应用型本科高校《信号与系统》模块化课程教学探究

林宏翔 彭文娟 崔晗 李蓓莉

摘  要：模块化教学强调输出为导向，以素质为核心、注重能力培养， 是近十年来逐渐兴起的应用型本科人才培养模式。《信号与系统》是电子信息与电气工程专业最重要的专业基础课程，该课程的模块化对电子信息专业模块化教学改革影响重大。文章通过探讨《信号与系统》与电子信息专业培养方案的关系，对该课程进行模块化设计、探讨模块在专业培养中作用、对模块能力进行分解、阐述本课程模块化教学举措，并从理论教学内容改进、实践教学内容重组两个方面系统研究了《信号与系统》的模块化实施方案，最后分析了本专业《信号与系统》课程模块化实施效果和后续改进措施。

关键词：《信号与系统》;课程教学;模块化教学;应用型本科高校

中图分类号：G642        文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）14-0075-04

Abstract： Modular teaching emphasizes output-oriented， quality-oriented and ability-building. It is a training mode of applied undergraduate talents gradually rising in recent ten years. Signal and System is the most important professional basic course of electronic information and electrical engineering. The modularization of the course has a great impact on the modular teaching reform of electronic information specialty. This paper discusses the relationship between Signal and System and the training scheme of electronic information specialty， designs the course modularization， discusses the function of modules in professional training， decomposes the module ability， and expounds the modular teaching measures of this course. It also systematically studies the modularization of Signal and System from two aspects of theoretical teaching content improvement and practical teaching content reorganization. Finally， the paper analyzes the implementation effect and follow-up improvement measures of Signal and System course.

Keywords： "Signal and System"; course instruction; modular teaching; applied undergraduate colleges

《信号与系统》课程是电子信息类本科生的专业基础课程，通常在学生学习过高等数学、复变函数后开设，是重要的理论分析课程，要求学生掌握基本的时频域分析方法，能够计算信号、系统及其相互之间的约束关系，《信号与系统》课程的知识是《通信原理》《数字信号处理》《移动通信》等电子信息专业的必备基础。

20世纪70年代初由国际劳工组织以现场教学的方式提出了一种全新的教学模式，该教学模式以应用技能为教学核心，注重能力应用，被命名为模块化教学[1-3]。经过近半个世纪的发展，我国的高等院校总结出了更加符合我国需求的“宽基础、活模块”教育模式。“宽基础、活模块”的模块化教学模式主要针对应用型本科高校。该模式从以人为本、全面育人的教育理念出发，根据正规全日制职业教育的培养要求，通过模块课程间灵活合理的搭配，培养应用型本科人才基础人文素养、基础从业能力，以及专业技术能力[4-6]。通过调研国内应用型本科高校模块化教学情况，我们发现目前各应用型高校模块化教学体系主要具备以下特点：首先，依据当地行业的实际岗位工作需求，设计各教学模块，有效培养学生的专业能力;其次，依据各类不同的教学目标与能力需求，模块化课程教学内容具有极强的针对性，同时各教学模块之间能够根据需求灵活组合;最后，模块化课程内容能够根据市场需求的改变而进行动态变化，不断完善更新，进而有效地提高教学的效果及学生能力与市场的适应性。

将应用型本科专业课程《信号与系统》进行模块化教学改革，是提高教學效果的重要途径，亦是提升学生专业技能的重要方式，经过长达三年的《信号与系统》模块化教学改革尝试，我们积累了应用型本科高校模块化教学的重要经验，取得较为满意的教学改革效果，为后续大范围的模块化教学起到了试点示范作用。

一、针对电子信息专业进行《信号与系统》模块化教学设计

以应用能力作为设计的出发点是模块化教学的根基。学生在完成某个模块内容的学习后，能够快速获得相关方面应用的能力，改变了以往传统教学中的公共课、专业基础课、专业课等的划分，以能力的培养和应用为导向性进行课堂教学，有效整合各门课程之间知识的连续性，保证学生的知识学习、能力培养具有系统性和连贯性[7-9]。

因此，与常规课程教学不同，模块化教学需要对每个课程的模块进行独立设计。在对《信号与系统》课程模块进行设计的过程中，我们愈发觉得课程设计需要从顶层设计开始，即由电子信息专业培养目标出发，根据所需的培养能力挑选课程内容进行模块教学。多个模块对一个能力指标点进行支撑。根据惠州学院电子信息技术专业人才培养方案， 结合惠州市电子信息企业的人才需求分析，我们制定了《信号与系统》的教学模块，并通过结合其它专业课程的知识点，共同支撑能力指标点。（见表1）

二、《信号与系统》模块要素及教学举措

目前，惠州学院电子信息专业正尝试“一目标，五能力，多要素，广支撑”的模块化教学方式。“一目标”指的是遵循培养目标为应用型本科人才培养的基本宗旨。“五能力”指的是电子信息专业本科生所需具备分析问

题能力、设计开发能力、团队协作能力、良好心理承受能力、终身学习能力这五个基本能力。“多要素，广支撑”指的是对每门课程的知识点和技能进行划分，将知识点和技能封装成各个模块要素，对学生进行讲授，同时对多门课程进行整合，将不同课程中的相关知识点进行关联，为学生建立网状的知识体系，实现多门课程支撑同一个能力的设计目标。

如图1所示，围绕电子信息专业的培养目标，共有五大能力进行支撑，而每个专业能力则有多个模块要素支撑。支撑某一个能力的教学模块要素可能来源于同一门专业课程，也可能分布在不同的专业课程中。图中顶层圆球表示培养目标，立方体表示专业能力，底层球体表示所属某个专业课（底层正方形格子）的教学模块要素。

