《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)研究與實踐

謝家興等

摘 要：《信號與系統(tǒng)》是我校電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)等電子電氣類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)主干課程，是承上啟下的核心課程，講述了信號與線性系統(tǒng)的基本概念、原理、方法與工程應(yīng)用，其課程實質(zhì)是把物理系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型，通過分析模型進而研究系統(tǒng)性能，具有抽象性強和枯燥乏味等特點，給教學(xué)帶來了一定的難度。本文針對信號與系統(tǒng)的課程特點，結(jié)合我校電類相關(guān)專業(yè)學(xué)生的特點，對信號與系統(tǒng)的教學(xué)提出了一些改進意見，以期提高信號與系統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng) 教學(xué)改革 實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098x（2014）01（a）-0164-02

1 我校信號與系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀

《信號與系統(tǒng)》是我校電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)等電子電氣類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)主干課程，其中的概念和分析方法廣泛應(yīng)用于通信、自動控制、信號與信息處理、電路與系統(tǒng)等領(lǐng)域，又與工程實際有著密切聯(lián)系，目前許多高校研究生入學(xué)考試專業(yè)課中都包含有該課程內(nèi)容。該課程以《高等數(shù)學(xué)》、《電路分析》及《復(fù)變函數(shù)》等課程為基礎(chǔ)，同時又是學(xué)習(xí)后續(xù)《數(shù)字信號處理》、《通信原理》等必修課的基礎(chǔ)課程，在教學(xué)環(huán)節(jié)上起到承上啟下的作用，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響到學(xué)生對信號和系統(tǒng)的時頻分析掌握，關(guān)系到后續(xù)課程的教學(xué)質(zhì)量。該課程由于對數(shù)學(xué)有一定要求，理論性較強，概念抽象，公式多，學(xué)時少，所以一直存在“學(xué)生難學(xué)，教師難教”的問題，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很容易鉆牛角尖，對內(nèi)容也不是很理解。在理論教學(xué)過程中往往容易圍繞著數(shù)學(xué)推導(dǎo)進行，而忽略課程與實驗相結(jié)合的教學(xué)方法。如何提高學(xué)科的效果，看老師對學(xué)生的了解。作者從事這門課程教學(xué)九年，依托我校廣東省名牌專業(yè)電子信息工程專業(yè)、中央與地方共建電子資訊工程基礎(chǔ)實驗室信號與系統(tǒng)實驗室這個平臺，對信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容、課程體系和教學(xué)方式上進行了調(diào)整，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且教學(xué)效果也是突出。

2 運用多種教學(xué)方法和現(xiàn)代教學(xué)手段，提高課堂教學(xué)，提高教學(xué)成果

2.1 采用多媒體手段授課，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

信號與系統(tǒng)涉及很多公式、推導(dǎo)繁、概念抽象且不易理解與掌握，利用現(xiàn)代多媒體手段教學(xué)，將各種技術(shù)組合在一起，用計算機色彩、動畫、視頻、等有效地結(jié)合起來，形象的展示在學(xué)生面前，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也提高課堂效果，讓學(xué)生更容易記住并理解所學(xué)的內(nèi)容，多媒體教學(xué)帶給學(xué)生的既有量的積累，也有質(zhì)的飛躍[1]。

2.2 突出物理意義，淡化其數(shù)學(xué)推導(dǎo)，注重基礎(chǔ)課與后續(xù)專業(yè)知識點的結(jié)合

該課程涉及傅里葉級數(shù)、傅里葉變換、拉普拉斯變換及Z變換等內(nèi)容，學(xué)生感到內(nèi)容多且關(guān)系復(fù)雜，因此在推導(dǎo)公式時，一定要注意將公式的來源講清楚。另外，同學(xué)們也注意到傅里葉變換、拉普拉斯變換的性質(zhì)大多是相似的，可大學(xué)生不明白是什么道理，他們心里有所疑惑，但如果讓學(xué)生理解傅里葉變換、拉普拉斯變換的共同前提就是正交變換，這兩個變換性質(zhì)相似的根源是它們都是以指數(shù)函數(shù)為完備正交集的正交變換，只是指數(shù)的取值不同而已。這就是從全局上把握所學(xué)知識中最本質(zhì)的東西，即尋找事物的共同點，從而起到事半功倍的效果[2]。

注重基礎(chǔ)課與后續(xù)專業(yè)知識點的結(jié)合，例如在講授信號與系統(tǒng)概念的過程中，引出通信系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及穩(wěn)定性等概念。使學(xué)生用辯證發(fā)展的思維看待基礎(chǔ)課程中知識的學(xué)習(xí)，形成發(fā)散的思維；使學(xué)習(xí)的知識構(gòu)成有機的整體。有利于學(xué)生對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)學(xué)生的能力。

