基于多模式融合的信号与系统课程教学体系构建

樊亚文+岳文静+周全

摘 要 信号与系统课程是电子信息类专业本科生的一门必修专业基础课程，其内容涉及线性微分方程、复变函数等多门数学知识，因此具有理论多、概念抽象等特点。探讨多模式融合教学体系的构建，将不同的教学方法融会贯通于信号与系统课程教学中，旨在充分发挥教师主导作用，培养学生的主观能动性，从而达到提高学生学习兴趣和学习效率的目的。

关键词 信号与系统课程；多模式融合；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）24-0092-03

Construction of Teaching System for Course Signal and Systems based on Multi-modal Fusion//FAN Yawen， YUE Wenjing， ZHOU Quan

Abstract The signal and systems course is a compulsory basic course

for undergraduates of electronic information. It involves many kinds

of mathematical knowledge. In order to enable students to under-stand the basic concepts better， and improve their practical ability， this paper will explore the construction of multi-modal fusion tea-ching system. This new system will integrate different teaching me-thods into the study of signal and system courses.

Key words course of signal and systems； multi-modal fusion； tea-ching reform

1 引言

信号与系统课程作为电子信息类、电气类等专业本科学生的基础课，对后续专业课的学习起着承上启下的作用。该课程包括系统论、控制论、信息论等知识，并涉及微积分、复变函数的数学知识，是后续数字信号处理、图像处理等课程的基础。信号与系统具有学科交叉、理论性强、数学功底要求高等特点，存在学生学习兴趣低等问题。信号与系统课程教学的核心目标之一是培养学生创新能力，引导学生综合运用基础知识从事实践、创造和发明活动等。而当前任何单一的教学方法都无法满足实际的教学目标，迫切需要进行课程教学改革。

因此，针对信号与系统课程的特点以及“教”与“学”中存在的问题，并结合自己的实际教学经验以及学生反馈，笔者积极探索更有效的教学方式，提出一种多模式融合的教学体系。

2 信号与系统课程的特点及教学中存在的问题

传统的信号与系统课程的教学方式通常围绕教材，以课堂教学为主，通过课后的习题加深和增强学生对知识的理解，最后通过考试来评价学生掌握知识的水平。然而这种方式无法满足培养创新型人才的要求，存在以下问题。

1）教学内容多，授课学时少。从课程本身来看，所涉及的内容包括四大部分：连续信号系统的时域分析方法，离散信号系统的时域分析方法，连续信号系统的频域/变换域分析方法，离散信号系统的频域/变换域分析方法。由此可见，该课程不仅教学内容多，且内容抽象，包含大量的数学公式和理论证明，传统的板书推导虽然学生易理解，但是耗时。那么在学时有限的情况下，如何提高教学质量，增加师生之间的互动？这就迫切需要对目前的教学方式进行改革。

2）从教学手段与方式角度来看，该课程理论性强，传统的单一教学方式侧重于数学公式的推导和使用，缺乏具体化的案例教学演示，使得学生并未理解公式真正的物理意义，且易让学生产生畏难情绪，降低学习兴趣和热情。

3）从实践角度来看，该课程中多数理论知识缺乏相应的实践机会，学生即便通过大量做题掌握了公式的使用，也无法了解公式在实际的信号处理中的应用过程，从而使理论知识与实际应用产生鸿沟。

4）从师生交互角度来看，在目前的教学中，教师与学生的交流沟通仅限于课堂上的教学与习题讲解，课后的沟通几乎为零。随着网络技术的发展，利用网络媒介进行师生之间的互动尤为重要。

从上述几个方面可以看出，传统的教学方式影响了教学质量以及学生的学习效果；对实践环节不重视，也导致学生只会死记硬背公式以及用公式做题，不利于创新型人才的培养。因此，迫切需要构建新的教学体系，充分调动教师及学生的主动性和交互性，在强化信号与系统理论知识的基础上，培养具有工程能力、创新能力的人才。

3 多模式融合教学体系的构建

基于信号与系统的课程特点以及目前教学中存在的问题，本文旨在构建一种基于双载体、双主体交互的多模式融合教学体系，而在整体上采用分层教学方法（如图1所示），具体包括以下几个方面。

分层教学 分层教学分为两个方面，一是从学生角度，一是从课程角度。由于信号与系统课程开设的范围广，不同专业的学生具备的基础知识不同，因此，可以针对不同专业设置多层次的教学大綱和教学目标，并可选取不同的教材，做到因“材”施教。如电气工程等强电专业，侧重于“系统”，而电子信息工程等弱电专业更侧重“信号”。从课程本身的角度来看，信号与系统课程知识点庞大，学生较难把握其中的核心知识以及各个知识点之间的逻辑关系。采用层次化教学方法，对课程知识进行分层，对教学目标进行分解，逐一深入引导学生建立知识体系、理解核心概念、掌握知识要点并能够记住细节[1]。endprint

