信號與系統(tǒng)課程教學改革與實踐

陳愛萍,張可為,龍泳濤,林 愿

(湖南工程學院電氣與信息學院,湖南湘潭411101)

信號與系統(tǒng)課程教學改革與實踐

陳愛萍,張可為,龍泳濤,林 愿

(湖南工程學院電氣與信息學院,湖南湘潭411101)

以信號與系統(tǒng)精品課程建設為依托,根據(jù)該課程特點,提出了該課程的教學方法和手段的改革措施。在教學方法上,將課堂教學、M A TLAB仿真示例、課堂研討、網(wǎng)絡教學與學習等結(jié)合起來;在教學手段上,將傳統(tǒng)板書和多媒體教學相結(jié)合;在實驗教學方面,將硬件實驗和軟件實驗相結(jié)合。實踐證明,這些改革措施有效地提高了教學質(zhì)量,取得了很好的教學效果。

信號與系統(tǒng);教學改革;MA TLAB

信號與系統(tǒng)是電子信息類專業(yè)的核心技術(shù)基礎課,以高等數(shù)學、復變函數(shù)、電路分析等課程為基礎,同時又是數(shù)字信號處理、通信原理等課程的基礎,在課程體系中有著承上啟下的作用。該課程的基本分析方法和原理廣泛應用于通信、數(shù)字信號分析與處理、數(shù)字語音處理、數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域。因此提高信號與系統(tǒng)課程的教學質(zhì)量,讓學生掌握信號與系統(tǒng)的分析方法和理論,對后續(xù)專業(yè)課程的學習及畢業(yè)后從事專業(yè)工作的能力,都具有重要意義。

課程組以精品課程建設為依托,根據(jù)理論與實踐并重的原則,對信號與系統(tǒng)課程的教學內(nèi)容、教學方法和手段進行了一系列的改革。

一 教學方法的改革與實踐

在教學方法上,將課堂教學、MA TLAB仿真示例、課程研討、網(wǎng)絡學習等有機地結(jié)合起來,并充分利用多媒體教學手段提高教學效率、激發(fā)學生的學習興趣和熱情。在教學過程中,注重基本理論、基本概念和基本方法,淡化計算技巧。以現(xiàn)代信息的觀點審視傳統(tǒng)內(nèi)容,刪減與保留,這一觀點貫穿在整個教學過程中,激發(fā)學生綜合應用所學知識進行科學觀察、進行新知識探求的思維能力。將數(shù)學概念、物理概念及工程概念有機結(jié)合。

(一)課堂教學

“信號與系統(tǒng)”教學內(nèi)容可以概括為兩種系統(tǒng)(連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng))、兩類方法(時域解法和變換域解法)、三大變換(傅里葉變換FT、拉普拉斯變換L T、Z變換ZT)。在教學內(nèi)容上,連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的時域分析法是基礎,傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換分析是難點。其中傅里葉變換是主線,通過它可以將拉普拉斯變換、Z變換分析聯(lián)系起來,成為一個整體,互相滲透,便于學生理解和掌握。

在課堂教學中,重點講解信號與系統(tǒng)的基本原理、基本概念與基本方法,并聯(lián)系其物理意義和工程意義。我們以工程應用為背景,密切結(jié)合基本概念介紹通信、控制、信號處理方面的應用實例,有利于激發(fā)學生的學習興趣和熱情;內(nèi)容取材時,不僅要體現(xiàn)課內(nèi)知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系,還體現(xiàn)電路分析、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理等課群之間的相互關(guān)系。

(二)引入M A TLAB仿真軟件

在教學中,引入M A TLAB仿真軟件,給出MA TLAB仿真例題,幫助學生理解信號與系統(tǒng)中的物理概念。例如傅里葉級數(shù)中的信號的分解與合成難以理解,課堂上給出MA TLAB程序,演示運行結(jié)果,如圖1所示,從圖1清楚地看到7、21、41次諧波合成周期矩形波的結(jié)果。