为设计符合企业需求技能的课程，电子信息系组织大量教师前往惠州市当地电子信息企业进行调研，采用挂职锻炼的方式，长期深入企业一线，充分了解目前企业所需的应用型人才。其次，组织教师进行课程的模块化细分，梳理凝练出本模块在社会需求中应该支撑的专业能力，包括培养学生对电路系统分析能力、电路系统测试能力，运用信号、电路、高频等专业知识进行系统设计的能力。对于本模块应该培养的能力，可以进一步归为基本能力和提升能力两大类，电路系统分析、测试能力属于基本能力;通讯系统设计、信号优化能力属于提升能力的范畴。此外，为了帮助新进青年教师快速成长，院系组织中青年教师进行“传帮带”。为每位青年教师配备一名教学指导教师，每名教学指导教师至少具有十年以上教龄，教学经验丰富，课堂管理能力较强。院系要求青年教师参与指导教师的授课过程，担任相应课程的助教工作，同时要求指导教师帮助青年教师安排、设计模块化教学内容，每学期至少听课八次，并为青年教师提供课程教学、课堂管控、教学技巧等意见。

三、《信号与系统》模块化实施方案

由于《信号与系统》这门课程中包含大量的数学公式推导，而应用型本科高校学生的数理基础相对于高水平大学本科生较为薄弱，因此学生普遍感觉本专业的《信号与系统》课程理论性偏强，学习过程较为枯燥。此外，由于知识理论体系和专业能力之间的对应关系不明确，导致专业能力达成度不够，学生学习目的不明确，这也是应用型本科高校在尝试模块化教学的主要目标。为此，我们对《信号与系统》课程中的理论和实验内容进行了重组，同时开展诸多和《信号与系统》课程相关的专业见习。

（一）模块化实施方案-理论教学内容重组

为改善教学中的不足之处，我们组织专业教师对理论课程教学内容进行了重组。重新梳理本教学模块的知识体系，凝练专业技能。本模块一共包括了基本概念、基本数学方法、时域分析、频域分析四个方面，在重组模块教学过程中，弱化了对模块培养能力支持度低的数学方法类等相关的教学内容。同时将教师的科研项目引入课堂，以实际应用为立足点，结合理论知识分析实际科研项目中的问题，《信号与系统》教学模块重组结果如表2所示。

（二）模块化实施方案-实践教学内容重组

在实践教学中，根据《信号与系统》所支撑的基本能力和提升能力来设计实验项目，例如，针对电子电路系统的分析问题能力，我们设计了系统稳定性分析及测试实验，针对信号传输系统的设计开发能力设计无失真传输系统、二阶电路传输特性等实验，表3中列出了部分实验与对应支撑能力的关系。

（三）模块化实施方案-专业见习及企业实习

除了对理论、实践教学内容的重组，院系领导还组织本专业进行针对某些热点技术的专业见习，专业见习的内容会根据每年热门、热点领域的技术进行适当调整，近两年来，已经开展了四轴飞行器、智能手环、AI图像识别、5G通讯技术等热点技术的专业见习。例如，在四轴飞行器专业见习中学生能够使用MPU6050传感，在工程师指导下完成电机控制程序设计，了解姿态运算四元素运算软件设计过程，独立进行PID算法、滤波算法设计，让学生在工程实例中加深对理论知识的理解。

专业见习主要针对大四学年的学生，通过为期一周的理论学习、实践锻炼，帮助学生快速上手相关技术，为后续的企业实习奠定技术基础。

学生通过一周的高密度、高质量学习，学生基本能够达到相关技术的入门水平，随后学生立刻进入企业进行长达九个月的实习，同时由企业导师根据学生实习内容和企业的技术需求制定毕业设计和毕业论文题目，再由企业导师和学院导师共同指导完成，确保每个学生的毕业设计都是真题真做，达到实践、实习的真实目的和良好效果。

四、学生专业能力对比及教学效果分析

惠州学院电子信息专业模块化教学于2018年起步，至今我们对16、18级电子信息科学技术四个班进行了平行对比观察，发现采用模块化教学的班级其学生动手能力較强，对于知识的运用较为灵活，其各大赛的成绩优于常规班级，在短短两年的时间内，学生在“恩智浦”杯智能车大赛、全国大学生电子设计大赛、全国大学生教育机器人大赛、机甲大赛等多个国家级大赛中取得优异成绩。通过大量问卷调查，从四个对比班级的反馈信息中，我们得知大部分同学对模块化教学持认可态度，认为模块化教学效果更好，但是也有部分同学反映模块化教学知识点零碎不易形成知识体系。从问卷调查评分反馈我们发现，采用模块化教学的班级其学生五大能力中除心理承受能力以外均有提升。同时从课堂情况中，我们也发现学生的出勤率、前排就坐率得到了大幅提升[10]。此外，通过对学生就业单位的走访，诸多企业也对学生应用技能的提升表示认可，体现输出为导向的模块化教学初见成效。（见图2）

五、结论

通过4个平行班级的对比，我们发现模块化教学的学生相对于常规教学学生其专业能力更强，说明模块教学改革已经取得一定的成绩。目前本专业的模块化教学，还是采用常规教材，只是在教学的过程中将知识点进行重新排列和组合，选择同类的能量支撑要素进行整合教学，因此，在教学的过程中，部分同学感觉知识点零碎，知识不成体系。这也对本院系的教师提出了新的要求和考验，在后续的教学过程中，本专业将组织专任教师对专业课课表进行重新编写，使用最合适的模块化教学教材，并进一步编写与本模块教学相關的实验指导书。学生通过《信号与系统》模块化课程的学习，并通过参加全国大学生电子设计大赛，培养学生所需的专业能力，同时增强了学生逻辑思维能力、实践能力、创新能力以及团队协作能力。

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