朱娟娟， 郭宝龙

(西安电子科技大学 空间科学与技术学院， 陕西 西安 710071)

“信号与系统”在线课程的探索与教学实践

朱娟娟， 郭宝龙

(西安电子科技大学 空间科学与技术学院， 陕西 西安 710071)

本文从“信号与系统”专业基础课的教学目标为出发点，探讨在线课程的建设内容和教学方法。由于在线资源使用的辅助，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分提高学生的主动性、积极性和创造性。实践表明，合理使用在线开放课程，这种混合式教学模式能提高教学质量，和学生的工程实践能力。

在线课程；慕课；混合教学

0 引言

随着互联网的MOOC教学带来的竞争，高校都在探讨网络教学模式的改革和探索。在线课程的精心建设、合理使用、创新模式的推出，使得传统课堂和网络资源互相碰撞，不断产生新的火花[1]。

“信号与系统”课程是一门专业基础课，其理论结构复杂，知识体系完整[2]。传统课堂教学的核心是讲解理论，公式演算，学生学习较为被动，且由于课时有限等原因，课堂上难以进行讨论或者翻转[3]。随着中国高校开始逐步重视公开课程的建设，一大批优秀的在线学习网站相继涌现，进一步丰富了教学资源。我校的“信号与系统”课程作为国家精品课程，从课程资源共享课建设开始，经历了推出“西电学堂”，到现在在“中国大学MOOC”网络上课程发布，进行了一系列的探索和实践。教学效果表明，以传统教学为背景，以在线资源使用为辅助，这一新型的混合教学模式能够发挥学生的主观能动性，教师的职责也由单方向讲解转为交互性指导，从而有助于提高教学效果，实现人才培养目标[4，5]。

1 在线课程的建设

1.1课程网站框架的设计

网站平台发布整个课程体系，其主要结构如图1所示。

图1 网站框架

图1中，“课程信息”栏目主要包括“课程概述”、“证书要求”、“教师简介”和“预备知识”；“授课大纲”栏目包括“教学大纲”和详细的“教学日历”；“参考资料”栏目介绍课程参考用书和相关在线资源；“常见问题”栏目主要对课程性质、前期基础和后期拓展的问题进行解释。课程MOOC平台提供了基本的教学资源，包括知识点视频和课件，可供学生下载和查看；每周的课后作业采用学生互评、教师审核的方式进行成绩评定；讨论区体现了教学互动性；通过发布公告来预告每周学习内容，指导学生按照进度来进行学习；考核方式为在线考试。

1.2建设思路

在线课程建设需要对所需的资源进行整理、规划和设计，使得最终的开放资源实现网络化、可视化、理论工程化和学习即时化[6]。

我们“信号与系统”课程教学团队参与建设了“西电学堂”、“中国大学MOOC”等线上支撑资源，提供的线上资源覆盖了“信号与系统”的200多个知识点。对课程中主要的难点和要点，配置了大量动画资源，并与知识拓展、微课视频、案例分析和Matlab仿真相融合。学生对线上资源均可实现移动设备的便捷访问，可以随时随地观看视频、浏览课件。此外，在线资源可以满足不同层次学生的需求，并能实现动态修改与添加，进而灵活地扩充教材的深度和广度且能实现师生之间和学生之间的实时互动交流。

1.3具体建设内容

开放课程建设将知识点的讲解录制成微视频并实现网上共享，以提高课程教学的先进性、科学性和教学示范性。

(1)建设“信号与系统”课程网站，完善功能、建立知识点目录，所有的知识点贯穿整个“信号与系统”课程，有利于学生自主学习时进行知识点查找。

(2)完善电子教案素材，突出动态演示特点。对基本概念，例如：信号波形的时间运算、卷积积分图解过程、周期信号频谱分析、采样定理等，以动画或者小视频进行动态演示取得生动活跃的讲解效果。再如在知识点“周期信号频谱特性分析”的教案中(http://weike.enetedu.com/play.asp?vodid=174227&e=3)，利用逐步分解的动画，演示频谱绘制过程；对频谱的特点：离散性、时频宽度相反特性和收敛性，直接利用仿真实验加工成小视频，将参数变化引起的频谱变化突出显示，形象生动。

