[出处] 教育教学论坛_2022年第7期

张钧萍，张腊梅，张晔

[关键词] 信号与系统;混合式教学;课程思政;新工科

[基金项目] 2021年度哈尔滨工业大学第六批教学发展基金项目（课程思政类）项目“信号与系统（B类）”（XSZ20210026）

[作者简介] 张钧萍（1970—），女，黑龙江哈尔滨人，工学博士，哈尔滨工业大学电子与信息工程学院信息工程系教授，主要从事遥感图像智能解译研究;张腊梅（1980—），女，黑龙江齐齐哈尔人，工学博士，哈尔滨工业大学电子与信息工程学院信息工程系副教授，主要从事遥感图像智能解译研究;张 晔（1960—），男，辽宁锦州人，工学博士，哈尔滨工业大学电子与信息工程学院信息工程系教授，主要从事图像处理研究。

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）07-0113-04 [收稿日期] 2021-06-29

引言

人才培养是高等教育的目的之一，教学过程既是知识文化的传承、也是价值体系及社会责任感的培养过程。教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合印发的《制造业人才发展规划指南》的通知指出，国家对人工智能及制造业等人才需求的不断增加，更强调学科的实用性、交叉性与综合性的新工科，日益引起人们的关注。“新工科”是相对于传统工科而言、以新经济、新产业为背景的一个动态概念，更强调学科的实用性、交叉性与综合性。

面向新形势下的电子信息类基础课教学，“信号与系统”作为电子、通信、信息、遥感、测控、电气等专业的第一门技术基础课，在课程体系中起着承上启下的作用，关于教学方法的探讨也是一个与时俱进的过程。由于该课程集中了电子信息类专业本科生后续课程所涉及的信号与系统的基本概念、基本原理和基本分析方法，但信号与系统涉及的概念多、理论抽象、方法多样、求解难等问题，历来是教师难教、学生难学的课程[1]。为了取得好的教学效果，教师需不断尝试利用科研工作中的实例来说明问题[2]。一方面，如何引导学生积极主动学习、培养学生运用所学知识，以获得对复杂工程问题的表达、论证和解决能力，是值得探索和深入研究的课题。另一方面学生品德和价值观的形成是一个长期缓慢的过程，教师在教书的同时更要肩负起育人的重任，为国家培养德才兼备的后背力量以保证国家和民族的发展长盛不衰。借助于丰富的信息化资源，结合多年课堂教学的经验，本文旨在探讨如何发挥实体课堂教学和在线学习的各自优势，达成高素质人才的培养目标。

一、课程教学模式及考核方式

现阶段，传统的课堂教学，面对面的授课方式依然是主要的手段，其好处不言自明，沟通便捷、反馈及时，师生间可以形成良好的互动。然而随着教育改革的不断深入，压缩课上学时，给这种传统的授课模式带来极大的挑战。在教学要求不降低的情况下，如何让学生理解并掌握课程的知识点，成为摆在我们面前迫在眉睫的任务。新形势下，课程组在教学中也不断对课程教学模式和考核方式进行改进。课程组近年来陆续利用社交软件和在线资源尝试对课堂教学进行补充。首先建立授课班级QQ群，学生有疑问，可以随时留言，教师在线回复。常常是还没等教师回答，其他学生就帮着解答了，进而形成了良好的讨论氛围，互帮互学、互相促进。教师也会给学生推荐一些MOOC资源，供学生参考补充学习。在去年新冠肺炎疫情的特殊情况下，“停课不停学”其实暂时停的只是线下课堂教学，线上的教学活动开展得如火如荼。经过师生共同努力，顺利完成教学任务，大家各有收获。混合式教学已成为今后教学模式的必然选择。

考核方式历来是学生最关心的，也是检查教学成效的重要手段，对学生的学习具有导向作用。多年来采用的都是累加式考核，综合成绩由平时成绩（10%）、实验报告成绩（10%）、期中考试成绩（10%）和期末考试成绩（70%）四部分构成，鉴于疫情期间的特殊情况，将考核方式调整为实验报告成绩（10%）、平时成绩（30%）和期末考试成绩（60%），平时成绩的构成包括作业、随堂小测、课堂参与度等方面。增加平时成绩的占比，客观上起到了督促学生注意平时积累、树立终身学习理念的作用。

二、混合式教学改革与探索

（一）强化教学设计、优化教学内容

“信号与系统”课程覆盖内容多，原有学时和学分都比较多，对先修课程的要求较高，如数学分析、复变函数与积分变换、电路基础等。为优化并专注于课程核心内容，教学设计过程中，将必要的相关知识通过QQ群或者雨课堂提前发给学生，让学生在课前用较短的时间回顾所需概念，而将课上时间留给新知识点。

