张倩 朱轶 张志萍
摘 要：
《信号与系统》是电子、通信类专业的重要学科基础课程，本文針对传统《信号与系统》“一刀切”的授课方式，在对学生学情进行分类的基础上，对课程的教学方案进行分层，改良考核方式，以期使各个水平层次的学生都能最大程度地发挥自己的学习能力，提升课程教学质量。
关键词：
信号与系统;学生分类;分层教学;教学改革
中图分类号：
TN911.6 文献标识码：
A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.10.079
本文著录格式：张倩，朱轶，张志萍. 基于学生分类的信号与系统课程分层教学探讨与研究[J]. 软件，2020，41（10）：301303
【Abstract】：
“Signals and Systems” is an important basic course of electronic and communication majors. Different from the traditional "one size fits all" teaching method， this paper classifies the teaching scheme of the course and improves the assessment method， so as to make students at all levels give full play to their learning ability and improve the teaching quality of the course.
【Key words】：
Signals and systems; Classification of students; Hierarchical teaching; Reform in education
0 引言
近年来，随着招生规模的不断扩大，高等教育已从“精英化”发展到“大众化”，同时由于教育水平地区差异化的存在，高校入学的学生各学科学习基础和学习程度参差不齐的情况越发明显。教学质量作为学科教育的重中之重，尤其是在目前各学校争创“双一流”专业和专业工程认证的背景下[1]，如何使具有不同学习基础的学生，都能达到高等教育学科课程的培养目标，是亟待深入探索的问题。
《信号与系统》作为电子、通信类专业的学科基础课程也是各大高校考研的专业课，其基本理论成熟并且具有广泛的应用场景。课程主要内容为：确知信号经过线性时不变系统传输和处理的基本概念及分析方法;时域到频域、S域、Z域的变换。其先导课程涉及数学类的《高等数学》、《线性代数》、《复变函数》，专业类的《电路分析基础》，后续课程有《通信原理》《数字信号处理》等课程。《信号与系统》整体理论性较强，数学基础要求高，学生学习难度较大[2]，但是本门课程在整体学科中起着承上启下的作用，研究本门课程的教学方法对于学生专业课程的学习和学习质量效果的提升有着积极的意义。
1 《信号与系统》现有教学模式存在的问题
在传统的教学中，《信号与系统》课程采用的是以教师讲，学生听为主体的灌输-接受式面授课堂模式。教师采用同一种教学方案，学生学习主动性和参与度均不高，教学效果不显，问题体现在以下几个方面。
1.1 课程内容抽象难以理解
内容抽象，公式多，理论多，不够生动和贴近学生实际生活是《信号与系统》课程的一大特点。在传统的教学模式中，课堂上公式推导所花的时间很多[3]，虽然是为了让学生“知其所以然”，但是过于枯燥的推导使学生们兴致不高，并且由于学生对于知识点学习的目的性了解不够，感性认识和熟悉度严重缺乏，导致数学基础不好的同学很难在课堂上保持状态跟随教师的思路进行有效学习。结果是有些同学将一门需要理解的工科课程仅当成了背诵记忆的课程来学习，草草地应付考试，学习质量和效果不尽如人意。
1.2 统一的教学方案不符合因材施教的要求
在传统的教学方式中，对所有学生采取相同的教学方案显然没有充分考虑学生的个体化差异。现实的情况是一方面高校扩招，学生素质参差不齐的情况越发明显，另一方面在培养方案课时不断压缩的背景下，教师根据教学大纲进度要求完成教学，必然导致部分基础薄弱学生跟不上学习进度。长此以往，不仅打击学生的积极性，也将影响后续课程的学习，更谈不上对学生创造性的培养。
1.3 教学思路的难以转变
传统的教学模式对教师而言比较方便易行，因此对于习惯了旧模式的教师而言，短时间内很难适应新情况和新思路[4]。此外高校的教师承担着教学和科研的双重压力，而教学的改革需要教师投入大量的精力到教学模式的尝试中，势必会给教师的工作平衡带来影响，但是从学生成长和学校发展的角度，作为教师必须转变教育观念，采用新的教学思路，积极探索运用新的教学方法和手段，否则很难保证教学质量的提升，还会影响整体教学效果。
2 基于学生分类的《信号与系统》课程分层教学方法
国内不少高校对于大学生学习效果因素都有进行分析，总结起来影响大学生学习过程的主客观因素较多，其中主观因素有：学习动机、学习能力、学习目标和学生个人的学习方法;客观因素有：学校的学习环境、教育技术的应用、课程本身的特点、师生互动、家庭环境、社会环境等[5-6]。
在充分考虑以上影响学生学习过程因素的基础上，针对《信号与系统》课程教学中存在的问题，在基于学生学情分类的基础上、对教学方案、考核方式进行分层，结合微课、视频案例等一系列教学资源，强化教师的教学主导作用，学生的教学主体地位，加强过程管控，打破班级授课制教学形式的限制，倡导个别化教学，在保证整体进度的基础上，让学生按照自己的能力、节奏完成学习任务。
2.1 学生学情分类
