基于科学取向教学论的教学设计初探
——以单位阶跃信号教案设计为例
康钦清
（湖南涉外经济学院信息与机电工程学院，湖南 长沙）
摘 要： 本文通过分析“信号与系统”课程的特点，阐述基于科学取向的教学设计的必要性。以单位阶跃信号教学内容为例，给出详细的教案设计。实践教学效果良好。
关键词： “信号与系统”；科学取向教学论；单位阶跃信号
引言
“信号与系统”是电子电气信息类专业必修的专业基础课[1]。本课程理论性强，内容抽象，知识点多，数学公式推导多，与“电子技术”、“高等数学”、“电路”、“通信电子线路”、“自动控制原理”等众多课程联系紧密。传统的教学方式注重数学公式的记忆和推导，而应用型大学的学生数学功底较为薄弱，相关知识综合运用能力较弱，这就导致学生普遍理解困难，存在畏难情绪，进而大大降低学习兴趣和热情[2]。
目前，各高校都在进行课时压缩，我校的“信号与系统”课程的课时，由原来72学时压缩到64课时，2018级人才培养方案中更是缩减至32学时，授课教师将面临新的挑战。这要求教师根据本校学生的特点，科学进行教学设计，做好充分的授课准备，从而能够在有限学时内，提升学生的学习兴趣和学习能力，达到有效教学的目的。
综上所述，我们可以发现除季节性趋势之外，北京市房价与其地理位置相关，当期位置在地铁站或学区附近时，其价值会有一个明显的上升。
一 科学取向教学论的教学设计
科学与实证研究取向的教学论，简称科学取向的教学论，是依据科学心理学，尤其是学习心理学和实证研究所提出的理论[3]。科学取向的教学论的概念一般经过严格定义，由这些概念构成的原理含义清晰；明确告知教师怎么做和如何做，可操作性强。教学设计是由加涅与他的合作者开发出运用科学心理学和科学取向的教学论原理解决教育教学实践问题的技术。
1.科学取向指导下的教案包含四个必要成分：教学目标、任务分析、教学过程与方法以及学习结果的测量与评价[4]。确定教学目标。科学取向教学论强调目标的导学、导教和指导测量和评价作用。教学目标应陈述预期学生学习的结果。2.进行任务分析。针对教学目标得任务分析，分析教学目标中的学习结果类型，并据此推测学习发生的必要条件和支持性条件。最后确定与新课学习有关的学生的起点能力。3.确定教学策略。教学是创造帮助学生学习的条件：包括激发学生学习动机，告知目标，复习原有知识。教学策略必须与教学目标相匹配。4.进行教学评价。从科学取向的教学论来看，要使教学评价有效，必须强调两点：一是教学目标对学习结果测量与评价的导向作用；二是教学目标分类对测量与评价有效性的重要价值。
传统教学中，一般都是直接给出单位阶跃信号以及阶跃延时信号的定义，通过1-2个阶跃组合信号的波形图示范讲解，帮助学生理解和掌握本知识点。很多教材当中这个知识点内容很少，一般以习题形式出现[5]。观察本校学生对于本知识点的学习过程，学生能够在课堂上掌握该知识点的人数偏少，习题作业出现的问题较多，仍然需要通过习题课帮助学生掌握该知识点，耗费课时。本知识点掌握不到位，不仅影响后续内容的学习，而且，学生在学习过程中成就感低，打击学生学习的兴趣，加大学生学习主动性提升的难度。因此，针对单位阶跃信号的教学内容的教学设计显得尤为重要。
本次课程的教学要求是通过对单位阶跃信号以及延时阶跃信号的定义讲解，让学生理解单位阶跃信号的单边特性，并能够正确使用阶跃信号的组合形式来表示其它复杂信号，从而有效解决含跃变的复杂信号表示的难题。
以单位阶跃信号为例的科学取向的教学设计阶跃信号是奇异信号之一。实际工作中，电源电压的突然跳动，负载的突然增大或减小，都可近似成阶跃信号。阶跃信号对系统来说是最严峻的工作状态，如果系统在阶跃信号的作用下能满足要求，那么系统在其他形式的信号作用下，其动态性能也是满足要求的。因此，在控制系统的分析设计中，阶跃信号是用得最多的一种评价系统动态性能的典型实验输入信号。
◎青霉素 使用要注意是否过敏。其实引起过敏的不是青霉素，而是对生产过程中的杂质产生的过敏，一般价钱贵的杂质少些，不能清楚是否过敏的建议还是用头孢。常见的有阿莫西林、阿莫西林克拉维酸钾分散片，阿莫西林舒巴坦酯片，克拉维酸和舒巴坦能对付细菌的耐药性。
本文结合科学取向教学论的教学设计方法，以单位阶跃信号为内容尝试进行教学设计。具体教案如下：
第二个阶段，给出普通信号与一个阶跃信号相乘的信号，通过对信号波形图分析，让学生能够正确表示单边信号，加深学生理解阶跃信号的单边性；区分f(t)ε(t),f(t-t_0)ε(t),f(t-t_0)ε(t-t_0)三个信号。
2.进行任务分析。运用加涅的学习结果分类和学习条件的理论，确定终点目标是智慧技能，能够利用阶跃信号的单边性表示其它复杂信号。其必要条件是“阶跃信号的单边性”，起点能力主要是“信号的运算”，支持性条件是复杂问题分解成简单问题的方法。
“鲲龙”AG-600机长37米，机高12.1米，翼展38.8米，总体大小和波音737客机差不多。它采用了单船身、悬臂上单翼、“T”型尾翼以及前三点可收放式起落架布局。在动力方面，“鲲龙”AG-600选装了四台国产涡桨-6发动机。
详细教学过程如下：从阶跃信号的定义到使用阶跃信号的组合形式来表示其它复杂信号可以分成四个阶段。
3.确定教学策略。