整个教学过程，分两条主线，连续时间和离散时间信号与系统的分析;然后以两个定理（卷积定理和抽样定理）和三个变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换）串联起课程内容。通过卷积定理的学习与应用，建立信号与系统在时域和变换域的统一分析方法;通过抽样定理的学习与应用，建立信号与系统在连续域和离散域的统一分析方法;通过三个变换，建立起时域和变换域分析的方法。此外，基于线性叠加原理，让学生掌握典型信号的分析或分解方法，建立信号频谱的概念;对课程涉及的典型信号和系统进行实验验证，使学生进一步了解基本理论在电子与信息工程中的地位和作用。培养学生综合运用所学数学知识，并结合各种实践教学环节，由数学模型向物理模型过渡，注重物理概念的理解，进而培养学生对信号与系统的分析能力及基本应用技能，使学生具備对复杂工程问题的表达、论证和解决能力。

（二）线上线下结合、提高教学成效

2020年春季学期，经过反复比较和筛选，在慕课学习、录播授课和直播授课等线上教学组织方式中，“信号与系统”选取了直播为主、录播备用，并利用社交平台课后辅导答疑的方式。正式开课前，为应对春季学期的线上教学的特殊情况，每位主讲教师都提前准备了10次课的网上教学内容。整个学院三百多名学生共分了三个教学班，首先建立了一个课程群和三个授课班级QQ群，方便发布学习资料和各项通知，收取作业。在授课环节，通过综合比较，三个班分别采用了腾讯会议、华为云和企业微信直播的方式进行直播授课，讲课过程中穿插利用雨课堂进行随堂小测、随机提问、留言及弹幕等方式与学生进行互动交流，随时关注学生动态。通过学生的提问和留言，及时反馈他们的学习效果和学习状态，对返校后的教学起到很好的推动作用。

刚刚结束的2021年春季学期，学校又恢复了正常的教学秩序。在尝試了线上教学方式后，线下教学已不再仅仅局限于课堂上的面对面教学，QQ群讨论和答疑、雨课堂的提问和随堂抽查及小测，同时也将优秀的慕课资源继续推荐给学生，多种渠道让学生有了更多可选择的学习途径。教学设计，包括课前、课上和课后多个环节，同时利用社交软件、实体课堂、网上和线下答疑等方式，融合线上线下资源，达到教学目的。通过一系列多个环节的教学设计充分体现以学生为中心的教学理念。课前发放思考题，每一章开始前将课件发给学生;课上由思考题引入相关概念，引导、启发学生思考和回答问题，案例式教学激发学生的思辨能力，通过讨论和师生互动引导学生参与式学习;课后有复习要点和作业、有推荐MOOC等网络资源，帮助学生巩固理论知识;通过实验环节，培养学生的动手能力，引导学生学以致用，分析和设计实验方案，完成实验任务。通过随堂小测和讨论、实验及考试后的学生反馈环节，以产出导向持续改进教学设计;推进网络教学交互平台等信息技术与教学深度融合，多媒体、板书等多种教学手段相结合，改善教学效果;以科研带动教学，将科研中的问题融入教学环节，以新技术、新思想激发学生学习潜能和兴趣，以问题为导向，培养学生的创新思维，提升学生解决复杂工程问题的能力。

今后教学也将继续采用线上、线下混合方式，灵活利用多渠道网络资源，为学生提供个性化指导，增加互动和交流。以课堂集中讲解重点和难点问题，QQ群、邮件、网络教学平台、集中答疑等多种形式进行答疑解惑;随堂测试和讨论能够及时发现学生学习过程中存在的问题。

（三）更新教学理念、优化考评制度

为避免一张考卷定终身的片面化，多年来考核方式的改革一直在不断进行。在教学过程中，引入学生参与度，并通过学生对课上问题的回答、课后讨论的回复和作业的完成情况等来逐步加强和细化过程考核，促进学生养成好的学习习惯并注重独立思考和创新思维能力的培养。在课堂教学实践中，少量适度地采用翻转课堂，在课前自主学习和习题讲解环节，教师有针对性地引导学生之间进行互教和互学，教师指导性参与，以充分发挥学生的主观能动性、培养学生自主学习的意识;同时教师对学习过程中出现的问题进行修正，以启发式、引导式教学来帮助学生学会发现问题、分析问题并解决问题，以达成课程目标，并注意及时引导学生，同时检验课前学习成效。

