OBE—CDIO教育理念在《信号与系统》课程教学中的探索与实践

季策

摘要：《信号与系统》是通信、电子信息工程等本科专业的核心基础课程，具有知识点多、覆盖面广、理论性强的特点。为进一步培养学生创新意识与工程实践能力，结合我校通信专业的实际情况，引入OBE和CDIO教育理念，针对《信号与系统》课程的教学现状及教学过程中存在的问题，从教学方法及评价体系两个方面进行了教学模式的改革与探索，以提升学生的核心竞争力，发挥学生潜能，提高人才培养质量。

关键词：OBE；CDIO；信号与系统；教学方法；评价体系

一、引言

OBE（Outcome Based Education），即成果导向教育，是把教育系统中的一切都集中围绕着学生在毕业时应取得的成果去组织、实施和评价的一种教育模式。这里所说的成果，是学生通过教育过程最后所取得的学习成果，它不仅仅是学生获得的书本知识，更重要的是对学生能力和素质的培养，包括对知识整体结构的把握和理解，多角度解决开放性问题的能力，通过完成较为复杂的任务，获得创造性思维的能力，分析和综合信息的能力以及不断学习和适应发展的能力。

在OBE模式的教育系统中，首先根据国家、社会及教育发展的需要，相关行业、产业的发展及职场需求确定学生毕业时应达到的能力及水平，即培养目标；其次以培养目标为导向，定义明确的毕业要求（即能力培养指标）；为了支撑毕业要求的达成，需要设计每门课的课程目标，所有的能力培养指标被分配到具体的课程中；最后以课程目標为导向，实现课程设计的过程，包括教学计划、教学大纲、评价模式等，以保证课程达成预先制定的指标点；评级体系是在一定的评价目标的引导下，由评价主体运用合理的评价方法，对评价客体进行的评价，旨在改进教学，提高教学质量。总之，遵循反向设计原则的OBE教育系统的构成，如图1所示。

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）工程教育模式，本质上是一种特殊的OBE，CDIO工程教育模式在产生和发展的过程中受到了以学习成果为导向的OBE思想的影响，该模式不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、过程实施以及检验测评的12条标准。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。CDIO代表了当代工程教育的发展趋势，无论是对学生还是对老师都具有重要的指导意义。

OBE教育理念最早在美国、英国、澳大利亚、新西兰等地实施并取得了较好的反馈。近年来，香港教育资助委员会也在香港的高等院校改革中逐步推行了这种教学理念，其中香港理工大学早在2004年初就将该教育模式纳入学校的课程中，在教学及评估方面取得了显著的成绩。笔者于2016年12月份，在香港理工大学参加了为期一周的“现代教学法”培训，其中，OBE的教育理念便是这次培训的主要内容。

《信号与系统》是通信、电子类专业本科生的专业基础课程，同时也是相关专业的考研课程。该课程主要讲述连续、离散信号与系统的时域、变换域分析方法，其中变换域分析方法包括三大变换：傅里叶变换、拉普拉斯变换和z变换，人们所熟悉的频谱的概念就是在该课程中提及的。现以本专业的《信号与系统》课程为例，结合笔者在该课程中十几年的教学经验，从教学方法及评价环节等方面探讨如何以OBE及CDIO的教育理念指导该课程的教学改革。

二、以成果为本的《信号与系统》课程教学改革

首先，笔者反思了《信号与系统》课程教学过程中存在的问题，主要包括以下几点：

在目前的教学大纲中，各章节的教学目标大多设定为学生对重要概念和基本通信理论的记忆和理解，而没有考虑如何结合某个知识点提高学生分析、解决复杂工程问题的能力；

在教学内容的安排和组织方面，过分侧重于数学公式的计算或推导。由于该课程有着很强的数学背景，讲述的内容涉及到微分方程、积分变换等多门数学课程的知识，课程中许多系统理论都是基于繁琐的数学推导，使学生容易感到乏味、畏惧，对系统理论难以理解，不能从感性认识升华到理性认识，从而形成难学的思想禁锢，失去对这门课的学习兴趣。

课堂教学的主体仍然是老师，上课以老师讲学生听为主，过于强调教学内容编排的逻辑性和完整性，在讲解一些重要知识点时由于缺少学生的积极参与而效果不佳；

课堂上信号与系统分析的结果往往缺乏形象生动、可视化的直观表现，学生对自己设计的系统经过复杂的数学计算后，仍然不能得到系统的可视化测试结果，这在一定程度上制约了学生学习的主动性和创造性；

理论知识与实际应用脱节，缺乏应用能力的培养。在教学的过程中，理论知识与实际应用是脱节的，且缺乏实际应用的环境，这不仅影响了学生的学习兴趣，且在培养学生联想思维、开拓思维、发散思维及实践应用能力等方面都十分不利。

总之，当前的《信号与系统》课堂教学中还存在较多的问题，这些问题的存在不利于提高学生分析解决复杂工程问题的能力，因此亟待引入新的教学理念和教学方法。

（一）以提高学生自主学习和科研创新能力为目标的教学方法改革

目前，《信号与系统》课程主要以理论教学为主，通常采用板书与多媒体结合的教学方式，但是由于课程中存在大量数学公式，这些公式在多媒体屏幕上一带而过，无法让学生全面地掌握这些公式的由来。面对大量数学公式，大多数学生逐渐失去了兴趣，难以激发学生探索科学问题的热情。因此，根据该课程的特点、课程培养目标及应达到的毕业要求拟组织不同的教学方法，如：

1.讲授教学法：讲授相关理论知识；

2.案例教学法：根据课程进度的需要，通过实际案例分析，让学生切身感受系统分析及设计的过程，了解系统设计的背景、意义；

3.实验教学法：设置相关实验内容，培养学生对实验数据进行分析、归纳，并得出有效结论的能力；

4.讨论教学法：提出问题并采用分组讨论的形式，培养学生通过表达、交流、合作获取相关知识以及在团队中发挥作用的能力；

5.课堂练习教学法：布置练习题以巩固、加深理解教学内容；

6.课外阅读法：指定课外阅读文献，发放电子阅读文献、资料等。

《信号与线性系统》课程各章节的教学方法及学时分配如表1所示。

（二）基于能力培养的《信号与系统》课程多元化评价体系的构建

OBE和CDIO教育理念的核心是能力导向，学生对于知识点把握的重点是理解而不是记忆，这就要求学生必须具有解决开放问题的能力，而不是仅有解决有固定答案问题的能力。学生在完成具有挑战性的任务的过程中，不断总结解决工程实际问题的方法，进而完成复杂工程问题的设计。

为了促进学生综合能力的提升，《信号与系统》课程教学组对课程考核方式进行了大胆的改革，将简单的笔试和机试，改为“全过程、全方位”的多元化考核体系，该评价体系包括进展性评价和总结性评价两个维度，每个维度上又设置若干考核指标，如表2所示。该评价体系在关注学生的知识与技能、情感态度与价值观的同时，还对其工程实践能力、创新意识、分析与解决问题的能力、协调能力以及团队合作精神等方面进行评价。这样的课程评价，能全方位的引导和培养学生思考、研究、质疑、决定和呈现的能力。评价者除了教师，学生也是评价的主体。《信号与系统》课程评价体系及评价办法如表2所示。

三、结语

本文详细地介绍了基于OBE及CDIO理念的《信号与系统》课程的教学改革方案，通过对教学方法的改革以及不同于以往的评价方法的运用，以达到《信号与系统》课程教学改革的目的，致力于培养出更多优秀的高质量的专业人才。