如圖2所示為尺度變換對門函數(shù)及頻譜的影響,從圖2中可看到時域中擴展,頻域中壓縮;反之,時域中壓縮,頻域中擴展。

如在講解傅里葉變換的頻移性質(zhì)時,說明頻移性質(zhì)應用于信號調(diào)制解調(diào),用MA TLAB程序進行仿真演示,觀察調(diào)制解調(diào)前后的波形,還可用simulink模型實現(xiàn)信號的調(diào)制與解調(diào),非常直觀、生動,便于學生理解。

我們在課堂上,給出了信號的產(chǎn)生、運算(包括移位、反折、相加、尺度變換、卷積等)、畫頻譜圖、信號的分解與合成、畫幅頻特性和相頻特性、求系統(tǒng)的響應、畫零極圖等MA TLAB示例,并將示例放在了網(wǎng)上,要求學生下載自己練習。

(三)課堂研討

在課堂研討中,有在線和離線兩種方式,同學們提出的疑難問題,可以發(fā)布在bbs公告版上,然后學生一起分析研討,并提出解決方案。也可以由老師在課堂或以電子郵件方式回答。在此過程中,可以將多門相關(guān)課程的內(nèi)容綜合起來,也可以是對某些概念的理解或?qū)W習心得體會,也可以交換學習和實驗的內(nèi)容,以相互促進,共同提高。

(四)習題課

信號與系統(tǒng)課程概念多、數(shù)學公式與定理多,想讓學生掌握知識點,需配置一定比例的習題課。它是授課的延伸與拓展,是幫助學生消化和鞏固所學知識、培養(yǎng)學生運用理論解決實際問題能力的重要環(huán)節(jié)。部分習題要求學生用MA TLAB軟件完成,促使學生熟悉該軟件的使用,為后續(xù)的數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理等課程的實驗打下基礎,同時有利于將軟件應用于畢業(yè)設計。課余定時輔導和答疑,批改完作業(yè)后,總結(jié)作業(yè)中出現(xiàn)的問題,集中講解。

(五)網(wǎng)絡教學與學習

利用網(wǎng)絡資源,在多媒體教室中,可以將多種教學方法有機地結(jié)合起來,利用電子教案、網(wǎng)絡課件、MA TLAB仿真環(huán)境等教學手段,實現(xiàn)邊學習、邊實踐、邊研討。

信號與系統(tǒng)的精品課程網(wǎng)站上提供了教學大綱、電子教案、試卷庫、網(wǎng)上測試、習題解答、教案、MA TLAB練習、實驗指導、參考書目等資源,滿足學生的自主學習需求;此外我們建立了交互式的教學網(wǎng)站,可以通過網(wǎng)絡與學生交流,在網(wǎng)上可以發(fā)布教學信息、布置作業(yè)、答疑等,還可進行模擬考試。

立體化的學習環(huán)境能把學生從“死讀書,讀死書”中解放出來,還學生一個豐富多彩的心靈世界。通過多種教學方式,教師可以根據(jù)教學實際情況靈活調(diào)整教學內(nèi)容,促進教和學之間的交流。

二 教學手段的改革

為了有效地幫助學生解決信號與系統(tǒng)課程的重點和難點,在教學過程中,教師除了研究教材內(nèi)容和教學規(guī)律,強調(diào)尊重學生的主體作用和主動精神,采取多種教學方法因材施教外,還要在教學手段上,充分利用現(xiàn)代多媒體電子教學,進行網(wǎng)上學習、交流溝通,將現(xiàn)代科學技術(shù)充分應用于教學改革之中。

(一)現(xiàn)代手段與傳統(tǒng)教學方式有機結(jié)合

將多媒體課件的形象生動、圖文并茂、課堂信息量大等特點與傳統(tǒng)教學中所采用的層層遞進的邏輯推理、起伏有致的教學節(jié)奏以及靈活多變的課堂調(diào)控等方法有機地結(jié)合起來。

