《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

肖志紅

摘要: 《信號(hào)與系統(tǒng)》課程是高校電類專業(yè)的一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課。本文提出了《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)的一系列改革措施,包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等幾個(gè)環(huán)節(jié)的改革。

關(guān)鍵詞: 《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程是高校電類專業(yè)的一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課,主要研究信號(hào)與線性系統(tǒng)的基本概念、原理、方法與工程應(yīng)用,是一門理論性與技術(shù)性都較強(qiáng)的課程。該課程是學(xué)習(xí)《數(shù)字信號(hào)處理》、《現(xiàn)代通信原理》、《自動(dòng)控制理論》等諸多后續(xù)課程所必備的基礎(chǔ)。這門課程的教學(xué)質(zhì)量直接影響到電類專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量,以及畢業(yè)生的綜合素質(zhì)。

一、課程特點(diǎn)

本課程把具體系統(tǒng)的物理功能抽象為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過數(shù)學(xué)解析,再回到物理實(shí)際,以揭示信號(hào)與系統(tǒng)的一般特性。通過學(xué)習(xí),學(xué)生可牢固掌握信號(hào)的描述、分解、變換、運(yùn)算,以及系統(tǒng)的時(shí)域、變換域分析的基本原理和基本方法,理解傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換的數(shù)學(xué)概念與工程系統(tǒng)概念,掌握利用信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論分析和解決實(shí)際問題的基本方法。

闡述這些原理、概念和方法的教學(xué)過程在很大程度上就是數(shù)學(xué)解析、變換與反變換的過程,不少學(xué)生會(huì)感到過于抽象、繁瑣,產(chǎn)生難學(xué)、難理解的情緒,有些學(xué)生甚至錯(cuò)誤地把它當(dāng)作數(shù)學(xué)課來學(xué)。所以,如何引導(dǎo)學(xué)生正確地學(xué)習(xí)這門課程,改變“教師難教,學(xué)生難學(xué)”的狀況是目前亟待解決的問題。

二、教學(xué)內(nèi)容的整合,教學(xué)方法的改進(jìn)

1.注重基本理論、基本概念和基本方法,淡化計(jì)算技巧。

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程與現(xiàn)代數(shù)學(xué)關(guān)系緊密,理論性很強(qiáng),實(shí)際應(yīng)用很廣,具有高度概括和較為抽象的特點(diǎn),教材中數(shù)學(xué)公式較多,如果照本宣科,勢(shì)必成為定義、證明、推論、解析的純數(shù)學(xué)討論。因此,在數(shù)學(xué)解析過程和引出結(jié)論、定理時(shí),教師一定要強(qiáng)調(diào)闡述數(shù)學(xué)解析的物理含義,注意闡述信號(hào)分析與系統(tǒng)分析的物理解釋,以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具,切實(shí)掌握信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念,從而進(jìn)入信息科學(xué)之門。

教師在教學(xué)內(nèi)容安排上應(yīng)采取難點(diǎn)分解,由淺入深、循序漸進(jìn)的原則,突出課程體系的系統(tǒng)性,使學(xué)生在掌握基本內(nèi)容、理清概念的基礎(chǔ)上,學(xué)會(huì)科學(xué)的思維方法和綜合解決問題的能力。

教師在課程結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用連續(xù)、離散兩大系統(tǒng)并行的體系,采用先連續(xù)后離散、信號(hào)分析方法與系統(tǒng)分析方法密切結(jié)合的方式,即不同的信號(hào)分解方式引出不同的系統(tǒng)分析方法,以適應(yīng)系統(tǒng)分析的不同需要。同時(shí)應(yīng)用時(shí)域分析法和變換域分析法兩條路徑,透過數(shù)學(xué)的抽象變換,使學(xué)生看到信號(hào)與系統(tǒng)理論中時(shí)頻分析相互交融、時(shí)域與變換域相互映射的物理本質(zhì)。

在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天,離散系統(tǒng)、各種混合系統(tǒng)的應(yīng)用更加普及,連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的離散化處理變得日益重要,所以教師在授課時(shí)絕不能將連續(xù)與離散兩大信號(hào)與系統(tǒng)孤立地進(jìn)行討論,一定要比對(duì)講解。因此,在分析離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)域之后,教師應(yīng)專門講解離散時(shí)間系統(tǒng)與連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析的比較,具體介紹微分方程近似為差分方程、卷積積分近似為卷積和的內(nèi)容。在教學(xué)《離散時(shí)間系統(tǒng)變換域分析》一章時(shí),教師應(yīng)專門討論Z變換與拉普拉斯變換之間的關(guān)系,以及各種傅里葉變換之間的關(guān)系,特別是連續(xù)信號(hào)的頻譜與其對(duì)應(yīng)的采樣序列的頻譜之間的關(guān)系。

