本科职业教育背景下信号与系统课程改革与探索

[摘           要]  目前，本科职业教育正处于探索创新期，专业课程教学过程往往面临理论内容繁多、专业教材难匹配、教学形式单一、实践环节缺乏等一系列问题。基于本科职业层次的课程建设和教学方法都需要不断改革，针对本科职业教育的特点，以南京工业职业技术大学信号与系统课程为例，探讨了职业本科层次高校专业课程教学中存在的问题，并在课程教学中融入项目化教学、多元化教学和校企合作等方法，旨在为本科职业教育的专业课程教学改革提供新思路。

[关    键   词]  信号与系统课程;本科职业教育;项目化教学;多元化教学;校企合作

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                   [文章编号]  2096-0603（2025）01-0133-04

本科层次职业教育，简称本科职业教育，发展本科职业教育是满足社会经济结构转型、优化高等教育结构、构建纵向贯通、横向融通现代职业教育体系的重要战略任务。自2019年开始，全国的本科职业教育驶入快车道，本科职业教育是为了培养高层次、高技能的应用型人才和具有一定文化水平和专业知识、技能的劳动者[1]。职业本科不是职业中大专院校的“加长版”，也不是应用型本科高校的“影印版”。普通本科学生要会设计产品或零件，而本科职业院校学生不但要会设计，还要能高精度地将其加工出来。因此，在本科职业院校的专业课程设置上应具备如下特点：第一，按市场和企业需求设计课程教学体系和培养方案，提升学生的工作素养。第二，以“手脑并用，理论结合实践”为主旨构建专业课程和教学体系，激发学生积极思考。第三，加大专业课程中实践教学的比例，着重培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。第四，大力推进“双师型”师资队伍建设，增加专任教师的企业实践经验或者引进企业教师建设一支相对稳定的兼职企业教师队伍，加入专业课程的授课中等[2]。

为培养学生的动手能力和综合素养，本科职业院校在专业课程教学中还可采用项目化教学方式。项目化教学是一种以项目为基础的教学方法，强调理论与实践相结合，通过完成一个个具体的实际项目促进学生技能的提升。另外，本科职业院校要提升其毕业生的整体竞争力，提高学生的就业率和适应市场需求的能力，需大力推进产教融合。实现产教融合需要学校依据开设专业，将产业与教学紧密结合，开办专业产业，相互促进，职业院校实现人才培养、科学研究和社会服务融为一体，并形成学校和企业一体化办学模式[3-4]。

本文以南京工业职业技术大学信号与系统课程为例，对本科职业教育背景下专业课程改革展开探索与研究，其中列举了多种适用于职业本科学校的创新教学改革方法，如项目化教学、多元化教学法、校企合作等。

一、本科职业教育背景下信号与系统课程现状

（一）理论内容繁多

普通本科的信号与系统课程一般为72课时，常用经典教材有郑君里老师的信号与系统教材，其内容包含上下两册，共12章;刘树堂老师翻译的奥本海姆的经典教材共605页，也包含11章的内容。南京工业职业技术大学现代通信工程专业的信号与系统课程分别选用了以上两种教材，该课程共48课时，一学期授课只能完成上述两本教材的一半教学内容，学生听课后反映课本内容较多，未讲授课后自主预习和复习困难，书本内容中数学推导复杂，导致学生对该课程有畏难和抵触心理，打击了学生对课程学习的自信心。

（二）教学方式较单一

信号与系统是以高等数学、复变函数、电路分析为基础的专业课程，它是一门综合运用现代数学概念和分析方法的课程，旨在为工程技术中的实际问题提供指导思想和解决方案。它涉及的数学基础包括高等数学、复变函数等，这些知识为理解和分析信号与系统的概念提供了必要的数学工具。此外，电路分析也是该课程的基础，因为它涉及电路中信号传输和系统响应的分析。由于课程中数学公式推导较多，需要学生具备扎实的数学基础和电路分析基础，而授课教师在教学过程中容易过多地关注数学公式的推导，导致授课过程比较枯燥，例如连续信号的时域分析中常微分方程的求解、傅立叶级数表达式、傅氏正反变换和拉氏正反变换等内容[5-6]。数学公式推导烦琐且枯燥，对于数学功底较弱的学生更是如听“天书”。因此，信号与系统被学生戏称为通信专业课的“四大天书”，导致授课效果不太理想。