交互式教学主体——教师 从教师角度来看，以理论教学为基础、案例教学为补充，并辅以多种教具，使抽象概念直观化。

1）信号与系统课程理论性很强，不仅知识点多，还涉及较多的公式推导，传统的以理论教学为主的教授法可以帮助学生建立系统的知识体系，掌握基本概念和基本理论。

2）在学生掌握基本理论知识和原理的基础上，将案例教学法作为一种启发式教学，教师根据教学目标和教学内容的要求，运用经典案例，将理论知识具体化地呈现出来，从而促使学生更好地理解知识，为实际应用理论知识打好基础。

3）教师应充分利用现代信息技术，基于多种媒体课件，并辅以音视频、动画模拟等技术，将课程中抽象的信号及数学表达式生动形象地体现出来，从而有助于学生清晰、全面地把握课程内容，加深对知识点的理解。

交互式教学主体——学生 从学生角度来看，通过实践教学、翻转课堂等形式，化被动学习为主动学习。

1）信号与系统课程以三大变换分析方法为基础，具有完备的理论体系。尽管学生掌握了基本的理论知识，但是所学理论与实际工程应用之间还存在巨大鸿沟。抽象的理论背后的物理意义是什么？学生对此并不清楚。实践教学法就是在夯实理论的基础上强化工程实践的主要手段。由于实验内容与理论紧密耦合，学生通过软件仿真和硬件实践相结合的方法，可以直观地理解相对应的理论知识，建立起感性认识。

2）翻转课堂教学模式基于学生的课前视频学习，释放出来的课上时间可以用于和教师讨论、学生讲解等形式，因此能为学生提供更多主动参与学习的机会，受到教师的关注。随着慕课、微课等新型课堂的出现，也使得翻转课堂的实施得到保证[2]。在这种教学模式下，以教师为主体的教学向学生转移，能够满足学生个体差异并促进提高学生的自主学习能力。

双教学载体相辅相成

1）课堂教学为主。传统的教学方式以课堂为载体，教师以黑板或者多媒体课件为媒介进行教学。这种教学方式利于发挥教师的主导作用，有利于教学的组织和管理。尽管课堂上会通过学生提问、随堂测验等方式和学生交互，但是信号与系统课程内容较多，一般教学内容安排紧凑，受课时限制，教师和学生之间的交互甚少，学生以被动接受知识为主。

2）网络教学为辅。随着技术的发展，以网络作为载体的探究性教学方式也随之出现，如慕课、微课等，作为传统课堂教学的一个有力补充，网络教学具有自主性、交互性和个性化的特点[3]。作为传统教学的有益补充，在这种教学方式中，一方面，学生可以充分发挥教学主体的作用，进一步巩固自己未掌握的知识点；另一方面，学生可以通过网络即时向教师反馈学习中遇到的问题，教师也可以掌握学生的学习动态，并据此调整课堂教学内容与进度等。

4 具体实施中应注意的问题

1）避免流于形式，教学改革要落实到实施层面。围绕新的教学体系，教师需要提前详细设计好教学程序和活动，将教学内容问题化、问题实践化、实践主体化。

2）在实践教学开展中，与其相对应的理论基础，特别是重点与难点，教师应首先采用集中授课教学模式，使学生充分掌握必要的理论概念。更重要的是，在学生参与实践教学的过程中，教师要指导学生分工明确、各司其职，并注重分享交流，避免实践小组中出现浑水摸鱼的现象。

3）综合评价。在新的教学体系中，对于学生的评价除了期末考试的客观指标外，还包括出勤率、课后作业完成情况以及实践环节完成情况等。除了期末考试，其他几项存在一定的主观特性，容易导致评价结果量化的模糊。因此，对于学生实践部分的评价，教师可采用学生自评与互评以及教师评价相结合的方式。对学生这门课程的最终评价，可以从学生理论知识掌握程度、实际解决问题能力、课程参与度以及学生在课程结束后自身各方面素质提升等多个方面综合进行。

5 结束语

在后续实际的信号与系统课程教学中，将逐步采用多模式融合的教学体系，综合采用不同的教学方法，并根据学生的反馈不断改进教学方法，基于不同的课堂模式，充分发挥教师和学生的双主体作用，从而达到提高学生学习兴趣和学习效率的目的。

参考文献

[1]姚为.“信号与系统分析”的层次化教学方法研究[J].科技资讯，2016，14（15）：91-93.

[2]缪靜敏，汪琼.高校翻转课堂：现状、成效与挑战：基于实践一线教师的调查[J].开放教育研究，2015（5）：74-82.

[3]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，

15（3）：26-30.endprint