(3)以知识点和工程案例深入研究和关联研究为主线，构建新型的信号与系统知识体系，有效压缩一些传统的、过时的内容，增加一些适应现代信息科学发展必要的基础知识点和突出工程原理的案例教学等，以适应“培养工程应用型人才”的需求。具体来说，删除或者简化的知识点主要包括：冲激函数的广义函数定义、复杂微分方程的系数匹配法求初始值、时域的经典解法、三种变换的性质；增加的知识点主要包括：多径传输失真、斐波那契(Fibonacci)数列、白噪声模型、音频信号采样和量化、音响反馈系统模型、自动控制系统举例、数字滤波器简要分析等。

(4)在内容编排上提高课程知识系统性：通过联系各章知识点，培养学生用系统的观点综合看待问题的能力。建立“由时域分析到变换域分析”、“由基本信号到一般信号”等循序渐进的知识演进体系，采用“连续与离散”、“输入输出分析与状态空间分析”等加强类比的教学原则，有效提高课程的系统性。

(5)增加Matlab等仿真工具的演示环节，在知识点讲解过程中，尽量利用软件求解信号与系统中的问题，简单编程并直观显示结果，增加学生对知识点的理解，达到更好的教学效果。教案中一共设计了20个Matlab仿真实例，主要有：信号的绘图、响应求解、卷积求解、频谱绘制、采样和量化、巴特沃斯滤波器设计、零极点绘制、状态方程求解等。课堂上仅作效果演示，将程序源码交给学生课后学习和操作；还给实验班布置音频信号分析大作业，需要完成5-8个Matlab程序，实现不同功能，从而提高学生的综合实践能力。

(6)根据知识点谱系，按照章节顺序，录制微视频，每个知识点视频的时间5-10分钟。视频制作应多样化，可以是教师自己采用专业软件录制的讲解视频，也可以是记录教师在课堂内围绕某个知识点或教学环节而开展的教学活动的全过程。

2 教学模式的实施

我校“信号与系统”课程教学实践改革采用的是“网络教学资源+课堂教学+项目教学”的架构，如图2所示，其教学效果良好。具体教学模式为：课前借助网络资源预习，课堂讲授，课后借助网络资源复习、做作业。

图2 混合式教学探索实践

首先，学期开始的第一堂课上便公布整个课程的教学计划，包括教学目标、教学内容、教学方式、教学活动安排和教学评价方式等。在慕课平台(http://www.icourse163.org/course/XIDIAN-483006#/info)上，公布详细的教学日历，每周发预习内容的公告。对于基本资源，学生可选择性地观看；对于拓展工程案例资源，学生必须提前观看视频，了解相关背景知识，以提高课堂教学的效率。

教师在课堂讲授过程中，以问题为导引，强化知识主线，围绕“基本信号、基本响应、系统分析”三个关键问题来讲解。课堂教学增加提问和互动，教师根据学生的反馈和课前预习效果，适当侧重于重要知识点和拓展知识点的进解。通过启发讨论、课堂演示、案例实践、仿真操作等教学活动，增强学生主动探索学习和研究性学习的能力。另外，教师选择网络讨论区里学生的提问，课堂答疑解惑，及时辅导学生，提升教学效果。

课后，教师在线发布每周作业、在网络讨论区答疑；学生课后利用网站资源进行复习、提交作业、在线讨论、提出疑问。每周作业以计算题型为主，涵盖了大纲的主要知识点；阶段性的项目型开放作业，学生需要结合拓展资源的相关案例，自主寻求解决方案。在这一过程中，师生均可以在讨论区进行互动，通过线上/线下的交流，突破时间和空间的限制；充分调动起学生的主观能动性，培养学生的实践能力。

另外，在实验班中，采用了“大班上课，小班辅导”的教学模式。大班授课以讲授经典理论和典型分析方法为主，时长为52课时；小班辅讲以讲授具体问题、分析技巧、典型案例以及学科前沿进展简介等内容为主，同时还包括对典型习题和考前难题的讲解，共计安排12学时。课程团队对大纲进行梳理优化，制定了详实的课程实施方案和计划；主讲和辅讲的内容同步，两者交叉进行；班级分为若干小组，组长负责收集疑问、意见、讨论结果等，汇总给辅导教师处理；辅导教师梳理共性问题汇总给主讲教师，在大班授课时进行针对性地点评和进一步解惑。通过四个班次的试点运行，达到了良好的效果。

