研究性学习在“信号与系统”课程教学中的应用

研究性学习在“信号与系统”课程教学中的应用
摘要:研究性学习是研究性课程教学中的一种重要的教学手段。

本文在分析“信号与系统”课程教学实际情况的基础上,提出从培养学生持续地研究动力、增强学生继续研究的技能、提供研究资料以及培养学生管理自己研究活动的能力等几个方面,对研究性学习思想在“信号与系统”课程教学中进行了应用。

关键词:信号与系统;研究性学习;实践
“信号与系统”课程是电子信息类专业的一门重要学科基础课,其内容涉及信号和系统的总体概念与时域及三大变换域分析方法[1-2],具有理论性强和应用性突出的特点,是“数字信号处理”、“通信原理”等后续专业课程的重要理论基础,也是学生从事相关领域工程技术研究的必备知识。

如何在有限的时间内将基本知识传授给学生,提高学生的学习兴趣,充分发挥学生学习的主观能动性是值得认真研究的问题。

最近十年,研究性学习成为大学改革的一个核心内容,本文主要探讨研究性学习在“信号与系统”课程中的应用。

1研究性学习理论
长久以来人们传统的价值取向就注重整体、均衡和权威,拒绝差异、怀疑和创新,体现在传统的教学模式中多采用“接受性学习”即注重传授知识,轻独立思考和研究能力的培养。

教师用自己的思想代替学生的思想,以自己的思维同化学生的思维,从而导致部分学生在接受多年教育之后仍然缺乏探究问题的意识与能力[3]。

学生的学习几乎都是在“听课—笔记—记忆—考试”中度过,在这种教学方式中,教师主导学生的学习,在一定程度上会抹杀学生的学习热情和学习兴趣。

近年来,随着现代教育思想的发展,研究性学习受到人们的重视。

研究性学习是一种基于建构主义理论的具有非预设性特征的教学方式,其主张学习者在教师的指导下,从自然、社会和生活中选择并确定研究课题,以类似科学研究的方式,主动地获取知识、应用知识、解决问题[4-5]。

“研究性学习”是与“接受性学习”相对的一个概念,就人的发展而言,“研究性学习”与“接受性学习”都是必要的。

强调“研究性学习”的重要性不是因为“接受性学习”不好,而是我们过去过多地倚重“接受性学习”。

研究性学习认为,教学是一个完整的人的成长与形成过程,是学生个体生命潜能多方位得以彰显、丰富的过程;教学与真实生活是融为一体的,教学本身就是师生活生生的现实生活[4]。

2“信号与系统课程”的研究性学习实践
研究性学习给学生带来了学习乐趣、动力,也带来了智力上的挑战。

它需要更多的资源,突破条件的限制,从教师角度来看需要帮助学生解决以下几个问题。

2.1注重培养持续的研究动机
“信号与系统”是电气信息类本科专业的一门重要学科基础课程,主要培养学生用信号、系统的观念和方法思考问题、分析问题和解决问题。

该课程具有概念多、公式推导多、论述严谨、覆盖面广、篇幅大、信息多的特点。

学生在学习本课程之前已经学过高等数学、线性代数、复变函数、电路等先修课程。

由于部分学生在学习这些先修课程时曾经遇到过困难,因此在学习本课程时自然会本能地产生畏难情绪。

高动机是研究性学习开展的基本条件,针对这种情况,在课程之初教师就需要从信号与系统的工程背景出发,引出问题,确定适当的学习目标引导学生更深入地理解[6]。

教师可采用以问题为基础的学习模式,强调设计学习和解决问题;可提出课程的综合目标,并对各章节提出分层次目标;明确鼓励学生要相信自己,树立克服困难的信心;课堂教学中尝试公开讨论,相互启发。

