OBE—CDIO教育理念在《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)中的探索與實(shí)踐

季策

摘要：《信號(hào)與系統(tǒng)》是通信、電子信息工程等本科專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，具有知識(shí)點(diǎn)多、覆蓋面廣、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)。為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐能力，結(jié)合我校通信專業(yè)的實(shí)際情況，引入OBE和CDIO教育理念，針對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀及教學(xué)過程中存在的問題，從教學(xué)方法及評(píng)價(jià)體系兩個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)模式的改革與探索，以提升學(xué)生的核心競(jìng)爭力，發(fā)揮學(xué)生潛能，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：OBE；CDIO；信號(hào)與系統(tǒng)；教學(xué)方法；評(píng)價(jià)體系

一、引言

OBE（Outcome Based Education），即成果導(dǎo)向教育，是把教育系統(tǒng)中的一切都集中圍繞著學(xué)生在畢業(yè)時(shí)應(yīng)取得的成果去組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)的一種教育模式。這里所說的成果，是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果，它不僅僅是學(xué)生獲得的書本知識(shí)，更重要的是對(duì)學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，包括對(duì)知識(shí)整體結(jié)構(gòu)的把握和理解，多角度解決開放性問題的能力，通過完成較為復(fù)雜的任務(wù)，獲得創(chuàng)造性思維的能力，分析和綜合信息的能力以及不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

在OBE模式的教育系統(tǒng)中，首先根據(jù)國家、社會(huì)及教育發(fā)展的需要，相關(guān)行業(yè)、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及職場(chǎng)需求確定學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到的能力及水平，即培養(yǎng)目標(biāo)；其次以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，定義明確的畢業(yè)要求（即能力培養(yǎng)指標(biāo)）；為了支撐畢業(yè)要求的達(dá)成，需要設(shè)計(jì)每門課的課程目標(biāo)，所有的能力培養(yǎng)指標(biāo)被分配到具體的課程中；最后以課程目標(biāo)為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的過程，包括教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)大綱、評(píng)價(jià)模式等，以保證課程達(dá)成預(yù)先制定的指標(biāo)點(diǎn)；評(píng)級(jí)體系是在一定的評(píng)價(jià)目標(biāo)的引導(dǎo)下，由評(píng)價(jià)主體運(yùn)用合理的評(píng)價(jià)方法，對(duì)評(píng)價(jià)客體進(jìn)行的評(píng)價(jià)，旨在改進(jìn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量?？傊裱聪蛟O(shè)計(jì)原則的OBE教育系統(tǒng)的構(gòu)成，如圖1所示。

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）工程教育模式，本質(zhì)上是一種特殊的OBE，CDIO工程教育模式在產(chǎn)生和發(fā)展的過程中受到了以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的OBE思想的影響，該模式不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、過程實(shí)施以及檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的12條標(biāo)準(zhǔn)。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，大綱要求以綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。CDIO代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢(shì)，無論是對(duì)學(xué)生還是對(duì)老師都具有重要的指導(dǎo)意義。

OBE教育理念最早在美國、英國、澳大利亞、新西蘭等地實(shí)施并取得了較好的反饋。近年來，香港教育資助委員會(huì)也在香港的高等院校改革中逐步推行了這種教學(xué)理念，其中香港理工大學(xué)早在2004年初就將該教育模式納入學(xué)校的課程中，在教學(xué)及評(píng)估方面取得了顯著的成績。筆者于2016年12月份，在香港理工大學(xué)參加了為期一周的“現(xiàn)代教學(xué)法”培訓(xùn)，其中，OBE的教育理念便是這次培訓(xùn)的主要內(nèi)容。

《信號(hào)與系統(tǒng)》是通信、電子類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是相關(guān)專業(yè)的考研課程。該課程主要講述連續(xù)、離散信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域、變換域分析方法，其中變換域分析方法包括三大變換：傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換，人們所熟悉的頻譜的概念就是在該課程中提及的?，F(xiàn)以本專業(yè)的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程為例，結(jié)合筆者在該課程中十幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)方法及評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)等方面探討如何以O(shè)BE及CDIO的教育理念指導(dǎo)該課程的教學(xué)改革。

二、以成果為本的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)改革

首先，筆者反思了《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)過程中存在的問題，主要包括以下幾點(diǎn)：

在目前的教學(xué)大綱中，各章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)大多設(shè)定為學(xué)生對(duì)重要概念和基本通信理論的記憶和理解，而沒有考慮如何結(jié)合某個(gè)知識(shí)點(diǎn)提高學(xué)生分析、解決復(fù)雜工程問題的能力；

