基于PRIDE教学模式的信号与系统课程改革实践探析

康长青，朱丽娟，孙成娇，郑毅，王峰

(1.湖北文理学院计算机工程学院，湖北襄阳 441053；2.湖北文理学院物理与电子工程学院,湖北襄阳 441053)

0 引言

我国高等教育质量问题越来越受到党和国家的重视。国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020 年）指出“提高质量是我国高等教育的核心任务”。2018年召开的全国教育大会规划了将我国建成高等教育强国的“三步走”战略。党的二十大报告强调要“加快建设高质量教育体系”。影响高等教育质量的要素众多，而课程建设是当前提高高等教育质量的核心环节。在“金课”“一流课程”“101 计划”等系列政策的教育指引下，如何落实立德树人根本任务，如何着力提高课程质量，成为新时代高等教育工作者的责无旁贷的使命和担当。

信号与系统课程是新工科诸多专业（如电子类、通信类、自动化类、计算机类等）的专业基础课程，旨在培养学生掌握信号分析与处理的所需的基础理论和基本分析方法，具备利用现代编程工具实现典型信号处理系统的能力，培养学生系统思维能力，提升分析问题和解决问题的能力，为学生成为我国电子信息制造业急需的卓越工程人才奠定良好的基础。信号与系统课程作为电子信息类的专业基础课，在人才培养方案中起着承上启下的关键作用。广大同行教师在课程思政[1-2]翻转课程[3-4]产教融合[5-6]和综合实验[7]等方面进行了有效的课程改革探索，取得了较好的教学效果。然而学生反映的“讲授多练习少”“公式多难度高”“不会应用”“不会编程”的现状仍然未得到有效改观。因此如何创建新型课程教学模式来着力提高课程质量，来适应新时代对大学生的综合发展需求，仍是当前课程改革的严峻挑战。

1 PRIDE教学模式的内涵

教学模式是指在一定的教育思想、教学理论和学习理论指导下的、在某种环境中展开的教学活动进程的稳定结构形式[8]。虽然不存在完全整齐划一的课堂教学模式，但是以建构主义为理论为支撑的各种新型教学方式，通过主体性的、对话式的深度学习，充分展现了在激发学习积极性，提升合作沟通能力，促进高阶思维培养和提升创新能力等方面的先进价值[9]，为广大教师进行课程教学转型并创建地方特色的新型教学模式指明了方向。

PRIDE 教学模式是由课程思政(Politics)、科教产教融合(Research)、启发式教学(Inspiration)、研讨教学(Discussion)和案例教学(Example)共同组成的课堂教学模式[10-11]，结构图如图1所示。其中，课程思政是指在课程教学过程中使价值塑造整合于知识传授与能力培养的过程中，达到让教育回归育人的本质，促进学生成长成才的国家要求。科教融合是在科学研究和生产实际中提炼出适合教学元素并革新课程内容，培养学生的工程实践能力和创新思维。启发式教学是采用高质量的问题等形式来千方百计调动学生的学习积极性，让学生举一反三和触类旁通，来达到促进高阶思维培养综合能力的目标。研讨教学是师生围绕课程目标或具体的工程问题，相互沟通交流，讨论并探究的过程。案例教学是通过设计综合性的复杂问题，让学生通过自主学习和协同学习来学会分析并解决问题，逐渐培养学生的沟通协作和系统求解能力。

图1 PRIDE教学模式

总的来说，PRIDE教学模式是一种以建构主义理论为主要依据的、有效落实立德树人根本任务和全面推进课程思政建设的新型教学模式，不仅有助于学生高阶思维发展和创新能力提升，还全面契合了将学生培养成为满足国家科技创新发展与高水平科技自立自强所亟须的科技创新人才的培养目标。

2 基于PRIDE教学模式的课程改革实践

2.1 构建思政框架，巧妙思政育人

按照《高等学校课程思政建设指导纲要》的要求，并依据实际校情、学情和课程特点来构建了能力思维、精神修养和国家民族三个层面的内容体系，如表1所示。设计符合思政框架的具体思政元素作为课程思政目标，在课程的具体教学环节，通过在微观的教学设计层面来设计一些特色的思政案例，来避免形式化表面化的说教，让课程思政目标巧妙融入教学环节，来达到“润物细无声”的良好效果。

表1 课程思政框架和思路

2.2 融合产业科研，更新教学资源

考虑学生未来从事地方优势产业的就业需求，引入课程知识所对应的行业应用案例来丰富课堂教学资源。采用“基础课行业知识融入，核心课校企双方共建，实习课参与企业课题”的思路，来深化课程体系改革，着力加强学生熟悉地方产业，增强行业知识技能，提升工程应用实践的综合技能。比如在教学中运用异步电动机启动电流是额定电流的倍数数据来解释书本中学生觉得非常抽象的单位冲击函数δ(t)。通过额定功率计算结果（超过额定功率的倍数）来讲解冲击电流让连接电机设备损坏的后果。通过现有的电机启动控制器的控制效果图，来引出如何设计系统传递函数，激发学生学习兴趣。

