“互联网+多层次”视角下“信号与系统”课程案例教学模式研究

于华楠

（东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林 132012）

2015年3月5日，国务院总理李克强在政府工作报告中提出“互联网+”概念后，一时间就成为关注度极高的社会焦点[1]。随着教学改革的深入和信息化技术的发展，传统的讲授式教学模式已经很难满足现代信息化教育的发展要求，越来越多的人开始通过互联网平台获取更多的学习资源[2]。因其具有实时交互、操作方便且灵活多样的特点，在教学环节被广泛应用。

“信号与系统”是电气工程及其自动化专业和通信电信等专业的基础课程，以信号特性和处理等工程问题为背景，经过数学抽象及理论概括形成，是兼备较强的专业理论性和工程实用性的一门课程[3]。传统课堂教学方式侧重于理论公式的理解和推导，欠缺对数学模型和工程应用的理解，也缺少对学生积极性的调动。在课时推进的过程中逐渐有学生掉队，放弃对课程的深入学习。

“互联网+”的应用使师生互动更平等、自然，免于形式化。经典教学模式下的课堂，老师期待学生给予响应和互动，但教学效果仍主要集于在学习积极性更强、基础更好的学生上，很多响应滞后的学生会在犹豫中错过让自己学习状态更积极的环节。在各种学习平台进行网上授课的过程学生在电脑屏幕前轻松“卸下包袱”，更积极地响应课堂互动。在“信号与系统”课程建设过程中，对课程内容、知识结构、教学形式、考核形式和学习安排都有更高的要求，结合“信号与系统”课程的特点，本文提出“互联网+多层次”案例教学模式。

1 “信号与系统”课程特点

“信号与系统”是一门理论性很强的专业基础理论课。国内高校的“信号与系统”课程一般为64～72学时。学生建立整体知识框架必不可少的逻辑主线[4]：（1）基本信号及其响应。（2）信号的不同分解方法。（3）LTI系统的不同分析方法。

“信号与系统”课程理论性、概念性较强，涉及大量的数学公式和理论推导。在不断的探索和实践中，传统教学模式向现代教学过渡，已逐渐采用更丰富的教学手段，多媒体电子教案、Matlab仿真演示等。然而，对于“信号与系统”课程来说，集中的课堂板书教学是推演公式、数学模型建立的重要环节，其他教学手段和方法更适合作为辅助放在课后完成。于是，基于“互联网+多层次”的案例教学方式可以充分利用网络平台资源，且更适合这门课程的教学过程。

2 围绕“互联网+多层次”案例构建“信号与系统”教学新模式

2.1 超星尔雅

互联网教学体现出更广泛和有效的应用环境。各种平台在不同课程类别的教学中，展示了其多面性。学生在上课前可通过超星尔雅手机客户端进行自学，了解课程的整体框架和基础知识点。平台包含教学内容PPT、学术报告、文献综述、视频网课等丰富的教学资料（http://i.mooc.chaoxing.com/space/index.shtml）。课程内容按教学目标和重点难点分层次，题库资源按章节和题型归纳整理。授课教师在讨论区定期分时段线上答疑，可以充分利用平台优势与学生进行线上线下互动。让学生从理论到案例全面、透彻地掌握相关知识，通过最新文献可以了解信号与系统分析方法的前沿进展，达到培养学生有目标的学习、有针对性地实践，并尊重个体特点因材施教的教学目的，从而达到向社会输出电力和通信综合型人才的目标。

2.2 基于案例的团队作业

课程中，信号与系统分析的基本概念及分析方法中包含大量的数学公式和理论推导，具有一整套完整、严谨的理论体系。对于初次接触的本科生来说，其抽象性和逻辑性给学习带来较大阻力。为了使“信号与系统”中抽象的数学公式有丰富的物理含义做支撑，本文引入案例教学，结合互联网平台，让学生分组完成不同的案例，并完成相应的专题报告。通过对课程内容和教学目标的充分研究，以及各届学生的教学反馈，设计了6个教学内容对应的案例，包括：逆变电路PWM控制系统分析、基于互相关法的地下自来水管漏点查找、谐波注入阻抗在线测量原理、快递物流分析、电能质量信号分析、数字图像处理、水下黑匣子寻找37.5 KHz功率谱分析、快速傅里叶分析和阻抗继电器的动作特性分析。具体操作方案和案例设计如图1所示。

图1 电力系统应用案例实施框架

2.3 多层次评价体系

多层次评价体系采用线上线下多层次，精准个性化评价的方式，改革了传统教学评价中单一考核方式带来的评价偏差，从而全方位反映学生学习情况，包括学生和教师共同打分的6种教学评价方式：超星学习通自学环节、腾讯会议讨论、团队案例作品、课堂测试、实验技能考核和试卷考核，具体占比分配如图2所示。最终考核成绩由两部分构成：个人分数和团队分数，两者分数占比分别为80%和20%。老师考核线上讨论互动、实验成绩、平时作业和试卷成绩，给出个人成绩。团队成绩具体包括专题报告（50%），PPT制作（30%）和汇报交流（20%）。

3 实践效果

“信号与系统”应用超星平台，在开课前已完善平台资源，为学生提供课下自主学习的多种素材资料；同时应用平台的签到和互动系统，可以监督学生的学习状态并在讨论区及时解答各种问题；利用线上作业，及时、有效地跟踪学生的学习进展，并对授课形式和内容做积极调整。

从2019年度学生的整体试卷成绩，可以看到基于“互联网+多层次”案例教学的方式，有很可观的教学成效。首先，学生的试卷成绩有显著提高，与2018年相比，课程目标1达成度85.8%，较上期82.5%有所提高；课程目标2达成度86.4%，较上期69.9%有明显提升；课程目标3达成度76.8%，较上期74.9%有一定的改善。其次，相应的实验课和后续课程设计中，学生都有良好表现。同时，指导教师在教学过程中，结合学生线上线下的实际问题以及案例专题中的创新想法，可以根据学生的积极反馈，不断完善教学改革，形成“教学研”多层次建设的良性循环。

4 结语

传统的板书式教学方法是教学的经典形式和根本出发点，在此基础上增加“互联网+多层次”案例教学，能够使授课形式更灵活，学生参与度更高，教学效果也有明显提升。对“信号与系统”课程的教学环节的改革和创新，有良好的推动和促进作用。经过两年的实践后已初见成效，学生培养的质量有明显提高。