针对这种混合教学模式，需要对学生的学习效果进行综合评价。在线作业的完成情况、在线讨论的活跃度，均作为评定成绩的一部分，可作为平时成绩；理论成绩采用传统的期中和期末考试来进行评定；另外，项目型大作业的考核方式较为灵活多样，可以采用专题讨论、学习小结、实践报告和仿真实现等。

3 应用情况

我校首门MOOC课程——“信号与系统”，在“爱课程-中国大学MOOC”网站上发布，校内平均每年有20个“信号与系统”班共约2000多名学生受益；网站两门课程五轮次的发布，已累计吸引1万多人次参与学习。校内组织建立学生兴趣俱乐部，学生主动探究学习的热情高涨，例如在案例实践中，学生主动提出“语音信号中非平稳信号分析”的讨论。推动了学生主动参与科研活动，再如2016年卓越试点班中开放的研究型项目覆盖面达到100%，涌现出省级/国家级创新项目团队10余个。调查表明，学生普遍认为在线资源混合式教学有助于提高学习兴趣，提升解决问题的能力。

4 结语

“信号与系统”是一门知识体系巨大、学科间呈上启下的专业基础课，在电子信息类专业课程中占有重要的基础地位。

(朱娟娟等文)

本文系统地阐述了我校面向在线开放课程建设的“信号与系统”课程教学改革，从资源建设设计、教学模式实施、应用情况三方面进行论述。借助教育信息化的发展，提高课程的先进性、科学性和教学示范性，促进了教育观念的更新和教学模式的重塑。实践表明，合理使用在线开放资源，显著提升了学生的学习兴趣和实践能力，并有效提高了教学质量。

[1] 吕瑞兰, 解培中. 网络教学模式的探索和实践[J]. 北京: 北京邮电大学学报(社会科学版), 2013, 15(3): 26-30.

[2] 郭宝龙,朱娟娟等.信号与系统课程可视化教学的实践探索[J]. 南京:电气电子教学学报, 2010, 32(5):62-64.

[3] 陈后金, 胡建. 信号与系统网络课程教学的改革与探索[J].南京: 电气电子教学学报, 2013, 35(3):40-41, 46.

[4] YaXun Zhou, Jianfeng Dong, Xingbin Zeng, Gangyi Jiang. Application of Matlab Notebook in the Course Teaching of Signal and System [A]. 2014 2nd International Conference on Teaching and Computational Science (ICTCS 2014) [C]. Shenzhen, China: Information Engineering Research.

[5] Yang zhonglin, Ouyang Hua. Exploration of the Teaching Reform and the Establishment of the Curriculum Group of Signal and Information Processing [A]. Computer Science and Electronic Technology International Society[C]. Nanjing, China, 2013.

[6] Zhu Juanjuan, GuoBaolong and Yan Yunyi. MOOC blended teaching reform in course of signal and system[C].2016 Global Conference on Teaching and Learning with Technology (CTLT 2016), Singapore.

ExplorationandTeachingPracticeofOnlineCourseofSignalandSystem

ZHUJuan-juan,GUOBao-long

(SchoolofAerospaceScienceandTechnology,XidianUniversity,Xi′an710071,China)

This paper discusses a novel approach to online resources construction from the viewpoint of teaching objectives of Signals and Systems course. Supported by the website, the blended teaching method combines the advantages of class-based teaching and online resources-assisted teaching. It includes teacher′s leading role in guiding, enlightening and monitoring. It also aims to improve student′s performance of activity, positivity and creativity. Teaching practice shows that teaching reform based on the proper use of online course would further improve teaching quality and students′ practical capabilities.

online courses; MOOC; blended teaching

2016-10-09;

2017-05-02

西安电子科技大学本科教育质量提升计划项目(项目编号：B07)

朱娟娟(1980-)，女，博士，副教授，主要从事“电路分析基础”、“信号与系统”教学和MOOC开放课程建设，E-mail：zhujoo@126.com

G420

A

1008-0686(2017)05-0036-04