考虑学生未来从事专业深造、考研考博所需的科研素养培育需求，引入科研项目来拓展课程的深度。通过裁剪与教学内容相匹配的科研项目，让部分学生来参与到教师的科研工作中，增强对科研工作的理解，培养一定的学术技能和研究技能，逐步增强他们的未来深造和从事科研工作的职业意愿。例如在教学引入“管道信号泄漏定位系统”，让学生查询资料和专利文献，利用相关系数法来定位泄漏位置，并与文献中的先进方法和工程实际作对比，发现指标差距，激发科研动力，为以后从事科研工作奠定良好的基础。

2.3 运用启发式教学，引导学生思考

启发式教学是以高质量问题吸引学生,通过引导学生积极主动思考、激发学生兴趣、发挥学习主动性、发展综合能力和培养高阶思维的教学模式。比如在讲授傅里叶级数和基波谐波概念后，精心设计电力行业谐波源调查报告，让学生去查询哪些行业产生的谐波源较多？它们对电网元件和继电保护装置有什么严重危害？家用380 V 和10kV 电压的奇次谐波电压和偶次谐波电压的百分比是多少？电弧炉装置产生的谐波电流几次谐波比较严重？消除这些谐波的理论是什么？工业上是如何减少谐波危害的？通过设计递进式提问的综合性作业和教学，学生不仅掌握了谐波产生的前因后果，还可以将信号处理的频谱分析和滤波器设计两大核心任务与实际工业场景应用关联起来。这样类似的启发性教学既可以培养学生学会3W1H(What，Why，Who，How) 的界定问题，分析问题和解决问题的思维，又拓展了课程的深度和广度，起到了较好的教学效果。

2.4 运用研讨教学，提升思维与创新能力

研讨教学是围绕教学过程中的某个主题进行透彻探讨，不提示过多的信息，借助师生之间活跃的对话，着力与培育批判性思维与问题解决技能的一种教学方法[12]。针对现有大学生习惯于在课堂教学中被动学习的现状，教师需要让学生明确讨论教学的规则，明确学习者参与的责任。通过学会倾听，学会回答，学会尊重对概念和问题的不同见解，学会反思，学会反馈，来逐渐形成学习共同体[13]，进而形成彼此协作，尊重不同观点的讨论氛围，不断提升自己的高阶思维能力和创新思维能力。

在教学中，利用学生已经掌握的C语言程序设计的知识和技能，去讨论分析Matlab 编程和C语言编程方式的异同。让学生讨论信号处理课程为什么不选择C 语言作为实现工具，Matlab 语言相对于C 语言的优势和缺点是什么？Matlab能否调用C语言来实现两种语言的优势互补？Matlab中大量的可用函数和C语言的函数有什么不同？为什么plot函数支持带2个输入参数、4 个输入参数和更多输入参数的情形？这样设计的好处是什么？你能否采用plot函数的设计思想去设计常用的C 语言函数？通过与以上问题相似的讨论式教学，让学生重视所参与的学习，一起探索发现，倾听彼此不同的观点，思维相互碰撞。让学生学会整合、学会反思、学会促进合作，进而不断提升自己的提问能力、批判性思维能力和创新思维能力。

2.5 运用综合案例，培养探究与协作

案例教学是一种真实项目教学案例为基础,通过引导学生对真实项目和复杂情境的需求分析、功能界定、系统设计与实现为重点,以提升学生应用理论知识解决实际工程问题的能力为目标的教学方法。针对学生应用实践和分析复杂工程问题能力不足的现状，按照OBE 工程教育理念，精心设计与课程培养目标和教学内容相符教学案例，形成一批支持个人独立学习和团队协作学习的高质量的案例教学库（见表2)，架起书本知识与工程实践能力之间联系的桥梁。表2的综合案例是在传统实验项目基础上，针对课程的核心知识和能力要求，设计出来的有代码量要求且适合学生最近发展区的综合性实验案例项目[14]，旨在培养学生问题分解、团结协作和解决问题的综合能力和素养。

表2 综合案例

3 教学效果

信号与系统课程经过两年的PRIDE 教学模式实践，学生的学习紧迫感和使命感变强了，主动学习的积极性和兴趣变浓了，投入课程的学习时间增长了，课程的教学质量有了很大提升。课程思政的学生满意度逐年上升，效果显著。课程综合成绩优良及以上的人数比例由改革前的29.43%增长到改革后的44.1%，课程满意度调查结果也由67.6% 增长到91.1%。学生组建的学习共同体数量增长迅速，参加各类竞赛的意愿高涨，他们积极参加光电设计大赛、蓝桥杯、电子设计竞赛，RoboCom机器人等学科竞赛，获得了国家级奖项18项、省级奖项40余项，获批了国家实用新型专利6项，取得软件著作权8项，形成了较好的课程产出效果。

4 结束语

回归课程是推动高等教育改革和高质量发展的时代呼唤，而持续改进课程教学质量是高校内涵式发展的迫切需要。落实立德树人根本任务并着力培养大学生的高阶思维和创新能力是构建新型课堂教学模式需要解决的关键难题。论文介绍了在信号与系统课程中利用课程思政、科产教融合、启发式教学、研讨教学和案例教学（即PRIDE 教学模式）进行课程改革思路和具体做法，取得了较好的课程产出效果。如何更精准的实现多种教学方法间深度融合，如何解决学生课程表现的精准过程评价，将是作者接下来的努力方向。