第一阶段，从生活中遇到的含跃变信号波形图入手，提出如何用数学表达式表示这个信号的问题。给出单位阶跃信号的定义及其物理意义，找到解决问题的关键。再扩展到单位阶跃信号的延时，反褶，尺度变换等信号运算后信号波形图的分析，让学生多角度理解单个阶跃信号的定义，并能够正确使用单个阶跃信号表示给定的简单含跃变信号。
(4) 各类贷款。一是国内银行贷款，包括政策性银行贷款和商业银行贷款，铁路基础设施建设主要从政策性的国家开发银行贷款；二是国外贷款，主要包括外国政府贷款、国际金融组织贷款和国际商业贷款，此类贷款有利于弥补我国铁路建设的资金缺口和引进先进技术设备的要求。
1.确定教学目标。通过学习阶跃信号的定义，能够正确使用阶跃信号的组合形式表示含跃变的复杂信号。
第三个阶段，给出复杂信号的波形图，提问如何使用阶跃信号的组合来表示该信号。采用小组讨论的形式，得到各小组的讨论结果，通过对各小组讨论结果的分析，清晰此类问题的分析思路。在学生讨论过程中进行引导，先让学生能够正确表示“闸门信号”，再利用闸门信号与普通信号相乘，达到能够正确使用阶跃信号的组合形式表示含跃变的复杂信号目标。
第四个阶段，阶跃信号的积分运算，找到与斜坡函数之间的关系。
传统文化中隐藏着中华精神和灵魂。随着国学的普及和发展，传统文化的价值日益被现代中国人所接受和认可。语文教学中渗透传统文化，可以提升学生的道德品质和民族自豪感，有助于身心的修养和完善，并帮助学生树立中国人特有的认识世界和理解世界的观念，做一名热爱祖国热爱人民的好学生。
4.进行教学评价。通过两个课堂练习题，给出表达式画信号波形图和给出信号波形图求表达式，检测学生是否达到能够正确使用阶跃信号的组合形式表示含跃变的复杂信号的教学目标。
三 结语
本文基于科学取向的教学论，完成了以单位阶跃信号为例的教学设计。教学目标清晰，可测量，通过学习各种波形和对应信号的数学表达式，实现“阶跃信号的单边性”知识学习目标；通过变式练习，实现智慧技能学习目标。实践证明，基于科学取向的教学设计，能够实现有效教学，调动学生的积极性，让学生拥有学习成就感，学习主动性大大提升。因此，对于偏理论性质的专业基础课，基于科学取向的教学设计可使得课堂教学的效率提升。课堂教学保证了，课后学生才有主动学习的兴趣和动力。
参考文献
[1] 陶丹，黄琳琳，胡健，陈后金.“信号与系统”课程教案设计探讨-以连续周期信号胡频谱分析为例[J].教育教学论坛，2017，4：175～176.
[2] 陶丹，胡健，陈后金.“信号与系统”课程案例教学探讨[J].电气电子教学学报，2015，10(37)：55-57.
[3] 皮连生.两种取向的教学论与有效教学研究[J].教育研究，2011，5：25-30.
[4] 皮连生.基于科学取向教学论的教学设计.[J]当代教育科学，2014，12：29-30.
[5] 燕庆明主编.信号与系统教程(第三版)[M].北京：高等教育出版社，2017.
A Preliminary Study of Teaching Design Based on Science-oriented Instructional Theory——The Teaching Plan Design of the Unit Step Signal as An Example
KANG Qin-qing
(School of information and electromechanical engineering, hunan institute of foreign economics, shaoyang, hunan)
Abstract: By analyzing the characteristics of Signals and Systems course, this paper discusses the necessity of instructional design based on science- orientation. Taking the teaching content of the unit step signal as an example, the detailed teaching plan design is given. Practical teaching has achieved good results.
Key words: Signals and Systems；science-oriented instructional theory；the unit step signal
本文引用格式： 康钦清.基于科学取向教学论的教学设计初探——以单位阶跃信号教案设计为例[J]. 教育现代化，2019，6（57）：118-119.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.57.039
基金项目： 2017年湖南涉外经济学院“信号与系统”网络教学课程(湘外经院教字(2017)25号)；2017年湖南涉外经济学院校级教改项目《湘外经院教字(2017)64号》。
作者简介： 康钦清，女，湖南邵阳人，讲师，湖南涉外经济学院青年骨干教师，在读博士研究生。研究方向：地震信号处理，智能反演算法。