在教學(xué)內(nèi)容的安排和組織方面，過分側(cè)重于數(shù)學(xué)公式的計(jì)算或推導(dǎo)。由于該課程有著很強(qiáng)的數(shù)學(xué)背景，講述的內(nèi)容涉及到微分方程、積分變換等多門數(shù)學(xué)課程的知識(shí)，課程中許多系統(tǒng)理論都是基于繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，使學(xué)生容易感到乏味、畏懼，對(duì)系統(tǒng)理論難以理解，不能從感性認(rèn)識(shí)升華到理性認(rèn)識(shí)，從而形成難學(xué)的思想禁錮，失去對(duì)這門課的學(xué)習(xí)興趣。

課堂教學(xué)的主體仍然是老師，上課以老師講學(xué)生聽為主，過于強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容編排的邏輯性和完整性，在講解一些重要知識(shí)點(diǎn)時(shí)由于缺少學(xué)生的積極參與而效果不佳；

課堂上信號(hào)與系統(tǒng)分析的結(jié)果往往缺乏形象生動(dòng)、可視化的直觀表現(xiàn)，學(xué)生對(duì)自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算后，仍然不能得到系統(tǒng)的可視化測(cè)試結(jié)果，這在一定程度上制約了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性；

理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，缺乏應(yīng)用能力的培養(yǎng)。在教學(xué)的過程中，理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用是脫節(jié)的，且缺乏實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境，這不僅影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，且在培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)想思維、開拓思維、發(fā)散思維及實(shí)踐應(yīng)用能力等方面都十分不利。

總之，當(dāng)前的《信號(hào)與系統(tǒng)》課堂教學(xué)中還存在較多的問題，這些問題的存在不利于提高學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題的能力，因此亟待引入新的教學(xué)理念和教學(xué)方法。

（一）以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和科研創(chuàng)新能力為目標(biāo)的教學(xué)方法改革

目前，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程主要以理論教學(xué)為主，通常采用板書與多媒體結(jié)合的教學(xué)方式，但是由于課程中存在大量數(shù)學(xué)公式，這些公式在多媒體屏幕上一帶而過，無法讓學(xué)生全面地掌握這些公式的由來。面對(duì)大量數(shù)學(xué)公式，大多數(shù)學(xué)生逐漸失去了興趣，難以激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)問題的熱情。因此，根據(jù)該課程的特點(diǎn)、課程培養(yǎng)目標(biāo)及應(yīng)達(dá)到的畢業(yè)要求擬組織不同的教學(xué)方法，如：

1.講授教學(xué)法：講授相關(guān)理論知識(shí)；

2.案例教學(xué)法：根據(jù)課程進(jìn)度的需要，通過實(shí)際案例分析，讓學(xué)生切身感受系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)的過程，了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、意義；

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)法：設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納，并得出有效結(jié)論的能力；

4.討論教學(xué)法：提出問題并采用分組討論的形式，培養(yǎng)學(xué)生通過表達(dá)、交流、合作獲取相關(guān)知識(shí)以及在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮作用的能力；

5.課堂練習(xí)教學(xué)法：布置練習(xí)題以鞏固、加深理解教學(xué)內(nèi)容；

6.課外閱讀法：指定課外閱讀文獻(xiàn)，發(fā)放電子閱讀文獻(xiàn)、資料等。

《信號(hào)與線性系統(tǒng)》課程各章節(jié)的教學(xué)方法及學(xué)時(shí)分配如表1所示。

（二）基于能力培養(yǎng)的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程多元化評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

OBE和CDIO教育理念的核心是能力導(dǎo)向，學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)把握的重點(diǎn)是理解而不是記憶，這就要求學(xué)生必須具有解決開放問題的能力，而不是僅有解決有固定答案問題的能力。學(xué)生在完成具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)的過程中，不斷總結(jié)解決工程實(shí)際問題的方法，進(jìn)而完成復(fù)雜工程問題的設(shè)計(jì)。

為了促進(jìn)學(xué)生綜合能力的提升，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)組對(duì)課程考核方式進(jìn)行了大膽的改革，將簡單的筆試和機(jī)試，改為“全過程、全方位”的多元化考核體系，該評(píng)價(jià)體系包括進(jìn)展性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)兩個(gè)維度，每個(gè)維度上又設(shè)置若干考核指標(biāo)，如表2所示。該評(píng)價(jià)體系在關(guān)注學(xué)生的知識(shí)與技能、情感態(tài)度與價(jià)值觀的同時(shí)，還對(duì)其工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)、分析與解決問題的能力、協(xié)調(diào)能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。這樣的課程評(píng)價(jià)，能全方位的引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生思考、研究、質(zhì)疑、決定和呈現(xiàn)的能力。評(píng)價(jià)者除了教師，學(xué)生也是評(píng)價(jià)的主體?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》課程評(píng)價(jià)體系及評(píng)價(jià)辦法如表2所示。

三、結(jié)語

本文詳細(xì)地介紹了基于OBE及CDIO理念的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的教學(xué)改革方案，通過對(duì)教學(xué)方法的改革以及不同于以往的評(píng)價(jià)方法的運(yùn)用，以達(dá)到《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)改革的目的，致力于培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的高質(zhì)量的專業(yè)人才。