在教學(xué)過程中,教師要注重基本理論、基本概念和基本方法,淡化計(jì)算技巧。將數(shù)學(xué)概念、電信號(hào)概念及工程系統(tǒng)概念有機(jī)結(jié)合,以現(xiàn)代信息的觀點(diǎn)審視傳統(tǒng)內(nèi)容,這樣可培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)觀察、進(jìn)行新知識(shí)探求的能力。

2.注重教學(xué)方法改革,加快教學(xué)信息化建設(shè)和現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用。

(1)注重調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與性,加大啟發(fā)式教學(xué)的力度。

對(duì)于學(xué)生來講,能從宏觀角度掌握信號(hào)與系統(tǒng)理論是有一定困難的。所以教師在講述過程中,一定要加強(qiáng)對(duì)數(shù)學(xué)解析的物理含義的闡述,這樣才有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,培養(yǎng)學(xué)生邏輯性、創(chuàng)造性思維的能力。在課堂上師生之間應(yīng)有思想交流,教師應(yīng)加大啟發(fā)式教學(xué)的力度和調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與性,在課前教師應(yīng)認(rèn)真設(shè)計(jì)教學(xué)中向?qū)W生提出的啟發(fā)性問題。

教師還應(yīng)借助先修課程《電路分析基礎(chǔ)》、平行課程《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》的已學(xué)知識(shí)來闡述《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的新內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)觀察、進(jìn)行新知識(shí)探求的能力。

教師在講授系統(tǒng)的概念,信號(hào)與系統(tǒng)的關(guān)系,以及系統(tǒng)的特性時(shí),應(yīng)盡量多運(yùn)用學(xué)生在實(shí)際生活中接觸到的例子,如電視、掃描儀、手機(jī)通訊等來進(jìn)行闡述。這樣有助于學(xué)生對(duì)于一些抽象的概念的理解。

(2)加快教學(xué)信息化建設(shè)和現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用

在《信號(hào)與系統(tǒng)》課程中,有許多的概念比較抽象,教師難以用文字簡(jiǎn)單表達(dá),借助集文、圖、動(dòng)畫于一體的多媒體課件和電子教案則可以有效地表達(dá)和展現(xiàn)這些概念。因此,教師應(yīng)充分利用現(xiàn)代教育技術(shù),引入MATLAB仿真軟件,編寫系列課程電子教案和網(wǎng)絡(luò)課件,并在教學(xué)實(shí)踐中不斷豐富和完善這些教學(xué)手段和方法。

現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用還反映在教師和學(xué)生的互動(dòng)上,這門課程應(yīng)是課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程研討相結(jié)合進(jìn)行的。教師把課程研討的一部分內(nèi)容放在課上,另一部分內(nèi)容放在互聯(lián)網(wǎng)上,以現(xiàn)場(chǎng)答疑、現(xiàn)場(chǎng)討論的形式進(jìn)行,這樣能給師生提供一個(gè)輕松、便捷的交互空間。

三、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改進(jìn)

本課程是理論與實(shí)際緊密結(jié)合的課程,教師在教學(xué)方法上應(yīng)采用理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并行的教學(xué)方法,即學(xué)生需要邊學(xué)習(xí)、邊實(shí)踐、邊研討。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)的重要教學(xué)手段。過去教師主要是應(yīng)用MATLAB軟件研究信號(hào)的分解、合成,以及研究信號(hào)頻譜特性。但是僅僅在“虛擬”環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是不夠的,這樣很難使學(xué)生建立起真正的系統(tǒng)的概念,了解信號(hào)與系統(tǒng)的特性。因此教師應(yīng)改革實(shí)驗(yàn)方針,開設(shè)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的綜合性實(shí)驗(yàn),例如充分利用學(xué)生在《電路分析基礎(chǔ)》、《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》課程中所學(xué)的知識(shí),在部分實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生自行用硬件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理系統(tǒng),用軟件配合進(jìn)行系統(tǒng)分析。這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而幫助學(xué)生理解和掌握課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法,提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力,從而提高教學(xué)質(zhì)量。

四、結(jié)語(yǔ)

在《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的教學(xué)過程中,教師應(yīng)采用課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程研討相結(jié)合的教學(xué)方法,淡化計(jì)算技巧,注重基本理論、基本概念和基本方法,以現(xiàn)代信息的觀點(diǎn)審視傳統(tǒng)內(nèi)容,使學(xué)生不僅學(xué)到知識(shí),而且受到提升認(rèn)知能力的訓(xùn)練。

在當(dāng)前形勢(shì)下,課程體系的優(yōu)化和教學(xué)方法的改革勢(shì)在必行,這也是提高教學(xué)質(zhì)量的必由之路。要想達(dá)到預(yù)期的效果,教師就要在教學(xué)過程中不斷思考、不斷探索、不斷實(shí)踐、不斷總結(jié),不斷提高教學(xué)水平。

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