理實融合信號與系統(tǒng)實驗教學研究

牛曉偉 李洪兵 陳強 劉毓 聶祥飛 謝輝

摘 要：針對信號系統(tǒng)課程本身理論抽象，數(shù)學推導復雜，晦澀難學，學生難以將理論與實踐相結(jié)合這一問題。分析了當前教學現(xiàn)狀、存在問題，提出了一套旨在解決當前設備利用率低，浪費嚴重問題的方案，給出了研究內(nèi)容、研究目標，并整合現(xiàn)有實驗設備，實現(xiàn)資源優(yōu)化共享配置，提高實驗教學效率的方法。

關鍵詞：優(yōu)化配置；資源整合；共享設備

一、 現(xiàn)狀與背景分析

目前本科信號與系統(tǒng)教學方式中方式單一，存在如下問題：

（一） 教學內(nèi)容過于理論化，理論教學注重數(shù)學推導和做題，沒和工程實例充分融合，不能解決實際問題。

（二） 學生對基礎知識掌握不夠，普遍感覺信號系統(tǒng)理論難懂，缺乏學習興趣。

（三） 教學內(nèi)容單一，重理論，輕實驗教學。

（四） 教學依賴教師課件，主觀性大。無規(guī)范的教學講義。

（五） 實驗教學在試驗箱EDA/MATLAB/DSP平臺、軟件之間缺乏互連。

二、 已有教學基礎

目前大多數(shù)高校本專業(yè)老師均學歷和知識層次較高，多是用MATLAB編程語言實現(xiàn)很多《信號與系統(tǒng)》課程算法的仿真，或利用SIMULINK工具建模工具，對信號系統(tǒng)、建模和仿真需要。實現(xiàn)將MATLAB中的DSP仿真算法轉(zhuǎn)換為硬件平臺所需的硬件語言，可將仿真模型轉(zhuǎn)化為硬件語言程序，可在硬件平臺運行。

三、 要解決的教學問題

（一） 課程教學指導思想的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)行教學模式最大的不足是大綱沒有體現(xiàn)《信號與系統(tǒng)》課程應用性、系統(tǒng)性的特色。課題組擬根據(jù)就業(yè)市場對電子專業(yè)本科人才的需求，結(jié)合《信號與系統(tǒng)》課程主要知識點，對課程現(xiàn)行的理論和實踐分開編寫的教學大綱進行改革，制定以“理實融合型”教學模式。

（二） 課程教學內(nèi)容的重組?，F(xiàn)行教學模式對原理性知識講授得過多，而對知識的系統(tǒng)性和應用性講解得太少，并且缺乏實踐鍛煉。按典型“理實融合型”工程案例模式組織教學內(nèi)容，通過完成具體任務或項目的工作過程訓練，讓學生獲得普適性的工作過程，養(yǎng)成可持續(xù)發(fā)展能力，以應對職業(yè)新環(huán)境對從業(yè)者提出的新要求。

（三） 考核方式的改革?！缎盘柵c系統(tǒng)》課程以往的考核形式相對單一，理論考試內(nèi)容側(cè)重于記憶，而實驗考試僅注重知識點本身，不能體現(xiàn)算法的工程背景?？刹捎瞄]卷、開卷結(jié)合，實驗現(xiàn)場考核，要求現(xiàn)場調(diào)試結(jié)果，教師根據(jù)學生完成的準確性和熟練程度現(xiàn)場評分。目的是促進學生端正學習態(tài)度、重視學習過程，重視知識點的細節(jié)學習。課程考核方式的改革可以從根本上杜絕“高分低能”現(xiàn)象的發(fā)生，是促進學生創(chuàng)新思維和應用能力提高的重要手段。

四、 研究內(nèi)容

（一） 如何提高學生學習《信號與系統(tǒng)》的興趣和學習效率？理論和實驗仿真結(jié)合。避免學生把該課程當成數(shù)學來學習。

（二） 加強交叉知識貫通，對考研學生著重認真輔導，建立長效輔導機制。

（三） 強化“理實融合型”互動教學，盡可能將相關算法用MATLAB編程實現(xiàn)。

（四） 整合現(xiàn)有實驗教學資源（EDA/FPGA平臺，MATLAB DSP Builder/CCSLINK平臺，提高設備利用率。

五、 研究目標

（一） 找到一套適合學生《信號與系統(tǒng)》課程教學的高效學習方法和模式，理論實踐完美融合一體化教學，最好使得理論實例充分結(jié)合。

（二） 整合現(xiàn)有實驗教學資源，資源共享，提高設備利用率。

（三） 找到一套核實高效的學習《信號與系統(tǒng)》課程的方法和策略，為后期考研學生做經(jīng)驗推廣。

六、 擬采取的方法

（一） 建立學習本課程的激勵機制，結(jié)合工程實例在信號處理中的應用為背景講解，注重概念理解，強化數(shù)學功底。

（二） 對考研學生，加強獨立輔導，任課教師負責，強化靈活應用能力。

（三） 加重MATLAB在仿真教學中的作用，盡量用仿真實現(xiàn)，加強理解。

（四） 實踐教學上，將信號處理算法下載到硬件芯片，實現(xiàn)軟硬結(jié)合驗證。

具體步驟如下：1. 根據(jù)實際需求，確定信號處理算法，先用MATLAB對算法進行仿真驗證，再用C編程在數(shù)字信號處理硬件芯片上運行的性能進行模擬，以驗證算法的正確性，在滿足處理性能要求的前提下，要對算法的可行性進行評估。2. 選擇合適的實現(xiàn)方法，即選擇一種合適的硬件芯片及其外圍器件。3. 設計硬件電路板并且編寫的程序代碼，用C語言或是MATLAB。4. 在DSP上調(diào)試所編寫的程序，并且做到程序和硬件電路都能滿足要求。

七、 實驗資源整合使用的好處

（一） 基于MATLAB搭建的信號軟硬件實驗平臺，可充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，拓展視野，避免局限于傳統(tǒng)固定的平臺框架，增強實驗的趣味性。

（二） 在MATLAB平臺上實現(xiàn)信號處理實驗時，簡單易編程，可視化功能強，便于理解。

（三） 將EDA、DSP、MATLAB這些實驗手段整合在一起，利用現(xiàn)有各種實驗資源有效、合理整合，以多元化的實驗途徑引導學生的創(chuàng)新實踐能力。

（四） 將《信號與系統(tǒng)》與數(shù)字信號處理的硬件平臺結(jié)合，拓展了應用領域。其硬件功能可由設計者自行組合裁剪，只需進行非常簡單的操作，就可定制出自己需要的DSP模塊。（通訊作者：牛曉偉）

參考文獻：

[1]劉志平.信號與系統(tǒng)課程教學改革與實踐[J].中國教育技術裝備，2010（03）.

[2]金韋利.信號與系統(tǒng)教學改革的研究[J].科技信息，2011（02）.

[3]李雅珍.關于信號與系統(tǒng)課程教學的探討[J].科技信息，2011（18）.

作者簡介：

牛曉偉，李洪兵，陳強，劉毓，聶祥飛，謝輝，重慶市，重慶三峽學院電子與信息工程學院。