【摘""要】“信號與系統(tǒng)”是成都理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。在新工科建設(shè)背景下，針對課程痛點問題，文章提出了重能力和素質(zhì)的教學(xué)目標，進行了與專業(yè)工程問題相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容改革、線上線下混合式教學(xué)方式改革及形成性+收獲型的評價方式改革。課程教學(xué)改革結(jié)果顯示，學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的反饋良好，學(xué)生分析問題、解決問題和團隊合作能力均得到了有效提升。【關(guān)鍵詞】“信號與系統(tǒng)”課程；新工科；專業(yè)工程問題；線上線下混合式教學(xué)一、引言2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，達成了新工科建設(shè)的共識[1]。新工科建設(shè)以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型的卓越人才[2]。新工科建設(shè)圍繞工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系等內(nèi)容展開研究和實踐[3]。課程是人才培養(yǎng)的核心要素與實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標的基石，因此，對接新工科需要落實到課程建設(shè)中[4]。“信號與系統(tǒng)”是成都理工大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要教學(xué)內(nèi)容為信號及系統(tǒng)的時域、頻域、S域及Z域分析方法，為專業(yè)后續(xù)的“自動控制原理”“數(shù)字信號處理”等課程提供支撐，為儀器儀表信號的采集、處理等提供理論依據(jù)。“信號與系統(tǒng)”課程具有理論性強、概念抽象、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高等特點[5]。隨著時代的發(fā)展及新工科建設(shè)的需要，“信號與系統(tǒng)”課程目前存在以下幾個亟待解決的痛點問題：一是學(xué)生對先修課程掌握的程度不同，導(dǎo)致基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生學(xué)習(xí)“信號與系統(tǒng)”課程難度大，且有畏難情緒；二是學(xué)生普遍認為“信號與系統(tǒng)”課程只是“高等數(shù)學(xué)”課程的延伸，忽略了“信號與系統(tǒng)”課程背后的工程意義，陷入單純解題的誤區(qū)；三是割裂了時域與頻域、S域及Z域等變換域之間的內(nèi)在聯(lián)系，沒有建立起信號和系統(tǒng)各不同域之間的對應(yīng)關(guān)系。課程組通過分析總結(jié)出造成上述痛點問題的幾方面原因。一是傳統(tǒng)的教學(xué)目標重點為知識點的傳授，導(dǎo)致教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)評價都是為知識點傳授目標服務(wù)。二是傳統(tǒng)以講授為主的教學(xué)方式不能針對不同基礎(chǔ)的學(xué)生進行個性化教學(xué)，在學(xué)生能力培養(yǎng)和素質(zhì)提升方面效果有限。三是教學(xué)內(nèi)容以課程的知識點為主線，將信號的時域、頻域、S域及Z域單獨成章，邏輯條理清晰明確，但割裂了信號不同域之間的聯(lián)系，使得學(xué)生很難在不同域之間建立起聯(lián)系；另外，知識背后的工程意義介紹有限，導(dǎo)致學(xué)生對課程與專業(yè)的支撐關(guān)系不明確。四是傳統(tǒng)的“信號與系統(tǒng)”課程評價主要以閉卷筆試形式的終結(jié)性評價開展。閉卷筆試形式使學(xué)生忙于知識點的記憶及課程習(xí)題的解析練習(xí)，忽略了課程背后的實際工程問題和工程意義。同時，終結(jié)性評價側(cè)重于考查學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)是否掌握了知識，而學(xué)生的學(xué)習(xí)情況卻不能及時反饋到當前的教學(xué)過程中。針對上述問題，在新工科背景下，課程組在教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及教學(xué)評價等方面對“信號與系統(tǒng)”課程進行了改革。二、新工科背景下“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革（一）以學(xué)生“能力+素質(zhì)”培養(yǎng)為重點的教學(xué)目標修訂傳統(tǒng)的“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)目標通常是通過“了解”“掌握”“理解”等動詞對學(xué)生知識點的掌握程度進行描述，缺乏從學(xué)生角度對能力及素養(yǎng)的培養(yǎng)要求進行描述。課程組以學(xué)生為中心，根據(jù)布魯姆教育目標分類法對認知過程的闡述[6]，修訂了“信號與系統(tǒng)”課程的教學(xué)目標。課程目標1：學(xué)生能夠運用三大變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換）和兩類分析方法（時域分析方法、變換域分析方法）對信號進行分析，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用時域分析法和變換域分析法對信號進行識別和分析的能力。