学生在学习的初期一般都能保持较高的兴趣,但是随着学习过程中遇到的困难越来越多,学习兴趣会逐渐降低。

针对“信号与系统”课程的教学中概念多、公式推导多的特点,在学时的安排上,为了在有限的时间内完成教学任务,我们采用多媒体与传统板书相结合的教学手段。

多媒体教学手段可以节省板书时间,符号、公式的编排也更清晰,更重要的是可以采用声音、图像、动画等多种形式的信息载体。

授课过程中,教师引导,学生提出问题,层层推进,使学生在学习知识时不再是被动接受,而是变为主动参与。

教师注意向学生提供多元的自我评价与修正机会[6-7],学生在学习中感受到经过探索获得新知识这一过程的喜悦。

采用问题学习法,教师对数学上的证明推导主要是提供方法和思路,具体过程由学生自己完成。

在这一过程中,学生作为学习主体,教师起指导的作用。

实验环节是“信号与系统”课程教学的重要组成部分,对学生深入理解课程概念,提高动手能力有很重要的作用。

“信号与系统”课程实验提供演示型、基础型(验证型)、提高型、综合型(开放型)实验;采用硬件实验、软件实验和基于Web的网络实验,建立了多层次、立体化的实验教学体系,从不同的角度、全方位地提高学生的综合水平,如表1所示。

实验环节为学生设置了与课程内容相关的实验目标,教师可以根据教学要求提供多个主题供学生选择;学生也可围绕目标自定题目,充分发挥主动性。

通过建立开放式的学习环境,学生可以获得持续的探究动机。

学生在教师的指导下学习撰写实验申请报告、制定实验计划、实施实验研究到取得实验结果,研究的过程构成了学习的过程。

在此过程中教师需要注意的问题是[8],实际的学习过程往往比教师所期望的时间更多,为了使学生有效地工作,教师需要在维持秩序与学生自由支配之间维持平衡,在教师指导与学生探究之间拿捏平衡。

2.2增强学生持续研究的技能
研究性学习反映了学习的规律性,也符合学习者的心理需求。

研究性学习本质上是一种学习方式,学生继续探究的技能需要教师给予指导。

在理论教学过程中,可以通过教师引出问题,学生思考为主导的方式,教师在不断修正的过程中注
重向学生展示探究的思路和技能,可以根据学生实际情况分层次开设研讨课、学生研究周、图书馆导航、学习技能课、学术沙龙等多种形式的活动,为学生提供辅助的探究技能。

在实验环节的自主学习阶段,由学生围绕主题展开学习活动。

教师不是直接告诉学生应当如何去解决问题,而是向学生提供解决问题可以采用的方法,例如收集资料的科学方法,分析资料获取有用信息的方法。

学生通过讨论,选择感兴趣的题目,实验采取自由组合的方式,2或3人一组,学生自己分工承担部分任务,共同建立模型,拟定实验方案,制定实验步骤。

学生通过书面报告或现场讨论的形式向教师提交本组实验原理与步骤,教师组织学生共同讨论,优化实验方案,最后进入实验室进行实验。

在实验过程中如果发现问题,由学生为主体给出解决措施,并对实验结果进行分析,给出相应的结论。

在此过程中学生始终主动地获取知识、应用知识、解决问题,教师需要注意对学生提供学习支持,在学习过程中对学生给予恰当反馈。

2.3提供研究的背景资料
在提出研究问题,发展研究计划,收集、分析资料的每个环节都需要相应的内容知识作为基础。

如果学生缺乏基础知识,就不能完成有意义的研究活动,也就没有机会去拓展和运用知识。

另外,由于缺乏基础知识而使探究不能层层深入,学生感受不到挑战和收获之后的快乐,最终也会使学生逐渐失去学习动机[9]。

在课堂教学和实验教学环节,教师通过与学生及时的互动发现问题,并且及时引导,帮助学生越过研究性学习过程中的障碍。

一门科目的教学,并不是希望学生成为该科目的一个小型图书馆,而是要他们参与获得知识的过程,学习的是一种过程,而不是结果[10]。

由于教师和学生在课堂上的交流是有限的,研究性学习为了完善完整的学习过程,可开设“信号与系统”课程的网络教学,如图1所示。

我们通过设计相应的功能模块和开辟专门的交流区域,为学生之间、学生和教师之间、教师与教师之间创设出合作、交流、探讨、研究的网络学习环境。

网络课程提供教学大纲、课程学习、实验教学、课件下载、视频课堂、作业习题、单元测试、考研相关、在线答疑、教学互动等环节,提供了种类繁多、数量庞大的知识信息。

其中,既有面向教学需要的课程教学内容,又有扩大学生知识面的各种学习资源。

学生可以根据自己的能力、水平、爱好,选择所需要的知识内容。

教师将网络课程作为课程教学的重要补充,比如为了对课程即将用到的数学理论有所回顾,扫清学生学习新内容的障碍,教师在讲述前可以针对重要章节内容提示学生需要用到的先修基础知识;对因理论课程时间限制而无法充分展示给学生的工程应用,可以由学生自行从网站上获取;提供国内外重点高校“信号与系统”课程的精华;提供基于Web的网络实验;提供在线答疑和教学互动栏目,为学生和教师提供一个交流、协作的平台等。