（三）实践环节欠缺

信号与系统是电子类专业一门重要的专业基础课，该课程理论性强，比较抽象，由于受授课学时紧张、理论内容繁多等的限制，导致一些教师对信号与系统课程授课缺少实践教学内容，虽然学生能通过机械记忆相应的公式和知识点，却很难将理论知识与实际应用相结合，缺乏本科职业中倡导的对学生应用性、技能性的培养，不利于培养学生的创新思维和动手能力。因此，需要相应的实践环节增强教学效果，在教学过程中，教师运用Maltab软件，帮助学生从烦琐的数值计算中解脱出来，加深对信号与系统课程内涵的理解。

（四）校企合作不足

校企合作是学校和企业之间建立的一种互利共赢的合作模式。本科层次职业学校为自身更好地发展，提升教育质量，与相关企业展开合作，从而有目的性地培养专业技能人才。在教学信号与系统课程时，校企合作方面存在一些不足，影响了教学质量和学生实践能力的提升。（1）合作企业数量有限。学生往往只能在有限的几个企业中进行实习，实习机会的选择性和多样性受到限制，这导致学生在实践环节难以获得足够的锻炼机会。（2）合作深度不够。即便有企业进行校企合作，但合作的深度往往不够，企业通常只是提供实习岗位或简单的技术支持，而在课程开发、教学方法改进等方面参与度不高，企业并未深度参与课程内容的制定和教学方法的改进，学生在课堂上学习的理论知识与企业的实际需求存在脱节。此外，企业在实习过程中对学生的指导和培训也相对较少，使学生在实习结束后难以获得实质性的提升[7]。（3）合作效度不高。校企双方对合作的满意度不够高，一些企业在合作过程中发现，职业本科院校的学生在实践能力、职业素养等方面与企业的期望存在差距。同时，职业本科院校的学生和教师也对校企合作的有效性表示担忧，认为实习岗位技术含量低、实习效果不理想，实习基地的师资力量也相对薄弱，无法为学生提供足够的指导和支持。职业本科院校需要积极寻求与企业的深度合作，拓宽合作渠道，提升合作层次和效度。同时，政府和社会各界也应给予更多的支持和关注，共同推动校企合作的发展，为培养高素质的应用型人才提供有力保障[8-9]。

二、本科职业教育背景下信号与系统课程项目化教学的建设与探索

（一）精减理论内容，突出重点知识

目前，尚未有专门针对职业本科的信号与系统教材，现有的职业本科教材并不能很好地适用于职业本科层次的教学，因此，编写适用于职业本科信号与系统的专业教材迫在眉睫。针对职业本科的课时较少，理论内容可精简为：绪论、信号的时域分析、傅里叶变换、拉普拉斯变换和信号与系统在通信中的应用五个部分，每个部分可独立为一个项目，每个项目又分解为若干子任务。

具体来说，项目一为绪论，可分解为：任务1连续时间信号，任务2四种基本信号，任务3连续时间系统及其基本性质;项目二为信号的时域分析，可分解为：任务1连续时间线性时不变系统及其基本性质，任务2用微分方程描述因果线性时不变系统;项目三为傅里叶变换，可分解为：任务1周期信号的傅里叶级数表示，任务2连续时间傅里叶变换及其性质;项目四为拉普拉斯变换，可分解为：拉普拉斯变换及其性质;项目五为信号与系统在通信中的应用，可分解为：任务1频分多路复用、用脉冲串进行载波的幅度调制，任务2脉冲幅度调制，任务3正弦频率调制。

（二）尝试多元教学，优化教学手段

为了丰富课堂教学，可加入音乐、图片等生活素材，使学生多感官接受知识点。例如，北京交通大学陈后金老师的信号与系统精品课程，经常采用播放经典音乐片段的形式，能很好地丰富课堂教学，使枯燥的理论知识变得生动、有趣。具体如在傅里叶变换章节中可通过如何区分男女声，如图1所示分别加入了女生和男生同一段话的音频和对应的时域波形，又如图2所示如何滤除一段音乐中的杂波，对经典老歌“我和你”的片段进行有杂波和滤除杂波后的音频和时域波形加以演示，由此总结出现实中一些信号与系统的问题在时域很难解决，从而进一步引入频域分析的概念，让学生更直观地感受信号时域和频域分析的区别，并能引起学生极大的学习兴趣。还可以用生活中的常见现象解释信号与系统课程中的重要知识点，如图3所示是笔者制作的微课中的一组图片，在讲授重要的奇异信号——冲激信号时，理论知识比较抽象难理解，笔者以子弹击穿苹果的瞬时动图和闪电动图的截图，让学生形象地感受到生活中作用时间极短，而幅值极大，而所学的冲激信号可以很好地描述这些实际现象，激发学生的联想与思考，从而更好地掌握冲激信号的概念。此外，还可以在每章节增加Matlab仿真案例，有效地提高学生通过计算机编程解决实际问题的能力。例如采用Matlab对基本信号进行时域描述，能够形象地展示信号的基本波形。利用Matlab在时域、频域及复频域对信号系统进行建模和分析，有助于学生更形象地理解信号与系统的基本理论。

