基于泛雅平台的“信号与系统”课程在线教学模式探索

周酥

关键词：线上教学;金课标准;泛雅平台;腾讯课堂;思维导图;生物医学工程

“信号与系统”作为生物医学工程专业的一门专业基础课程，具有理论性强、知识抽象等特点，传统教学手段缺乏互动性、与专业的结合不够紧密，导致学生学习积极性差、教学效果不理想，在线教学对于自主学习和自控能力较差的学生来说，无疑是雪上加霜，更无法保证学习效果。为了保证线上教学质量，“信号与系统”课程从教学模式、教学内容、教学团队建设、仿真实验教学等方面对课程进行改革。

1教学模式具有创新性

在线教学总体过程分为：课前预习、课中精讲和课后监督，环环相扣，充分调动学生的主观积极性。提前一周在泛雅平台发布每周任务单引导学生预习，预习要求中给出下次课学习目录、在线学习视频网址、课堂学习要点及课后习题预告;课堂采用腾讯课堂直播方式精讲重难点，课程内容注重“创新性”与“高阶性”;课后布置作业练习并提醒学生按时在泛雅平台提交以监督学习效果，课后作业具有“挑战度”，检验学生对知识的理解和应用情况。每堂课后收集学生反馈意见，任课教师根据意见适时调整教学方式和教学进度，每日反馈可以让教师准确掌握每个知识点的教与学的情况。学生居家学习，无法进入实验室开展实践活动，课程还增加MATLAB线上仿真实验来帮助学生理解和巩固理论知识，同时也引导学生熟悉MATLAB的各项仿真功能，充分实现课程群内容的整合。这一系列的改革举措，取得了良好的教学效果，也为混合式教学模式的开展积累了经验。

2教学过程紧扣“两性一度”

2.1教学内容注重高阶性与创新性

“信号与系统”课程在电子信息、通信工程等各类专业中均有开设，在线优质课程资源很多，但作为生物医学工程专业的专业基础课，内容不可完全模仿各大高校的精品课程，需要针对独立学院生物医学工程专业的学生特点和研究领域展开，本人及课程团队教师经过多年的探索，总结出了一套针对本专业学生的教学内容。

以第三章傅里叶变换为例，先在引言中利用思维导图画出本章的内容主线，如图1所示，并说明本章的地位和特点：求复杂信号的响应的思路，可以先将复杂信号分解为基本信号之和，求解基本信号的响应，再通过叠加得到复杂信号的响应，本章讲述的问题为信号的分解，是求复杂信号响应的第一步，本章涉及很多新的概念和分析方法，学习过程中注意把握各概念之间的逻辑关系，不偏离丰题。

教学内容由浅入深、注重各概念的物理意义解析，首先向学生提出问题：为什么要进行变换域分析？时域分析有什么局限性？通过MATLAB绘制的心电图和脑电图向学生展示，心电信号具有明显的时域特点，而脑电信号在时域上没有明显的特征，仅仅依靠时域分析得不到关于脑电信号的更多信息，故频域分析在脑电等信号的分析中具有十分重要的意义。

再引导学生思考，何为频域分析？为了引出频域分析的第一个公式：三角函数形式的傅里叶级数，先精讲矢量的正交分解，再过渡到信号的正交分解，理解标准矢量基与标准信号集的异同，最后利用标准信号集对周期信号进行傅里叶级数分解，用MATLAB绘图描述分解后的基波及各次谐波，发现时域波形显得杂乱不易分辨，换用正弦信号的三要素表示法描述各子分量，顺理成章得到信号的频谱图。课堂上穿插求解傅里叶级数的例题解析和随堂练习，边学边练、增强互动，可以更好地激发学生的学习兴趣。

周期信号可以进行傅里叶级数分解，非周期信号是否可以沿用此方法呢？非周期信号可以看成周期为无穷大的周期信号，但当周期趋于无穷大时，傅里叶级数分解已失去意义，为了寻找更有意义的描述方法，先分析使傅里叶级数分解失去意义的根源，再对公式对应地方进行修正，得到傅里叶变换的公式。

为了统一周期信号和非周期信号的分解方法，后又研究了周期信号的傅里叶变换，并由此引出了采样定理。课本知识学习完成后，利用思维导图对所学内容进行梳理，如图2所示，引导学生系统地归纳本章知识。