課程目標2：學(xué)生能夠運用三大變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換）和兩類分析方法（時域分析方法、變換域分析方法）對線性時不變系統(tǒng)進行分析，培養(yǎng)學(xué)生從時域、變換域角度對系統(tǒng)進行描述的能力，根據(jù)具體問題選擇合適的域?qū)ο到y(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型并進行分析和求解的能力。課程思政目標：馬克思主義哲學(xué)思想結(jié)合“信號與系統(tǒng)”課程內(nèi)容，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力；結(jié)合儀器儀表行業(yè)現(xiàn)狀及案例，激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷和社會責任感。（二）與專業(yè)工程問題相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容改革1.課程內(nèi)容與專業(yè)工程問題的結(jié)合傳統(tǒng)的“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)內(nèi)容聚焦于抽象的信號及系統(tǒng)模型分析，學(xué)生所學(xué)內(nèi)容與專業(yè)工程問題的結(jié)合有限，導(dǎo)致學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)意義不明確、學(xué)習(xí)動力不足。課程組在調(diào)研專業(yè)其他課程內(nèi)容并查閱文獻后，挖掘“信號與系統(tǒng)”課程與專業(yè)其他課程的交叉內(nèi)容，探索專業(yè)工程問題與課程教學(xué)的結(jié)合形式。專業(yè)工程問題與課程的結(jié)合主要從文獻閱讀分享、課題實踐、復(fù)雜專業(yè)工程案例討論3個方面開展。①文獻閱讀分享。文獻閱讀分享以小組形式進行，主要包含學(xué)生查閱課程及專業(yè)應(yīng)用相關(guān)文獻、教師審核、學(xué)生閱讀、分享等環(huán)節(jié)。文獻閱讀分享能使學(xué)生將課程知識與專業(yè)工程應(yīng)用及科技前沿建立起聯(lián)系，提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)興趣及文獻綜述能力，加深學(xué)生對專業(yè)的了解。②課題實踐。實踐課題的選擇注重專業(yè)課程之間的融合，如語音信號的采集分析、濾波器的設(shè)計實現(xiàn)、振動信號的采集分析、心動信號的采集分析等。涉及的課程有“傳感器原理及設(shè)計”“數(shù)字信號處理”“嵌入式設(shè)計”等。“信號與系統(tǒng)”課程與專業(yè)工程問題的結(jié)合點如表1所示，學(xué)生將所學(xué)理論知識應(yīng)用于實際專業(yè)問題的解決，對實際的信號和系統(tǒng)問題分析有直觀的認識，并進一步加深對理論知識的理解。③復(fù)雜專業(yè)工程案例討論。在課程教學(xué)過程中開展復(fù)雜專業(yè)工程案例討論，如學(xué)院特色案例——伽瑪能譜信號處理中采樣頻率的選擇、爆破振動信號監(jiān)測的工程倫理問題等。案例選擇注重高階度和開放度，通過討論提高學(xué)生的辯證思維能力。將課程內(nèi)容與專業(yè)工程問題結(jié)合，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生對課程有更深層次的認識，提升學(xué)生的專業(yè)自信心，激發(fā)學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。2.“信號與系統(tǒng)”課程思政元素挖掘習(xí)近平總書記在全國教育大會上強調(diào)，“要堅持社會主義辦學(xué)方向，把立德樹人作為教育的根本任務(wù)”[7]。課程思政是落實立德樹人根本任務(wù)的重要途徑，專業(yè)課程則是課程思政建設(shè)的基本載體，是推進課程思政的“主渠道“和“主戰(zhàn)場”。“信號與系統(tǒng)”課程在教學(xué)過程中應(yīng)深挖課程思政元素，讓“思政”之鹽溶于“課程”之水。①馬克思主義哲學(xué)觀在“信號與系統(tǒng)”課程中的體現(xiàn)。將馬克思主義哲學(xué)思想融入“信號與系統(tǒng)”課程專業(yè)知識的講授中，不僅可使學(xué)生在潛移默化中形成正確的世界觀、人生觀和價值觀，發(fā)揮課程的隱性育人作用，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的哲學(xué)思維，發(fā)揮課程的顯性促教作用。例如，傅里葉變換與拉普拉斯變換的關(guān)系體現(xiàn)了“對立統(tǒng)一規(guī)律”，周期信號的周期T趨于無窮時轉(zhuǎn)換為非周期信號體現(xiàn)了“量變與質(zhì)變規(guī)律”，任意信號能夠用單位沖激信號表示體現(xiàn)了事物“本質(zhì)與現(xiàn)象”的辯證關(guān)系[8]。②馬克思主義實踐論指導(dǎo)的“信號與系統(tǒng)”課程實踐案例教學(xué)。實踐是認識的來源、動力與目的，是檢驗認識的真理性的標準。實踐既可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握課程內(nèi)容，也可以促進學(xué)生綜合素質(zhì)和實踐能力的提升[9]。課程組選擇成都理工大學(xué)的優(yōu)勢學(xué)科，如地學(xué)類案例、核技術(shù)與自動化工程學(xué)院核儀器信號案例及專業(yè)典型案例作為分析對象，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識與實際運用相結(jié)合，進一步激發(fā)學(xué)生對學(xué)校、學(xué)院和專業(yè)的熱情。主要案例包括：學(xué)校典型案例滑坡監(jiān)測、地震信號分析；學(xué)院典型案例核脈沖信號檢測、甄別；專業(yè)典型案例振動信號分析、濾波器設(shè)計、示波器工作原理等。