（三）结合实训项目，注重实践环节

为了锻炼学生的实践动手能力，巩固并加深学生对信号与系统抽象基本理论的理解，需增强必要的感性认识，加强理论和实践的有机结合。信号与系统这门课程实训部分，可采用单一进行软件操作教学或将软件仿真验证与实验操作相结合的多样化教学模式。

南京工业职业技术大学现代通信工程采购的信号与系统实验箱为LTE-XH-03A信号与系统综合实验箱标配的实验模块，如图4所示，共有9个模块，分别为：S1-电压表及直流信号源模块、S2-信号源及频率计模块、S3-抽样定理及滤波器模块、S4-数字信号处理模块、S5-一阶网络模块、S6-二阶网络模块、S7-相平面分析及系统极点对频响的影响模块、S8-调幅及频分复用模块、S9-基本运算单元及连续系统模拟模块。它是根据多年开设的信号与系统实验课程，经过不断改进而研制成功的，是专门为信号与系统课程而设计的，提供了信号的频域、时域分析等实验手段。主要功能有：利用该实验箱可进行冲激响应与阶跃响应等时域分析;连续时间系统的模拟;借助DSP技术实现信号频谱的分析与研究、信号的分解与合成;抽样定理与信号恢复的分析与研究;一阶、二阶电路的暂态响应;各种滤波器设计与实现等内容的学习与实验[10]。在信号与系统课程中可分别在项目一绪论中增加实验箱实践任务5——常用信号分类与观察;项目二信号的时域分析中增加实验箱实践任务3——连续时间系统的模拟;项目三傅里叶变换中增加实践任务8——利用MATLAB分析信号频谱;项目四拉普拉斯变换中增加实践任务6——连续信号与系统复频域分析的Matlab实现;项目五在通信中的应用中增加实践任务4——FDM频分复用传输系统。

（四）增强校企合作，深化产教融合

为了增强本科职业教育中的产教融合，增加学生对企业的了解和互动，可以邀请企业教师讲解实训操作部分，并结合企业实际生产需求，给学生提出具有创新性的任务，激发学生的求知欲和探索欲，建立兼职企业教师团队，学校积极邀请企业中的技术人员担任学校专业课程的兼职教师，为学生带来市场第一线的新技术、新工艺，并能够让学生了解到市场对从业人员的新需求。在企业兼职教师与学校专业教师互动教学过程中，学校教师队伍也能够更好地向“双师型”转化。在科学技术飞速发展的今天，本科职业院校急需建立一支相对稳定的企业兼职教师队伍改善职业本科学校教师结构，从而更好地适应其专业人才培养需求。对于本科职业教育来说，这是一项任重而道远的长期任务。

南京工业职业技术大学电气工程学院的通信技术系与嘉环科技股份有限公司于2021年签订了长期合作协议，计划在通信技术人才培养、5G网络技术研究等方面进行深度合作，旨在为通信技术领域培养高层次综合型实践人才。

另外，需进一步加强“双师型”师资队伍建设，鼓励专业教师进入企业实践实操6个月以上，深化校企合作，了解相关企业用人需求，真正实现产教学相融合。为了促进“双师型”教师队伍建设，相应的激励措施必不可少。首先，学校要重视“双师型”教师队伍建设，根据教师的专业、年龄、学历等制订详细培训计划。其次，学校应当建立一套“双师型”教师的考核办法，如增加“双师型”教师补助等激励机制，使更多教师向“双师型”教师转化。或者将其作为专任教师职称、职务申报等的重要条件之一，如在选拔学科带头人、出国访学进修人选时将“双师型”头衔作为重要参考依据之一。职业本科学校“双师型”教师队伍的建设是一个系统工程，它涉及人才培养、学科建设、科学研究等诸多方面[11]。