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（杭州电子科技大学 通信工程学院，浙江 杭州 310018）
摘 要：《信号与系统》课程是一门实用性较强的信息类基础理论课程，该课程的教学改革对信息类本科生的专业素质培养和提高有着极大的意义。本文着重阐述了在此课程的教学过程中运用“建构主义”思维模式，引入采用数值计算进行验证的案例实践环节，以激发学生自主学习和团队协作能力为主要目标，将知识、学习与教学有机地衔接和融合，提高学生对《信号与系统》的学习兴趣与效果，提升课堂教学质量。
关键词：建构主义；课堂教学；案例实践；信号与系统
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2016）08-0151-03
Abstract： The course of "Signals and systems" is a basic theory course with strong practicability. The teaching reform of this course is of great significance to the cultivation and improvement of the professional quality of undergraduate students in communications engineering. This paper focuses on using the "Constructivist learning theory" in the teaching process of this course， and also introducing case practice to verify the learned theory by numerical calculation. Our aim here is to improve the students" ability of autonomous learning and team working， make the knowledge， learning and teaching organic convergence and integration， improve the learning interest and effect on the "signals and systems"， and improve the quality of the classroom teaching.
Keywords： constructivist learning theory； classroom teaching； case practice； signals and systems
一、概述
《信号与系统》是信息类相关专业的基础入门课程，对各专业的进阶课程具有承上启下的作用。然而，抽象难懂的理论概念和繁多的计算公式[1]，及单一而枯燥的传统教学模式，使得学生对本课程的学习兴趣较为低下，对知识的理解和掌握也相对困难。因此，本文将重点介绍如何在《信号与系统》教学中引入“建构主义”的思维模式[2]和相应的案例实践环节，以期统一知识、学习与教学在本课程中三位一体的关系。
“建构主义”是一种关于知识和学习的理论，强调学生对知识学习的主动性。建构主义学习理论认为：“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。教学过程以教师创设合理情境、学生自主协作、成员思维成果共享、最终把握知识整体与内在联系为基本框架，激发学生学习兴趣，提高学生自主学习兴趣与能力。
《信号与系统》是我校通信工程学院各专业的理论基础课程，其培养目标是为学生从事通信技术、通信系统、通信网络等行业的工作打好信号处理方面的理论基础[3]。为此，在本课程教学实施过程中，引入“建构主义”教学思维模式进行课堂教学的探索与实践，并在教授理论课的同时，辅以对应的实践环节[4]来加深对知识的理解。
二、“建构主义”的特点及要求
“建构主义”不仅强调学生对学习的主动性和成员之间的沟通协作，而且强调教师对教学设计和课程安排的合理性，以良好的学习氛围来激励学生去探求知识概念和理解把握核心要点。通过这种教学模式来培养学生的合作沟通意识、动手实践能力，以及自主创新能力。
“建构主义”这种教学模式的提出和实施，突破了传统的教学理念，倡导以学习者为中心的学习方式，也就是说，既强调学习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用。教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者。
学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。学生要成为意义的主动建构者，这种教学模式对老师和学生也有了如下新的要求。
1. 情境构建的合理性。教师针对课程所设计的教学内容和教学方式要紧贴教材章节内容以及核心知识点，使得每章节的知识内容紧紧相扣形成知识框架，创新课堂教学形式，提倡互动教学[5]。对通信系统中经常使用的专业术语要详细讲解，便于学生理解，例如什么是信息、信息量，什么是时域分析、频域分析等。并且通过合适的实践内容设计，增强抽象概念的实体化，加强学生切身实施的体验，从而起到知识理解的强化作用。
2. 合作沟通的积极性。在教学过程中要充分调动学生的积极性，全程参与到课堂教学和实践环节中来，使学生主动协作[6]来完成学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证以及學习成果的评价。