在承认学生个体化差异的基础上，根据学生的学习动机、学习能力、学习基础对学生进行分类。其中学习动机主要考虑学生自身学习的内部推动力;学习基础主要考虑学生课程先修知识掌握情况;学习能力主要考虑个体学习的潜在高度，根据以上三点的不同组合将学生分为八种类型（表中H表示高，L表示低）：
2.2 教学方案分层
在学生学情分类的基础上，对教学方案进行分层。主要包括三方面：开课前学习资源梳理的层次化、课中教学引导的层次化和课后作业及交流的层次化。
开课前，教师对本门课程涉及的所有知识点进行梳理，分为先导知识点、课程知识点、拓展知识点三个层次。对《信号与系统》课程中所需要用到的先导知识，比如高等数学中的微积分、幂级数的和函数及展开，常微分方程的求解，电路分析课程中的电路的节点电压方程、回路电流方程，乃至高中数学中的三角函数和差化积、积化和差、倍角公式等知识点，准备微课等形式丰富的教学资源，在开课前提前发布班级云课堂以便基础较差的学生提前做好复习巩固。梳理本课程的知识点，采用思维导图的方式，将章节和全课程之间的关系以及每章节的知识点展示出来，帮助学生搭建课程学习框架，从整体上把握课程学习思路。由于以知识点提供的教学资源往往是断裂式的，知识点之间衔接度不够，因此教师在课堂以及课后答疑讨论时会注意知识点的串接。对于拓展类知识点，教师在课前收集丰富的工程案例，加入拓展知识库中，通过云课堂分享给学生，在课程中可以简单介绍，以学习基础好、积极性高的学生课后自学为主。
在课堂教学环节，针对不同层次学生的特点，对教学内容进行分层引导，分为先导知识点索引、基础知识点讲解、拓展案例分析。先导知识点索引主要是针对学习基础较薄弱的同学，为学生查漏补缺提供资源和手段，比如很多同学对于电路分析课程中KCL、KVL掌握的不是很好，在课堂上提示学生本课程先导知识教学资源中有针对这个知识点的微课，以便学生课后查询学习;基础知识点讲解，着重对于本门课程新知识点的授课，主要采用启发式和任务驱动教学[7]的方式，激发学生的学习参与度和主动性，比如在讲解完连续信号和离散信号通过系统产生响应的知识点后，可以给学生布置对二者进行对比任务，由学生归纳，教师总结。拓展案例分析主要是结合实际工程应用案例，拓展课程视野，比如雷达测距、语音处理等。在授课过程中教师注重鼓励引导，以强化学生学习的信心。此外，在授课过程中增加限时的知识点测验环节，采用钉钉平台布置测验题，这些测验题量不大，主要涉及需要学生掌握的关键知识和自学知识，对学生的自主学习过程进行过程性管控，检验学生是否按要求完成知识点的预习和复习。
课后环节从作业布置和答疑讨论两个方面进行分层。作业分为基本题和提高题两个层次。基本题作为学生的必做题目，提高题作为学生的选做题目，其完成情况作为平时成绩的加分项。组织课题兴趣小组，对答疑讨论进行分层，针对基础一般的同学通过腾讯会议、QQ视频等方式组织问题讨论会，由于讨论会有别于普通课堂教学，氛围更轻松，学生更敢于表达和提问。针对基础好，有考研目标的学生，组织考研真题讨论会，提前将相关知识点的考研真题布置给学生，讨论会上就重点难点问题，教师与学生进行互动讲解。
2.3 考核方式改良
现有的《信号与系统》考核，以本学院为例，主要由期末考试（70%）和平时成绩（30%）两部分组成。采用分层教学理念对考核方式进行变革，将分层教学内容融合到课程考核中。学生课程的最终成绩划分为四部分，即课程成绩（100%）=平时作业（15%）+课堂考核（15%）+课堂表现（10%）+期末考试（60%）。其中在平时作业和期末考試针对学生课程学习层次的不同增设附加题，额外得分，得分超过100的同学计100分。附加题包括《信号与系统》考研真题、综合设计题及技术应用分析题。采用这种方式，在保证大部分学生达到基本教学要求的情况下，让优秀的学生再往上“跳一跳”。
3 结语
学生的个体差异性是教学过程中不可回避的现实，本文针对《信号与系统》课程教学的现有问题，根据学生的学习动机、学习能力、学习基础对学生进行分类，并在此基础上提出层次化的教学方案。通过课前知识点的分层、课中教学引导的分层和课后作业及交流的分层，提供因生而异的教学资源和教学方式，使学生在自己原有的基础上有针对性地拓展学习，让各层次水平的学生都能最大程度地发挥自己的学习能力，得到相应的发展。
参考文献
[1]韩万江， 张笑燕， 陆天波， 等. 软件工程专业认证的新思路研究[J]. 软件， 2015， 36（3）：
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[2]陈从颜， 费树岷， 柴琳. “信号与系统”课程教学改革趋势探究[J]. 电气电子教学学报， 2014， 36（1）.
[3]蒋红梅. 独立学院的信号与系统教学改革探讨[J]. 科技视界， 2016（12）：
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[4]毕峰. 《信号与系统》课程教学改革与实践策略探讨[J]. 创新创业理论研究与实践. 2020（9）：
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[6]温佳伟. 混合式教学模式下学生学习效果的影响因素研究[J]. 科技创新导报， 2019（14）：
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[7]陈晨， 隋雪莉. 计算机基础分层教学和任务驱动教学方法的探究[J]. 软件， 2015， 36（8）：
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