基于OBE理念的信号与系统课程教学体系研究

摘 要：OBE理念作为一种对传统教育模式的革新，在提高教学质量、检验教学效果和培养合格人才等方面具有重要意义。本文阐述了我校“信号与系统”课程以应用型教育为课程的总体定位，进行的课程教学体系研究与实践，对基于OBE理念课程教学目标，借助网络教学资源共享平台，开展线上线下自主学习研究。

关键词：应用型 教学体系 信号与系统

OBE（Outcome Based Education），即成果导向教育，教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果，是把教育系统中的一切都集中围绕着学生在毕业时应取得的成果去组织、实施和评价的一种教育模式。OBE模式强调的是学生“学会了什么”而不是传统意义上的“老师教了什么”。在遵循反向设计原则的OBE教育系统中，首先根据国家、社会及教育发展的需要，以及相关产业、行业的发展及职场需求确定培养目标，即学生毕业时应达到的能力及水平;其次以培养目标为导向，定义明确的能力培养指标，即毕业要求;为了支撑毕业要求的达成，每门课的课程目标都需要进行合理的设计，所有具体的课程中都含有能力培养指标;最后以课程目标为导向，实现课程设计的过程，包括教学大纲、考核方式和教学计划等;评级体系是在一定的评价目标的引导下，由评价主体运用合理的评价方法，对评价客体进行的评价，目的在改进教学，提高教学质量^[1]。

一、信号与系统课程教学过程中存在的问题

信号与系统课程在教学过程中存在的问题，主要包括以下几点：（1）各章节的教学目标很少考虑如何结合知识点提高学生分析、解决复杂工程问题的能力，而过多设定为学生对基本通信理论和重要概念的记忆和理解;（2）对公式隐含的物理意义及提出的背景缺乏深刻的讲解和剖析，过分强调数学公式的推导或计算，导致某些数学基础薄弱的学生可能因为公式推导的复杂而失去对这门课的学习兴趣;（3）信号与系统分析的结果在 课堂上往往缺乏形象生动、可视化的直观表现，这就制约了学生学习的主动性和创造性;（4）课后习题的目的仍然是考查学生对重要知识点的理解、记忆或计算能力，缺乏生动的能调动起学生学习积极性、启发学生创造性的课外练习。总之，当前的信号与系统课堂教学中还存在较多的问题，这些问题的存在不利于提高学生分析解决复杂工程问题的能力，因此亟待引入新的教学理念和教学模式。

二、 以成果为本的信号与系统课程体系改革

呼伦贝尔学院电子信息工程专业的培养目标是按照育人为本、德育为先、能力为重、全面发展的要求，培养德、智、体、美全面发展，掌握扎實的现代通信专业的基础理论知识和工程实践，具备一定的创新创业意识、具有良好的职业道德、职业素质素养、团队协作精神和社会责任感，能够在电信行业及政企领域的企事业单位里，从事通信系统及网络的规划设计、技术开发、安装调试、工程建设，运行维护以及相关项目管理等方面工作，具有创新精神、创业能力和社会责任感的高素质应用型人才。经过几年的实际教学工作，力求使我校电子信息工程专业的毕业生达到下列要求：（1）能够应用数学、自然科学等领域的理论与方法，以及电子技术、通信技术和计算机应用等方面的工程基础和专业知识，解决通信系统、通信网络和其他信息设备在构思、设计、实现、运行的全生命周期过程中所面临的复杂工程问题。（2）能够应用数学、自然科学和通信技术领域的基本原理，在通信系统、通信网络的构思、设计、实现、运行过程中，通过文献研究、实验试验、工程推理、数学建模、工程经验提炼等方法，识别、表达、分析复杂工程问题，以获得有效结论。（3）理解电信行业及政企领域的产业模式、业务流程和技术规范的基础上，综合运用信息与通信的基本理论和技术手段，综合考虑公共健康与安全、文化、社会以及环境等因素，构思、设计与实现满足客户需求的通信系统和网络，并对其运行和优化提供解决方案。（4）掌握信息和通信领域的技术原理和研究方法，能够设计和实施工程实验，对复杂工程问题进行分析、设计和测试，并依据实验结果，通过信息综合得到合理有效的结论。（5）掌握通信网络建设和系统连接过程中，进行规划设计、硬件连接、软件调试、系统维护、故障排查、工程管理的技术、资源和工具（硬件、软件、文档等），并充分理解这些技术、资源和工具的差异、适用领域和局限性，能够在通信设备的构思、设计、实现、运行的全生命周期过程中，针对复杂工程问题，开发、选择和使用恰当的技术、资源和工具

