美國高校信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)借鑒

摘要：信號(hào)與系統(tǒng)是電子信息工程類學(xué)生的基礎(chǔ)課程，美國高校非常重視這門課程的教學(xué)，注重對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，他們提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效舉措和成功經(jīng)驗(yàn)值得我國高校借鑒，對(duì)于探索科學(xué)合理的教學(xué)新模式，培養(yǎng)創(chuàng)新人才具有重要意義。

關(guān)鍵詞：信號(hào)與系統(tǒng);美國高校經(jīng)驗(yàn);人才培養(yǎng);借鑒

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2020）22-0005-02

信號(hào)與系統(tǒng)是信息類相關(guān)專業(yè)本科最重要的核心必修課，是數(shù)學(xué)和自然科學(xué)理論與工程技術(shù)之間的橋梁，信號(hào)處理對(duì)連接物理世界和信息世界起到關(guān)鍵作用，被廣泛應(yīng)用到科學(xué)和工程的各個(gè)領(lǐng)域。美國高校非常重視信號(hào)與系統(tǒng)的教學(xué)工作[1-3]。筆者調(diào)研了美國的高校包括麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、加州理工學(xué)院、哈佛大學(xué)、普林斯頓大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校的信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)情況，他們?cè)诮虒W(xué)上的經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒。

一、美國高校信號(hào)與系統(tǒng)課程教育理念

美國高校信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)把培養(yǎng)學(xué)生對(duì)課程的興趣放在第一位，創(chuàng)造更多的有利于學(xué)生發(fā)展的空間和時(shí)間，而我們的教學(xué)更多的是把掌握系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)以及知識(shí)的深度和廣度放在第一位。創(chuàng)造性思維的來源是好奇心、興趣和想象力。興趣能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，是學(xué)生學(xué)習(xí)的原動(dòng)力。學(xué)生有了學(xué)習(xí)的動(dòng)力以后，再枯燥的學(xué)習(xí)過程都會(huì)變得有意思。應(yīng)更多重視培養(yǎng)和保護(hù)學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)生的想象力和對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。

美國高校給予本科生足夠的重視，教授重視本科教學(xué)。學(xué)校能夠針對(duì)學(xué)生的個(gè)人需求提供教育資源，教師陣容強(qiáng)大，基本上都是著名教授。同時(shí)，學(xué)校強(qiáng)化對(duì)教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控和評(píng)估。而我們對(duì)教師考核評(píng)價(jià)存在重視科研輕視教學(xué)的現(xiàn)象，直接影響了教授給本科生上課。教授講課可以充分展示課程的豐富內(nèi)涵，使學(xué)生了解學(xué)科的輪廓和脈絡(luò)，對(duì)學(xué)什么、怎么學(xué)有更加清晰的感悟，這對(duì)于開闊學(xué)生視野、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣很有益處，能夠更有效地把社會(huì)實(shí)際要求轉(zhuǎn)化為課堂教學(xué)的內(nèi)容、要求和目標(biāo)。

美國高校信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)中重視實(shí)踐學(xué)習(xí)，編程訓(xùn)練量非常大。編程練習(xí)課以大學(xué)生編程競(jìng)賽中的賽題為素材，非常超前，并在要求中增加一些高級(jí)項(xiàng)目[4]，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作和工程實(shí)踐，包括科學(xué)寫作、口頭表達(dá)、溝通交流和項(xiàng)目規(guī)劃與管理等，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，并引導(dǎo)學(xué)生在完成項(xiàng)目中對(duì)信息行業(yè)面臨的困境以及發(fā)展所帶來的問題進(jìn)行思考。

在層次設(shè)置的漸進(jìn)程度上，美國高校信號(hào)與系統(tǒng)課程層次設(shè)置面窄、進(jìn)程快，而國內(nèi)課程設(shè)置的教育面寬、量大，在實(shí)用教育方面與其存在一定差距。