(二)多媒體教學軟件與MATLAB軟件優(yōu)勢互補

自制的課件,在部分章節(jié)中將M A TLAB等軟件鏈接進去,利用MA TLAB仿真環(huán)境等教學手段,改善教學效果,提高教學質(zhì)量。

教師教學中對于信號與系統(tǒng)課程的重點和難點的處理方式是將理論和實際相結(jié)合,既有嚴密的理論體系,又有生動的工程實例。注重對基本概念和基本方法的介紹,在理論推導中引出工程應用的概念,在實例分析中強化理論概念,加深學生對信號與系統(tǒng)理論的認識和理解。

三 實踐教學的改革

為了培養(yǎng)高素質(zhì)應用型人才,實驗教學環(huán)節(jié)是必不可少的,在實驗教學中,采用硬件實驗和仿真軟件實驗相結(jié)合的方法,改變傳統(tǒng)的實驗方法,有效地實現(xiàn)新的實驗教學目標,提高學生綜合應用所學知識分析問題的能力,培養(yǎng)合作精神及創(chuàng)新意識。實驗由易到難,開設了零輸入響應和零狀態(tài)響應、抽樣定理、二階系統(tǒng)特性測試、模擬濾波的分析、模擬濾波的設計等硬件實驗。硬件實驗集中到實驗室完成,軟件實驗學生自己利用課余時間完成,實驗內(nèi)容體現(xiàn)多層次,主要完成連續(xù)系統(tǒng)的實驗,離散系統(tǒng)的實驗在數(shù)字信號處理課程中完成。實驗強調(diào)過程,要求學生運用理論知識分析實驗結(jié)果。

四 教材建設

選用高等教育出版社出版的、鄭君里等編寫的國家級重點教材《信號與系統(tǒng)》(上下冊),課程組成員編寫了信號與系統(tǒng)實驗指導書和數(shù)字信號處理實驗指導書。

五 結(jié) 語

信號與系統(tǒng)課程的公式圖表非常多,在網(wǎng)絡教學中學生提問和教師答疑遇到公式和圖表的輸入會非常困難。因此網(wǎng)絡答疑平臺的建設是亟待解決的一個重要問題。

今后課程建設的重點是繼續(xù)進行課程體系、教學內(nèi)容及方法的改革;繼續(xù)完善CA I課件,提供更多的M A TLAB仿真示例;完善試卷庫系統(tǒng)的研制與應用,加大考核改革力度;完善網(wǎng)絡教學系統(tǒng),建立網(wǎng)上虛擬實驗室。

[1]鄭君里,應啟珩,楊為理.信號與系統(tǒng):第2版[M].高等教育出版社,2005.

[2]劉翠響,王寶珠,吳煥麗.信號與系統(tǒng)精品課程建設的探討與實踐[J].河北工業(yè)大學成人教育學院學報, 2006,(3):16-20.

[3]王松林,等.“信號與系統(tǒng)”國家級精品課程的建設與實踐[J].高等理科教育,2008,(3):145-148.

[4]陳后金.信號與系統(tǒng)[M].高等教育出版社,2007.

[5]熊慶旭.“信號與系統(tǒng)”中三個層次教學探索[J].電氣電子教學學報,2009,(1):5-7.

[6]許 波,陳曉平,等.“信號與系統(tǒng)”課程教學改革思考與實踐[J].電氣電子教學學報,2008,(1):8-10.

Teaching Reform and Practice of the Course of Signals and Systems

CHEN Ai-ping,ZHANG Ke-wei,LONG Yong-tao,L IN Yuan
(College of Electrical and Information Engineering,Hunan Institute Engineering,Xiangtan 411101,China)

Based on the construction of the course of Signals and System s,this paper puts forward a variety of measures to improve the existing teaching methods and means.In teaching methods,classroom teaching should be assisted by efficient alternatives such as MATLAB simulation examples,classroom discussions, online teaching and learning together;In teaching means,the traditional board writing may be incorporated With vivid multimedia teaching;in practice teaching,hardware experiments can be introduced to supplement software experiment Findings show that all the changes lead to good teaching quality and effect.

signals and system s;teaching reform;MATLAB

G424

A

1671-1181(2010)04-0100-03

2010-05-21

陳愛萍(1964-),女,湖南瀏陽人,碩士,副教授,研究方向:數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理。

(責任編輯:郝樹平)