三、具体实施方法举例
以“连续时间傅里叶变换”章节为例，详细说明“构建主义”的具体实施过程。“连续时间傅里叶变换”这一章节的主要内容有傅里叶变换公式、周期及非周期傅里叶变换、傅里叶变换性质、基本傅里叶变换对以及线性常系数微分方程表征系统。这一章内容概念和公式很多，按照以前的讲解方法比较枯燥，且不利于学生理解和掌握。
（一）教学的设计与实施
首先，通过整理一下这章内容，很容易发现本章节的内容是围绕“傅里叶变换公式”展开的，其变换公式是由第三章的傅里叶变换级数推导而得。傅里叶分析方法的建立有一段漫长的历史，其提出者和主要贡献者是法国科学家傅里叶。之后，还有欧拉、伯努利等科学家的相关研究工作，得到了一系列傅里叶变换性质和一些基本变换对。我们需要发挥“站在巨人的肩膀上”的优势，充分利用这些性质和变换对，将复杂繁琐的式子化難为简、知识点归类串接，使得教师的教学内容条理清晰、教学过程流畅互通，使得学生的学习内容重点突出、脉络清晰，学习过程中听讲和实践结合。
教师方面：
1. 在课堂教学实施前，教师应借助网络教学平台，上传本章节知识点的脉络框架，便于学生预习，并要求学生提出他们看不懂的地方，以便教师在课堂上可以有针对性的讲解和讨论。以本章节知识点为例，其结构体系如图1所示。
2. 同时在网络教学平台上安排相关实践环节的案例和分配不同学生团体进行不同方面的案例研究，将20人学生分成5组，每组4人，分别研究傅里叶变换的基本变换对和变换性质，每个小组分配的案例研究内容如图2所示。
学生方面：
1. 课前登录网络教学平台，预习本章节学习内容，并把握章节的知识脉络，圈出不懂疑问，提前了解实践案例的内容和要求。
2. 每次课后对本次课内容和知识点进行总结，重点掌握与下次实践案例相关的知识点。同时，让组内成员规划下次实践案例学习目的和设定案例的大致步骤，对不懂的地方提出疑问，进行组内讨论，组内无法解决的问题可以向老师请教。
3. 各小组组长让组内成员写好案例预实施计划，对可能的案例结果进行预测。在案例实施后，需要对结果进行讨论与汇总，将最后得出的案例结果与理论推导的结果进行比较，分析可能存在差异的原因，并提出案例实施过程中遇到问题、改进的建议和分享实践操作心得，最好递交案例总结报告，由老师评阅。
教学过程组织：
1. 第1学时老师先简单回顾本课程之前所讲内容，然后引出这一章节所学的内容，将前后知识点进行串接：傅里叶级数→傅里叶变换公式→傅里叶变换存在条件→傅里叶基本变换对→傅里叶变换性质。
2. 第2-3学时对每个知识点进行细化和解答学生对课本知识预习过程中遇到的难点和疑问，之后对实践案例内容作大致讲解，并解答学生在预习案例内容过程中碰到的难点与疑问。第4学时组织学生编写实现案例内容的MATLAB程序，将课堂内容知识点在案例编写中进行实践。第5学时让各小组演示案例实施过程，将实践结果与理论知识结论进行对比，分析讨论两者异同，解答其他小组对本案例提出的问题。第6学时各小组汇报完毕，老师答疑和详细讲解学生迷惑的知识点，评价各小组实施案例的成果并适当提出相关疑问，由学生解答，最后老师对本章节进行总结，并且布置适当针对性习题，由学生课后完成，巩固和加深对知识点的理解。
（二）成绩考核方式
针对于“建构主义”的教学模式，强调学生自主学习和团队协作能力，要求学生善于归纳总结课本知识内容并且具备一定的动手实践能力。因此，结合本课程教学的实际情况，在考核方式上也一改以往只看考试成绩而忽视平时成绩的情况，增加了案例实践在课程学习考核中的权重，将该课程的考核方式设置为“40%期末成绩+30%平时表现成绩+30%案例报告成绩”。其中，40%的期末成绩来自闭卷的期末考试，考试题型着重考察对基本概念的认知程度和对理论问题的推导分析能力。30%的平时表现成绩是考察个人的出勤情况、课堂表现、实践编程能力和组内贡献情况。30%的案例报告成绩则是评价小组整体的学习与合作情况，以促进团队合作意识。
四、结束语
与传统的教学方式相比较，“建构主义”教学模式取得了较明显的效果：第一、通过合理设计教学方案，丰富了课堂教学的形式和学生学习的方式，构建良好的学习氛围；第二、通过分组和案例教学，发展了学生的多方面能力，包括团队合作意识和应用理论解决实际问题的能力等；第三、通过理论讲授和实际操作相互穿插进行教学，最大限度地减少了课程的枯燥性，充分调动了学生的学习积极性。由此可见，学生在课堂教学中学习理论知识，在案例操作中将知识运用于实践，再在集体讨论中将实践知识建构成自己的经验知识。“建构主义”教学模式实现的是循环教育和学习的过程，理论指导实践，实践促进理论，是一种值得推广的实用的教学模式。
参考文献
[1]胡建荣，王秀敏，金宁.信号与系统课程教学改革与实践[J].科技信息，2010（25）：450-451.
[2]钟志贤.建构主义学习理论与教学设计[J].电化教育研究，2006（5）：10-16.
[3]奥本海默.信号与系统（第2版）[M].刘树棠译.陕西：西安交通大学出版社，2008.
[4]王忠勇，许莹婧.创新性思维在信号与系统实验教学中的探讨[J].鸡西大学学报，2013，13（2）：21-22.
[5]冯建光.互动学习模式教学设计的实证思考[J].继续医学教育，2013，27（4）：36-38.
[6]杜翠红.如何有效提高学生的合作学习质量[J].东方青年·教师，2011（8）：71.
基金项目：杭州电子科技大学科研启动基金（No.KYS085614033）。
作者简介：杨国伟（1984-），男，浙江杭州人，讲师，主要从事无线光通信及信号处理方面的研究。