講授科學(xué)探索思維過程。在課堂教學(xué)上，抓住機(jī)會(huì)向?qū)W生講授課程所涉及的如傅里葉、拉普拉斯、吉伯斯和奈奎斯特等科學(xué)家探索科學(xué)問題的過程，包括探索過程中的思維方法、試驗(yàn)過程，讓學(xué)生感知問題的提出和思考過程，提高學(xué)生的認(rèn)知水平，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、思維方式和科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

強(qiáng)調(diào)用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)構(gòu)建與實(shí)際問題的關(guān)聯(lián)。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，美國高校在教學(xué)實(shí)踐中對(duì)于實(shí)際應(yīng)用問題，引導(dǎo)學(xué)生探尋其與數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)概念的關(guān)系，把實(shí)際問題抽象為數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)問題，確定從數(shù)學(xué)領(lǐng)域出發(fā)來理解和解決問題，建立數(shù)學(xué)模型和方法，再將其運(yùn)用到實(shí)際中，訓(xùn)練學(xué)生充分利用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)解決問題。學(xué)生在拓寬思路的同時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多有趣的新應(yīng)用，并學(xué)會(huì)利用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)在信號(hào)處理中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律。

二、批判性思考能力的培養(yǎng)

從美國高校的教學(xué)、作業(yè)和試題中，可以看到批判性思維培養(yǎng)的體現(xiàn)和強(qiáng)化。批判性思維是一種質(zhì)疑和求證的思維，學(xué)生經(jīng)過批判性思維訓(xùn)練后，面對(duì)問題時(shí)不會(huì)輕易接受既有結(jié)論，會(huì)分析其中的邏輯漏洞并進(jìn)行反駁，邏輯清晰嚴(yán)密，對(duì)問題進(jìn)行深入思考，評(píng)估問題的深度、廣度以及邏輯性，從而得出自己的結(jié)論。而我們的教學(xué)中更注重的是對(duì)學(xué)生技能的強(qiáng)化培養(yǎng)。美國高校注重給予學(xué)生充分的批判性獨(dú)立思考的自由，在學(xué)習(xí)和實(shí)踐活動(dòng)的各個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生批判性和反思性思考的能力，充分培育學(xué)生的心智，訓(xùn)練學(xué)生大腦的思考力，使學(xué)生理解物理世界的本質(zhì)，避免偏見和教條，對(duì)自己的觀點(diǎn)和判斷有清醒的認(rèn)識(shí)，有理有力地闡明觀點(diǎn)，從而為學(xué)生的成長(zhǎng)確定方向，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。尤其在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，學(xué)生需要在信息海洋中篩選出有價(jià)值的信息，避免錯(cuò)誤的信息左右大腦，而批判性思維的培養(yǎng)對(duì)于信息的接收和甄選有非常重要的意義。

三、探究性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)

我們的教學(xué)中，長(zhǎng)于培養(yǎng)學(xué)生的理論推導(dǎo)功底和技術(shù)能力，在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)、探究和創(chuàng)新解決問題的能力上略顯不足。美國高校信號(hào)與系統(tǒng)的課程教學(xué)，不是為了解決和消除問題，而是通過布置大量閱讀作業(yè)，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)入課堂，在探索和解決問題過程中發(fā)展學(xué)生的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力[5，6];將學(xué)生的學(xué)習(xí)與信息領(lǐng)域發(fā)展中的復(fù)雜問題相關(guān)聯(lián)，使學(xué)生投入問題中，從其自身的學(xué)習(xí)生活、社會(huì)生活、自然以及人類自身發(fā)展中選取感興趣的問題，以探究的方式主動(dòng)獲取知識(shí)，通過自主探究和合作來解決問題，訓(xùn)練研究、發(fā)現(xiàn)和信息檢索技能以及使用信息的能力，從而認(rèn)知隱含在問題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力，對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)和廣泛概念以及理論加深理解，這樣可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，在當(dāng)今知識(shí)不斷更新的社會(huì)中適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的要求，使學(xué)生在接受已有科學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)尋找知識(shí)和提高創(chuàng)造知識(shí)的能力。通過這樣的訓(xùn)練，學(xué)生能夠具有捕捉、整合、判斷各種信息價(jià)值的能力、質(zhì)疑能力，不斷思索、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新的能力;學(xué)生能夠通過體驗(yàn)知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過程，運(yùn)用相關(guān)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行分析、判斷、推理和綜合，并得出結(jié)論。