（四）分级教育和层次化教学的思考

针对学生缺乏系统性思维、实践创新能力无法解决复杂工程问题等情况，“信号与系统”课程结合学科前沿动态与社会发展需求，逐步改变教学模式，以学生参与为中心、以学习成果为中心、以学生学习体验为中心。无论在哪个学校，来自全国各地的学生，他们的基础和能力之间多少都有差异。在保证正常教学计划的前提下，如何因材施教，让基础稍差的学生能够跟上进度，同时又让学有余力的学生更上一层楼，也是教师要考虑的问题。此次线上教学的经历，给了一个很好的机会，大部分学生可以通过听课、课程回放和辅助资料完成教学任务，巩固相关知识，而少数基础好、课上已完全掌握知识点的学生，可以推荐其拓展所学，参考国内外同类课程，向更广和更深层次发展，分别从理论和应用角度进一步提高。

用引导式、启发式、案例式教学方法，有助于学生加深理解。在基本原理阐述清楚的前提下，课程内容从理论向应用过渡，不断提升课程内容质量，促进学生知识、能力和素质的全面提高，培养学生解决复杂问题的综合能力和高阶性、创新性思维;课程内容紧密结合时代发展，例题和讨论内容反映技术的前沿性、先进性，通过师生互动、充分调动学生的能动性和探索精神，鼓励个性化发展;课程内容设置少量有一定难度的问题，引导学生独立思考，勇于挑战，大胆假设、小心求证;实验教学采用必修+选修、虚实结合，为学生提供信息化、综合型、探究性有机融合的实验、实践套餐;多管齐下、全方位提高学生培养质量;同时，授课过程中将思想政治教育巧妙融入知识中，循序渐进地培养学生正确的、积极的价值观。

三、融入课程思政元素、注重德才兼备人才培养

课程思政即知识传授、价值塑造与能力培养的多元统一，专业课堂知识和思想政治教育元素有机结合。教育的目的不仅是教书、更是育人的过程。习近平总书记提出“教育兴则国家兴，教育强则国家强”，从理论和战略高度指明了新时代高等教育乃至整个教育发展的重大使命。秉持立德树人思想，教学过程中，每个教师都应明确“为谁培养人、培养什么样的人、怎样培养人这个根本问题”[3]。

针对学生学习动力不足的情况，“信号与系统”课程紧跟时代发展的步伐，无论是线上还是线下的课程教学，始终坚持将家国情怀和科学精神培育贯穿到教学的全过程、全方位和全员中，坚持立德树人、培养德才兼备人才，提升学生的学习动力。为此，课程组积累并定期探讨和更新思想政治教育内容，围绕科学精神、科学家、身边榜样的典型事迹和优良传统、优良作风，对学生进行潜移默化的思想政治教育，力求“润物细无声”。2020年恰逢哈尔滨工业大学建校一百周年之际，因此授课过程中，通过老校友的经历、相关的典故、名人轶事，一方面传承知识，另一方面也把家国情怀融入其中，希望点点滴滴能如春风化雨、润物无声，帮助学生树立正确世界观、人生观和价值观，鼓励学生把个人的理想和祖国的需要紧密结合，创造有价值的人生。

課程思政的内容必须要与时俱进，紧跟时代的步伐。为了避免一个例子反复用，需要不断更新和发现新的切入点。比如在教学中，对于信号的分析方法，一维连续周期信号可以从时域和频域分别考虑。频域分析思想的核心就在于提供了一种新的信号分析方法，除了通常的时域之外，还可以在频域利用频谱来观察信号，启发学生换一个角度看问题。而图像可以表示为二维信号，从时域到空间域，同样可以用二维频谱来进行分析。期间将我国高分遥感卫星取得的巨大成就分享给学生，感受技术进步带来的民族自豪感。

而频域分析的思想来源于傅里叶的早期研究，其本人充满波折和传奇的一生及其在科学上的贡献都值得一讲。傅里叶1768年生于法国，1807年提出“任何周期信号都可用正弦函数级数表示”，但当时拉格朗日等反对发表，这一分析方法直到1822年才首次发表在“热的分析理论”中，而此后的1829年狄里赫利第一个给出收敛条件，完善了该理论。通过这个例子，告诉学生要相信科学、不盲从、不迷信，勇于探索、坚持真理。

结语

教学方法的探讨没有终点，课程思政也是一个渐进的过程。在国际国内对新技术需求的推动下，面向新工科建设的大环境，引导学生将知识转化为能力、做到学以致用，注重物理概念的理解并联系工程应用，在问题中学习，在学习中进步。通过线上、线下多种教学手段激发学生的学习兴趣，改善教学效果，更要培养学生的家国情怀。“信号与系统”课程的质量提升和课程建设永远在路上。