③調(diào)研國內(nèi)外信號處理類儀器現(xiàn)狀。在課程教學(xué)過程中引入國產(chǎn)通用儀器、專用儀器的發(fā)展現(xiàn)狀，并從技術(shù)、市場占有率等方面與國外儀器現(xiàn)狀進行比對，使學(xué)生明確我國儀器行業(yè)的優(yōu)勢及差距，激發(fā)學(xué)生科技報國的情懷和使命擔當。具體課程思政內(nèi)容如表2所示。（三）線上線下混合式教學(xué)方式改革00后學(xué)生成長于信息大爆炸的時代，展現(xiàn)出了運用數(shù)字化技能開展個性化和多樣化學(xué)習(xí)的需求特征，在學(xué)習(xí)方式上處于向自主式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變的過渡時期[10]。另外，傳統(tǒng)課堂講授的教學(xué)方式對學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)作用有限。因此，“信號與系統(tǒng)”課程采用線上線下混合式教學(xué)方式，全方位服務(wù)課程教學(xué)目標。課程以清華大學(xué)宮琴教授的線上優(yōu)質(zhì)慕課為依托，以雨課堂平臺為載體，開展線上線下混合式教學(xué)。線上課程具有可重復(fù)性、異時性、異地性特點，因而課程知識的傳授主要通過線上形式來完成。線下課堂利用對分課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等形式讓位于學(xué)生，促使學(xué)生主動參與到課程中，通過實踐、實練、展示、討論等環(huán)節(jié)提高學(xué)生分析問題、解決問題及團隊合作能力。線上線下混合式教學(xué)過程主要包含課前、課中和課后3部分（圖1）。課前，學(xué)生通過視頻學(xué)習(xí)課程內(nèi)容并完成課前測；教師通過課前測了解學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱點。課中，教師首先總結(jié)線上學(xué)習(xí)情況，并進行重難點及易錯點講解、知識架構(gòu)說明；其次，學(xué)生進行高階練習(xí)、實踐課題展示、專業(yè)案例討論等活動；最后，教師進行課堂總結(jié)。課后，學(xué)生以小組形式完成實踐課題，教師進行線上答疑。教學(xué)過程借助線上平臺對學(xué)生“課前—課中—課后”的學(xué)習(xí)情況實時跟蹤，實現(xiàn)教師與學(xué)生的及時互動，高效地完成教與學(xué)活動。（四）形成性+收獲型課程評價模式改革根據(jù)知識、能力及素養(yǎng)等不同層次的課程教學(xué)目標，設(shè)計多樣的考核形式對學(xué)生學(xué)習(xí)成果進行評價。教師可利用雨課堂平臺精準的數(shù)據(jù)記錄分析和掌握學(xué)生全過程的學(xué)習(xí)動態(tài)，及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)的難點和問題所在，進而有針對性地調(diào)整教學(xué)方案和方法，以更好地達成教學(xué)目標。“信號與系統(tǒng)”課程利用形成性+收獲型課程評價模式對學(xué)生的學(xué)習(xí)進行評價，具體的評價形式、評價標準、評價主體等內(nèi)容如表3所示。評價形式從知識、能力、素養(yǎng)3個方面進行衡量，主要有視頻學(xué)習(xí)、課前測、課堂小組討論、課堂作業(yè)、課后作業(yè)、實踐課題、表現(xiàn)、出勤等環(huán)節(jié)。課程形成性評價反饋機制如圖2所示。通過定期的形成性評價結(jié)果進行反饋，指導(dǎo)教師與學(xué)生進行談話談心、重點內(nèi)容講解及個別學(xué)生輔導(dǎo)，從不同途徑促使學(xué)生能夠達成課程學(xué)習(xí)目標。“信號與系統(tǒng)”課程最終評價以學(xué)生的成長收獲為著眼點，基于線上教學(xué)平臺數(shù)據(jù)，從信號和系統(tǒng)的時域、頻域、S域及Z域分析能力，團隊合作及實踐動手能力等角度對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進行個性化、多維度評價。三、“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革成效“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革得到了學(xué)生的好評，2022年及2023年課程的學(xué)生教學(xué)評價均在98.5分以上。圖3為改革前后“信號與系統(tǒng)”課程成績分段對比圖，從圖中可知，“信號與系統(tǒng)”課程成績優(yōu)秀（大于90分）及良好（80～90分）的比例有明顯提升，不及格的學(xué)生比例有所下降。在課程實踐課題活動的影響下，學(xué)生積極參加專業(yè)類競賽，如全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生機器人大賽等，并獲得了全國大學(xué)生機器人大賽一等獎及全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽四川賽區(qū)信號組一等獎等獎項。四、結(jié)束語新工科建設(shè)背景下，針對“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)過程中的痛點問題，課程組以能力和素質(zhì)培養(yǎng)為著眼點修訂課程目標，并圍繞課程目標進行了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及評價模式的改革。課程內(nèi)容與專業(yè)工程問題的結(jié)合使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識與專業(yè)工程問題建立聯(lián)系，改變