基于创新思维培养的信号与系统分析基础课程教学模式

仇芝 赖欣 张禾 杜坚

摘 要 针对信号与系统分析基础课程，开展创新思维培养的教学模式研究。该教学模式由营造创新环境、CPS模型教学方法应用、课程科研活动和多重考核四个方面支撑。通过在实际教学中的应用，大部分学生表示激励了其学习兴趣，提升了其创造性解决问题的能力。

关键词 信号与系统分析基础；创新思维；CPS模型

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）23-0085-03

Abstract The teaching mode of cultivating innovative thinking is studied for the course of signal and system analysis foundation. This teaching mode is supported by four aspects： creating an innovative environment， applying CPS model teaching methods， scientific re-search activities of course and multiple examinations. Through the application in practical teaching， the majority of students indicated that the teaching mode stimulated their interest in learning and im-proved their creative problem-solving ability.

Key words signal and system analysis basis； innovative thinking； CPS model

1 前言

隨着新一轮科技革命和产业变革的兴起，未来人才培养应以创造性人才为目标。在新的形势下，作为大学本科阶段人才培养体系最基本的单元，本科课程该如何变革以应对新的要求，成为大学教师的研究热点。本文主要介绍西南石油大学“信号与系统分析基础”课程组针对创造性人才培养目标，开展的基于创新思维培养的教学模式研究。

2 “信号与系统分析基础”教学现状分析

信号与系统类课程自20世纪50年代在美国麻省理工学院开设以来[1]，迅速成为电类专业重要的专业核心基础课，对学生整体专业素质的培养有着极其重要的作用[2]。该课程以通信和控制工程等作为研究背景，主要学习内容包括信号的三大变换、连续和离散两类系统的时域与变换域分析方法和理论等。该课程是很多后续专业课程的总体理论框架，因此涉及的知识点多且互有关联，众多知识点以及课程独有的特征非常适合培养学生的创造性思维（囊括了联想、发散、逆向、直觉和变通思维[3]）。但传统的教学过程中，教师注重知识点的传授，强调理论公式的推导过程和数学计算能力，理论和实践结合较少，教学方法和考核方式单一。由此带来的特点是学生理论基础较好，计算能力较强，但很难把握课程知识点之间的关系；理论联系与工程实际的能力不足；课堂中容易感到枯燥乏味、兴趣不高，缺乏内在的学习动机。国内针对信号与系统课程在教学模式和教学方法两方面做了不少改革和实践，如基于团队学习方法的教学[4]、基于问题的教学[5]、以应用实例为主线[6]的教学、面向国际一流大学的教学模式[7]等，均取得很好的成效。

3 创造性人才培养研究现状

关于创造性人才培养，学者一致认定学生的创造性能够培养，并且要从培养创造性思维和培养创造性人格两个方面进行。北京师范大学林崇德研究分析了国内外创造性人才的成长规律，总结出营造创造性环境、实施创造性教育、培养创造性能力、塑造创造性人格是创造性人才培养的重要途径[8]。北京师范大学刘保存研究分析了美国大学创新人才培养的经验，提出加强本科生科研的理念和实践[9]。许晓媛、史代敏教授开展了67所学校的拔尖创新人才培养模式的调研，提出拔尖创新人才培养必须要改革教学方法、让学生尽早参与科学研究活动，实行本科生导师制，推动产学研合作[10]。北京工业大学郭广生认为，创造性人才培养的本质特征是人才培养过程创新，要明确学生创新与科学家创新之间的异同，培养目标要多样化，善于营造浓郁的创新文化氛围[11]。总结各高校创造性人才培养模式，共同之处有营造学生的创新环境，创新教学的方法和模式，尽早开展本科生科研，注意培养学生的创造性人格。

4 基于创新思维培养的教学模式

根据目前关于创造性人才培养和创新思维培养教学方法的成果，提出由营造创新环境、CPS模型教学方法应用、课程科研活动、多重考核四个方面组成的基于创新思维培养的教学模式。

营造创新环境 课程教学的创新环境营造不同于学校创新环境。在课程教学中，分析课堂、课间、课后三个环境的特点，采取不同的创新环境营造策略，如表1所示。通过在授课过程中根据课程内容传授创新的方法和思路，介绍课程内容相关人物的创新故事，传递高年级优秀学子的创新事迹，展现科技创新相关的人和物，塑造榜样，鼓励学生勇于质疑，给他们提供创新的条件和手段实践。

CPS模型教学方法应用 在创新思维培养方法方面，国内外学者认为1963年Osborn-Parnes提出的创造性解决问题的培养程序，即经修订，现统称为CPS模型（Creative Problem Solving Model）的教学方法较为有效。在应用CPS模型的教学方法过程中，以知识点为核心，充分挖掘知识点的发展历程，将CPS模型（三成分六阶段）教学方法经过调整用于课堂，教学方法流程如图1所示。

成分一“了解问题”由构建问题、提出任务和收集资料三个阶段组成。教师首先针对某知识点，充分挖掘其历史背景和现实应用，精心完成问题的构建；然后在课堂中构建问题，包括问题的背景、意义等，并针对问题对学生提出任务要求；接着学生针对问题，利用网络搜集与问题相关的资料，为下阶段做好准备。