三、课程改革与实践

1.细化课程目标。

OBE中“定义学习产出”强调“我们想让学生取得的学习成果是什么”^[2]。 根据专业培养方案，细化本课程目标如下：（1）掌握利用数学的方法将信号从不同角度进行表示;根据实际系统建立描述系统的数学模型，并从不同域对系统进行描述;理解信号与系统时域、频域和复频域的特点及适用情况，从而根据具体问题选择合适的域进行分析。（2）掌握运用数学、物理及电路基本原理，对通信、自动化、信息工程、电子科学与技术等专业的工程问题进行建模，并能够从时域、频域或复频域进行分析，获得有效结论。（3）掌握信号与系统的时域、频域和复频域方法，及其在通信、自动化、信息工程、电子科学与技术等相关专业的应用，能够查阅文献，对傅里叶分析在工程应用的局限性进行分析。

2.优化教学内容。

基于OBE理念，根据“学习产出”类型，优化教学内容，强调“为什么要让学生取得这样的学习成果”^[3]。根据“信号表示、系统描述”的课程内涵，对课程的教学重点与难点进行剖析，对课程内容进行优化。结合多年来的教研和科研成果，以全新的视角诠释了信号的抽样、信号的变换、信号的卷积等内容。如信号的卷积不只是计算系统响应的工具，更体现出输入、输出与系统之间的内在机理。修正了现有国内外同类教材中普遍存在的关于“抽样定理”的表述和结论，从时域与频域、离散化与周期化之间的对应关系揭示了信号时域抽样定理的本质内容。增加了信号与系统在信号处理、通信系统、生物医学中的应用，突出了信号与系统时域分析和变换域分析的物理概念和工程概念，强调了将工程问题抽象为数学、物理问题，选择适当的模型进行描述。

3.丰富教学方法。

使用多样化的教学方法“实现学习产出”，强调“如何有效地帮助学生取得这些学习成果”。有机结合课内外教学，调动学生積极地参与到教学过程。在课堂讲授中，从宏观上引导学生对课程内容的总体把握;从微观上启发学生能够从数学概念、物理概念及工程概念去分析问题、解决问题。将研究成果和前沿技术带入课堂，转化为课堂教学案例。以案例为载体，使学生掌握信号与系统基本理论在相关学科的应用，激发学生科研兴趣。以实际问题为载体，以小组为单位，对信号与系统时域分析、频域分析和复频域分析的相关内容进行专题实验和研讨，从而增强学生的学习兴趣以及理论与实际相结合的能力。在研究性学习交流中，以PPT等形式展示本小组的研究成果，同学可以提问，教师进行点评，既锻炼学生语言表达能力，又促进学生之间交流。课程组每学期在中国大学MOOC开设国家级教学名师陈后金教授主讲的信号与系统课程，学生可以利用MOOC预习、复习、检验所学知识，通过MOOC平台开展学习交流、问题讨论，课程组教师在线答疑。

4.达成度评价。

“评估学习产出”是OBE模式中的环节，强调“如何知道学生已经取得了这些学习成果”，以检验学生是否达到了应具备的毕业要求。就课程达成度评价而言，指课程针对毕业要求相应的指标点提出的教学目标的达成情况^[4]。评价环节由作业、仿真实验、期中/期末考试按照一定比例组成。具体做法如下：抽取一个教学班的课程成绩作为样本，先计算样本中支撑某分项指标点的所有学生平均得分与试题总分之比;再根据课程大纲中确定的对毕业要求中指标点达成度的权重确定该指标点达成度的评价值;最终，形成课程的达成度自评结果。课程教师根据达成度自评结果和专业评价组的建议，在下一轮教学中的授课内容、教学方式和考核环节等方面实施相应的改进措施，以加强学生较弱方面能力的培养和提高。

结语

本文基于OBE理念，针对“信号与系统”的课程建设和课程教学的诸多环节进行改革与实践，为进一步发挥OBE理念在课程建设和课程教学中的指导性地位奠定基础。

参考文献

[1]顾佩华，胡文龙，林鹏，包能胜，陆小华，熊光晶，陈严。基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式一汕头大学的实践与探索[J]。高等工程教育研究，2014。

[2]李志义。解析工程教育专业认证的成果导向理念[J]。中国高等教育，2014。

[3]顾佩华，胡文龙，林鹏。基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式—汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014.

[4]曾达幸，李飞，候雨雷，宜亚丽，郑立娟，张芳芳。基于OBE工程教育理念的机械原理课程设计改革[J].教育教学论坛，2016.