学的潜在优势，本文通过调研、观察、数据分析等方式，研究提升《信号与系统》课程教学有效性的方法。

2. 微课建设

信号与系统在线课程教学内容从信号到系统、从时域到变换域、从连续到离散3个维度阐述信号与线性系统的分析方法和原理。课程教学引入微课教学，能更好地满足学生对知识点的不同需求，既可查漏补缺、巩固课堂教学成果，又能拓宽视野、补充知识，是学生课外学习的重要方法。

（1）课程知识点的梳理。为实现课程教学目标，基于学习内容的系统性和学习资源的实用性，笔者将信号与系统课程的教学单元进行内容梳理和知识分解，细化知识点，明确重点与难点。这样的知识结构分解可以使学生了解各知识点之间的联系，并找到其在电气专业中的应用背景。根据知识结构，说明周期信号的傅里叶级数展开。

（2）微课视频制作流程。在信号与系统课程中应用微课教学，梳理完知识点后，开始微课视频的制作。一是需要收集并整理微课视频制作的素材，包括文档、图片、动画、语音、背景音乐等；二是做好规划设计，考虑以何种方式和顺序将收集的素材呈现出来；三是录制微课视频；四是片头、片尾以及字幕等后期制作。以上所有步骤都完成后，即可在微课学习平台(如对分易、慕课堂等)上发布和分享。

（3）微课视频内容设计。微课视频内容设计合理，就可以通过生动有趣的视频激发学生的学习兴趣，提高其学习的主动性和积极性。上述“周期信号的傅里叶级数”教学单元是进入信号的频域分析后接触的第一个教学单元，其内容关系到学生频域概念的建立，非常重要。

3. 微课的应用

依据课程教学大纲，信号与系统在线课程建设了近百个完整知识点教学视频内容，并在此基础上对课程内容进行重构与优化。

（1）基本知识点与仿真实验相融合。融入“信号的卷积运算”“信号的分解与合成”“信号的抽样与恢复”等验证课程经典理论的仿真实验。学生通过在线学习课程的相关理论任务点视频之后，可通过学习仿真实验视频对抽象的课程理论获得一定程度上的感性认知。

（2）基本理论与领域前沿技术相融合。本着课程内容与时俱进的原则，及早建立信号与系统课程理论知识与实际通信系统间的关系，一方面有助于学生开拓前沿视野，早日建立通信思维；另一方面也为学生梳理通信工程类的课程设置体系，帮助学生尽早度过课程与专业迷茫期。基于此，将本课程基本理论与信息和通信领域的前沿技术相融合，建设了“卷积神经网络”、“傅里叶变换与正交频分复用”、“时频变换与5G中的频谱”等若干关联性主题视频。

（3）融入工程实例并深度挖掘德育元素。在教学内容中融合了蕴含本课程知识点的日常生活和工程中的实例。例如，在“信号的描述”一节中举例说明音乐的表述中蕴含了时域和频域的描述。深度挖掘课程中的德育元素，例如由系统的内部稳定性和外部稳定性引申到个人和集体之间利益关系的社会主义价值观，等等。

4. 总结

新冠病毒导致了授课方式产生了巨大变化，网络授课的份额迅速提高，线上线下混合式教学成为了高校授课的新形态，《信号与系统》是高校中的一门基础核心课程，本文探讨了如何利用网络工具提升授课效率和质量，结合线下课程如何进一步提升学生的积极性和能动性，为测控技术与仪器专业人才的培养提供有力支撑。

项目支持：杭州电子科技大学高等教育教学改革研究项目（YBJG202168）

参考文献

[1] 陈敏聪, 秦艳霞, 梁瑞宇, et al. 工程教育专业认证背景下信号与系统课程特点与课堂教学策略研究——以电子信息科学与技术专业为例[J]. 现代职业教育, 2018, (27).

[2] 朱娟娟, 郭宝龙, 张玲霞. “信号与系统”Matlab实践在线课程的建设[J]. 电气电子教学学报, 2019, (4):38-40.

[3] 李磊. 《电路基础》和《信号与系统》系列课程教学改革探索[J]. 产业与科技论坛, 2019, (10):163-164.

[4] 任力颖, 卢孟夏, 杨萍. 应用性本科“信号与系统”课程改革探索[J]. 北京联合大学学报, 2010, 24(1):89-93.

[5] 熊庆旭. “信号与系统”中三个层次教学探索[J]. 电气电子教学学报, 2009, (1):7-9.

[6] 廖延娜. Matlab在《信号与系统》课程教学中的应用[J]. 西安邮电大学学报, 2009, 14(5):194-196.

[7] 王松林, 郭宝龙, 张永瑞, et al. “信号与系统”国家精品课程的建设与实践[J]. 高等理科教育, 2008, (3):149-152.

[8] 郭宝龙, 朱娟娟, 吴宪祥, et al. “信号与系统”课程可视化教学的实践探索[J]. 电气电子教学学报, 2010, 32(5):62-64.

[9] 丁志中, 吴玺, 合肥工业大学. “信号与系统”课程教学改革的尝试与思考[J]. 电工电子课程报告论坛, 2009.

[10] 苏宁馨. 构建MOOC平台的“信号与系统”课程MPBL教学模式[J]. 科技视界, 2019, (01):108-109.