成分二“产生构想”由小组讨论、提出解决方案、方案评价、发现方案困境四个阶段组成，关键是要激发学生主动发现问题的关键——新知识点。这个部分的主体是学生，教师主要起到引导的作用。

成分三“计划行动”包括新知识点学习、重回问题解决方案、完成知识点学习总结。新知识点学习阶段是衔接“产生构想”成分中的问题解决困境，要解决问题，必须要引入新知识点。重回问题解决方案阶段，是由学生应用所学新知识点回到问题解决，最后完成总结。

在CPS模型教学方法的应用中，由于新知识点学习是以学生自主发现为主，因此为了保证学习效果，利用班级QQ群发起投票，可以发现学生的知识薄弱点。在课程最后总结部分，重点进行回顾和再讲解，这样有效实现教与学的沟通和互动。

课程科研活动 课程的科研活动不同于实践体系的科研活动，旨在紧紧围绕课程内容进行深度扩展。首先根据课程内容精心选择与其相关的课题题目，提出完成要求和标准，并在课程教学中辅以案例教學，介绍方法和过程；然后由学生组成学习小组，在课外以完成大作业的形式开展；最后在答疑课中集中展示和评价。在实际科研活动开展过程中，可根据学生的实际情况分为三个层次。

第一层次：科研课题的调研。目标是所有学生能够了解科研方法和科研过程，调研内容应根据课程中提出的课题题目，由学生自主选择，完成调研报告。

第二层次：科研课题的实践。目标是大多数学生组成学习小组参与，以调研资料为基础，利用相应的软件或硬件完成科研小项目，最终完成报告并在答疑课中展示。

第三层次：科研竞赛和参与真正的科研。目标是推荐少数能力突出的学生参与教师的科研团队，或者参与高年级学生组队的科研项目和竞赛。

这三个层次由文献调研、科研方法及实战练习，到高阶创造性的科研活动，逐步进阶，既照顾了大多数学生的创造性科研训练要求，又达到培养优秀学生的目的。

多重考核 传统的学生学习情况考核由考试、作业和实验三个部分组成，其中期末考试占课堂成绩的70%。而国外一流大学[7]期末考试成绩一般占总成绩的40%～50%，他们更重视平时成绩和实验。多重考核方法从课堂学习、课后作业、实验和实践能力、考试等方面进行考核，可以较好地评估学生对课程知识的掌握情况，激励学生重视平时的学习。考核标准为课程的课堂学习占10%，课后作业及小测验占10%，科研小项目占20%，实验占10%，期末考试成绩占50%。另外，为了激励学生在科研小项目上的投入，设计科研小项目期末展评活动，每个小组通过PPT或现场演示展示各组的成果并评出优秀奖。

在以上考核评价体系中，对学生课堂学习和科研活动参与情况的评价以小组为单位，设计课堂学习和科研小项目评价量表，如表2所示。

5 结语

以“信号与系统分析基础”课程为例，提出基于创新思维培养的教学模式。该模式通过营造创新环境，激励学生创新的动力和自信；采用CPS模型教学方法，提升学生创造性解决问题的能力和创新思维；开展小组互助式的科研活动，提供创新的条件；改善学生成绩评价方法，更为合理地评价学生，激励学生自主学习。教学模式通过在实际教学中的应用，得到学生的高度认可，他们认为新的教学模式极大地激发了学习欲望，改善了学习效果，有助于提升创造性解决问题的能力。

参考文献

[1]郑君里，谷源涛.信号与系统课程历史变革与进展[J].电气电子教学学报，2012，34（2）：1-6.

[2]张艳，刘泉，张苗，等.自主学习复合模式在信号与系统课程教学中的应用[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2014，37（2）：152-155.

[3]朱明旱，成天乐.信号与系统研究性教学中创新思维的培养[J].科教导刊，2015（4）：107-108.

[4]尹霄丽，桑红庆.基于团队学习方法在“信号与系统”课程中的实践[J].北京邮电大学学报：社会科学版，2015（5）：76-80.

[5]张顺岚，莫建文，欧阳宁，等.基于问题的教学在信号与系统中的应用[J].桂林电子科技大学学报，2008（2）：137-139.

[6]任蕾，薄华，金欣磊，等.以应用实例为主线的“信号与系统”教学法[J].大学教育，2016（2）：121-122.

[7]刘永祥，吴京，黎湘.面向国际一流大学的信号与系统课程教学模式研究[J].高等教育研究学报，2011（2）：77-79.

[8]林崇德，胡卫平.创造性人才的成长规律和培养模式[J].北京师范大学学报：社会科学版，2012（1）：36-42.

[9]刘宝存.美国大学的创新人才培养与本科生科研[J].外国教育研究，2005（12）：39-43.

[10]徐晓媛，史代敏.拔尖创新人才培养模式的调研与思考[J].国家教育行政学院学报，2011（4）：81-84.

[11]郭广生.创新人才培养的内涵、特征、类型及因素[J].中国高等教育，2011（5）：12-15.

[12]米广春.科学思维培养的实证研究：MBD教学模式的建构及其影响[D].上海：华东师范大学，2011.