2.4培养学生管理自己研究活动的能力
研究性学习过程改变了传统的教师讲解、学生学习的固有模式,通过改变组
织结构以提高学生参与的程度和引发主体性[6]。

学生缺乏社交技能,特别是小组中的合作能力是影响研究性学习的一个重要因素。

考虑到学生的能力、特点和个性,我们在理论教学和实验中任命小组长负责学习、讨论和分工,小组成员进行自主管理和相互约束、监督,充分利用优秀学生的榜样作用带动全体同学。

在此期间,学生之间、学生和教师之间可以相互讨论,提出自己的观点和想法。

比如,在开放实验的总结汇报上,相互之间可以提出问题,进行不同实验小组之间的竞争和比赛,教师总结点评。

与传统教学活动模式相比,研究性学习为学生提供了相对复杂的管理机会和响应的自我管理习惯和能力,这对学生也提出了更高的要求。

在此过程中教师需要设计恰当的工具和方法评价学生在学习中的理解程度。

3研究性学习实施的展望
总之,传统教学注重学习结构,把知识看作目标,学生学习知识主要是通过传授的方式获得,而研究性学习把学习看作是行动或过程,看作个体在处于各种目的而试图理解所生活的社会或自然环境的认知建构或创造的过程,主要通过亲身体验的方式获得。

对于这种教学方式,虽然教师还是教学的主体,但强调学生对学习过程全方位的体验,可以帮助他们在理解
显性知识的同时,获得对隐性知识的感悟,既有成功的兴奋与欢乐,也有失败的苦闷与沮丧;既有可以言传的,又有只能意会的。

目前,研究性学习在“信号与系统”课程教学中的应用获得一定成果,本文从研究性学习理念出发,讨论了其在课程教学中的实践和需要注意的问题。

从我校近三年的学生网上评教和教师同行的反映来看,研究性学习在“信号与系统”课程教学中的应用获得了良好的实践效果。

参考文献:
[1] 朱煜,赵乐军. 信号与系统分析[M]. 北京:机械工业出版社,2005.
[2] A.V.Oppenheim. Signals and Systems[M]. 北京:电子工业出版社,2002.
[3] 钟启泉,黄志成. 美国教学论流派[M]. 西安:陕西人民教育出版社,1993:251.
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[5] 王升. 研究性学习的理论与实践[M]. 北京:教育科学出版社,2002.
[6]Barron,B.J.S.,Schwartz,D.L.,et al.. Doing with Understanding:Lessons from Research on Problem and Project-based Learning[J].The Journal of the Learning Science,1998,7(3&4):271-311.
[7]Edelson,D.C.,Gordon,D.N., Pea,R.D. Addressing the Challenge of Inquiry-based Learning. Journal of the Learning Science,1999(8):392-450.
[8]Thomas,J.W.A Review of Research on Project-based Learning[EB/OL]. [2004-11]. /foundation.
[9] 赵明仁,黄显华. 西方研究性学习的研究综述[J]. 教育理论与实践,2008,28(5):54-57.
[10] 赵祥麟. 外国教育家评传:第三卷[M]. 上海:上海教育出版社,1992:262.
Application of Inquisitive Learning in the Teaching of “Signals and Systems”
HUANG Wei-jia, ZHANG You-sai, MA Guo-jun, ZHOU Wen-lan
Abstract: The inquisitive learning is an important means of teaching on inquisitive courses. Based on the the actual situation in the course of Signals and Systems, the following ideas of inquisitive learning has been applied. Such as making students continue to study, how to enhance the skills of the students , providing research data, as well as how to manage their own research.
Key words: signals and systems; inquisitive learning; practice。