四、建立自由開放的探討氛圍

美國高校信號(hào)與系統(tǒng)的教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生包容他人觀點(diǎn)，自由地表達(dá)自己的言論。課堂教學(xué)中，討論內(nèi)容非常充實(shí)，教授注重激發(fā)學(xué)生的新思路，不是引導(dǎo)學(xué)生思考什么，而是引導(dǎo)學(xué)生如何思考、如何不帶偏見地傾聽不同聲音，共同解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的合作能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)力。

五、總結(jié)

信號(hào)與系統(tǒng)是電子信息工程及相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程。本文介紹了美國高校在該課程教學(xué)中培養(yǎng)人才的有效舉措。從我國國情出發(fā)，學(xué)習(xí)借鑒美國高校的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新解決問題的能力，讓學(xué)生打好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，提高科學(xué)素養(yǎng)，具備較全面的綜合素質(zhì)和較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力，這些對(duì)提升學(xué)生的工程知識(shí)能力和解決復(fù)雜問題能力具有積極意義，為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和科學(xué)研究奠定重要的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李艷.國際視野下我國研究型大學(xué)本科階段拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究[D].桂林：廣西師范大學(xué)，2014.

[2]劉永祥，吳京，黎湘.面向國際一流大學(xué)的信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)模式研究[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2011，34（2）：77-79.

[3]黨小宇，顧曉宇，陳小敏，等.中美兩所大學(xué)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)比較[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（2）：8-10+24.

[4]Milder P， Bugallo M F. Proceedings of IEEE International Conference on Acoustics， Speech and Signal Processing[C].Practical Matlab experience in lecture-based signals and systems courses. New Orleans， Louisiana， USA， 2017.

[5]Gerasimova D， Nelson J K. Proceedings of IEEE Frontiers in Education Conference[C].Collaborative problem solving and achievement in a Discrete-Time Signals and Systems course. Erie， PA， USA， 2016.

[6]邱天爽，劉蓉，王洪凱，等.工程認(rèn)證背景下“信號(hào)與系統(tǒng)”課程特點(diǎn)與教學(xué)策略探討—以生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)為例[J].工業(yè)和信息化教育，2017，（8）：52-56.

Reference of the Teaching Experience of Signal and System in American Universities

LUO Qian

（School of Information & Communication Engineering， Beijing Information Science & Technology University， Beijing 100192， China）

Abstract： Signal and System is a basic course for students of electronic information engineering. American universities attach great importance to it. This paper analyzes the role of this course in promoting students' comprehensive ability in American universities， aiming to learn from the effective measures and successful experience in improving the quality of talent training in Signal and System teaching， and to explore a new scientific and rational teaching model， which is of great significance to training innovative talents.

Key words： Signal and System; American universities' experience; talents training; reference

收稿日期：2019-09-10

基金項(xiàng)目：2018年度北京信息科技大學(xué)教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目“國際視野下適應(yīng)于工程人才培養(yǎng)的信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)模式研究”（編號(hào)：2018JGZD06，由北京信息科技大學(xué)2018年人才培養(yǎng)質(zhì)量提高經(jīng)費(fèi)5111824106支持）

作者簡(jiǎn)介：羅倩（1965-），女（漢族），廣東興寧人，博士，副教授，研究方向：信號(hào)與信息處理。