课本第三章讲述的对象均为连续傅里叶变换，最后进行课程内容拓展，将傅里叶变换由连续推广至离散信号，引入实例分析傅里叶变换，开设实验引导学生编写程序完成脑电信号（离散信号）的傅里叶变换，让学生了解傅里叶变换在生物医学信号处理中的应用;教师再利用MATALB软件演示脑电信号小波分解的过程，将科研内容融入教学之中，让学生了解傅里叶变换的发展动态及学科前沿知识，课后请学生查阅相关书籍和文献，自学离散傅里叶变换和小波分解的原理，对期刊文献进行归纳分析，并在课堂上汇报展示学习成果，由课程团队教师给予评价，作为考核结果之一，考核方式具有“挑战度”。

2.2教学过程实现课程群知识整合

“信号与系统”在专业课学习中具有承上启下的作用，需要“高等数学”“电路分析”的基础，同时又为“医学电子仪器原理与设计”“生物医学信号处理”“医学图像处理”的学习奠定基础，与“信号与系统”同期开设的课程还有“MATLAB及其应用”。教学过程充分考虑到学生的基础和知识面，所教授内容既区别于基础课程中已有内容，又体现生物医学工程专业的特点。如充分利用MATLAB软件的仿真优势，对枯燥的信号原理进行仿真演示，增加课程学习的趣味性;同时又训练学生的编程能力，实现课程群内容整合。

第二章连续时间系统的时域分析，从多角度讲述了信号经过线性时不变系统之后的变化，即求解系统的时域响应。在“高等数学”中讲述过微分方程的时域经典解法，在“电路分析”中讲述过“零输入响应与零状态响应”，这些先修课程中已涉及求解时域响应的方法，但前期课程要么侧重于数学方法、对系统的物理意义没有具体阐述，要么知识不够系统，而在“信号与系统”第二章教学过程中，教师先通过思维导图解析本章的内容框架，指出各种求解响应的方法与先修课程中所学习的方法之间的差别以及注意事项，进一步对学生提出具体要求：不仅要学会求解响应的方法，更要理解在物理系统中求解系统响应的意义及其实际应用，形成系统思维和高阶分析能力。

课程群内容整合，让学生对大学所学各门课程之间的联系有了更深刻的认识，知识体系逐渐形成，对学生后期的学习起到很好的帮助。

3教学团队建设

本门课程教学团队由5位教师组成，5位教师毕业于不同的专业，分别来自于生物医学工程、凝聚态物理学、控制理论与控制工程、信号与信息处理、机械工程等，教师将各自专业对信号与系统的理解代入课程，同时又在生物医学工程领域统一，开设具有生物医学工程专业特色的信号与系统，教学内容和教学模式针对独立学院学生基础和专业特点定制。课程群内容整合对任课教师提出了更高要求，任课教师不仅需要熟悉信号与系统的内容，对所有课程群的知识体系也要心中有数，才能更好地教好这门课程，当然，这也能够激励年轻教师自我学习、不断进步。

4教学效果分析

为了及时跟踪线上教学的情况，生物医学工程学院开展了“双进课堂”活动，邀请专职教师和教辅人员进线上课堂听课，并于每次课后搜集学生意见，做到每日一反馈，以更好地指导线上教学。

从“信号与系统”课程的反馈情况来看，学生对线上教学经历了从不适应到逐渐适应的过程，对课堂互动性的需求比较急迫，一些自我控制能力较差的学生对制定有效课后监督机制的呼声较高。通过思维导图帮助学生梳理知识、布置随堂练习及时发现问题和解决问题、线上仿真实验促进学生对理论知识的理解和应用，这些手段的运用增强了课堂互动，激发了学生的学习兴趣;课后作业在泛雅平台限时提交是课后监管的一种有效手段，学生汇报纳入考核环节也提高了学生学习的自主性。线上教学一系列的改革举措受到学生的好评，课程团队的教学能力和教学态度也得到学生的认可。

5结语

“信号与系统”作为生物医学工程专业的专业基础课，在教学内容上要充分体现专业特点，课堂案例与专业研究问题相结合，同时又要与先修课程的內容进行整合，帮助学生梳理知识，建立知识体系;在教学过程中应加强师生互动，善用各种教学辅助工具，使课堂氛围更活跃。经过一学期的探索，课程教学团队积累了丰富的在线教学经验，这些经验为后续线上线下混合式教学的开展具有指导意义。