2.3 利用網(wǎng)絡(luò)平臺，建立信號與系統(tǒng)課程網(wǎng)站

教學(xué)網(wǎng)站是網(wǎng)絡(luò)課程有效的載體和支撐平臺，是網(wǎng)絡(luò)課程的最佳的表現(xiàn)形式。網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)網(wǎng)站是學(xué)生自主學(xué)習(xí)、個性發(fā)展、教學(xué)互動、學(xué)習(xí)交流、信息反饋、自我評價的重要平臺，對于實現(xiàn)傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展將起到重要作用。為了提高信號與系統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量，本著便于學(xué)生學(xué)習(xí)課程內(nèi)容、查閱教學(xué)資料原則，利用軟件Dreamweaver設(shè)計和建立了信號與系統(tǒng)課程網(wǎng)站。該課程網(wǎng)站包括電子教案、作業(yè)習(xí)題、試卷樣題、實驗指導(dǎo)、課程復(fù)習(xí)、教學(xué)動畫等等學(xué)習(xí)資料，又包括供同行參考用的課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)計劃、教師介紹等教學(xué)資料。讓學(xué)生邊學(xué)習(xí)、邊實踐、邊研討。通過相關(guān)連接把最新的發(fā)展、方法、概念、技術(shù)、器件展示給學(xué)生。網(wǎng)絡(luò)化的學(xué)習(xí)環(huán)境能改善學(xué)生“死讀書，讀死書”的狀況。

2.4 利用Authorware工具軟件，研究和開發(fā)信號與系統(tǒng)多媒體教學(xué)系統(tǒng)

信號與系統(tǒng)多媒體教學(xué)系統(tǒng)以Authorware為開發(fā)平臺，綜合運用圖像、文本、視頻、音頻等結(jié)合在一起，把抽象東西形象的表現(xiàn)出來，以大量視聽信息、高科技表現(xiàn)手段來沖擊學(xué)生的思維興奮點，加上虛擬現(xiàn)實技術(shù)和圖形、圖像、三維動畫使教學(xué)內(nèi)容表現(xiàn)得豐富多彩、形象生動，讓學(xué)生通過多個感覺器官來獲取相關(guān)信息，提高教學(xué)信息傳播效率，增強教學(xué)的積極性、生動性和創(chuàng)造性，從而有效地提高《信號與系統(tǒng)》課程的教學(xué)質(zhì)量，在今后教育教學(xué)中勢必發(fā)揮更大的作用[3]。

2.5 開設(shè)綜合性實驗

依托專業(yè)實驗室，利用現(xiàn)有儀器設(shè)備，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容開發(fā)綜合性和設(shè)計性實驗，學(xué)生以團隊合作的方式積極參與綜合性和設(shè)計性實驗，描述自己的方案并與其他小組討論。通過開設(shè)綜合型實驗，不斷開闊學(xué)生思路，使其對現(xiàn)有的各類信號與系統(tǒng)原理和方法有較全面的認識，提高學(xué)生綜合分析和運用知識的能力。通過開設(shè)設(shè)計型實驗，主要鍛煉學(xué)生獨立思考和解決問題的能力，拓寬就業(yè)渠道[4]。

2.6 利用MATLAB軟件改進課堂教學(xué)

信號與系統(tǒng)課程中的理論和結(jié)論大都是經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得來的，對學(xué)生來說比較抽象、也較難理解，同時作業(yè)也具有較多計算量，單純的筆算較為繁瑣。MATLAB語言能對信號產(chǎn)生、信號關(guān)于時間尺度變換、卷積和相關(guān)等時域運算，傅里葉變換和拉普拉斯變換的頻域計算，以及諸如調(diào)制、抽樣定理、信號無失真?zhèn)鬏?、濾波器設(shè)計等一系列的關(guān)于該課程的概念理解和計算問題都可通過圖形建模、數(shù)值計算使之具有可視化功能。因此，課堂上將多媒體教學(xué)與MATLAB圖形和動態(tài)演示結(jié)合起來，會使得課堂教學(xué)更加直觀、生動、緊湊，使學(xué)生易于加深對課堂抽象概念的理解，鞏固課堂上所學(xué)的理論知識，幫助他們很好掌握信號課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法[5]。

2.7 注重對學(xué)生知識運用能力的考核，重構(gòu)考核評價體系

為了加深學(xué)生對課程知識的學(xué)習(xí)和掌握，注重對學(xué)生知識運用能力的考核，重構(gòu)考核評價體系。課程考核成績，由期末考試成績與平時成績綜合評定。該課程期末考試成績占總評成績的50%（以前為70%），平時成績占50%（以前為30%）。平時成績考核內(nèi)容包括對學(xué)生課堂考勤、隨堂測驗（至少三次）、課程作業(yè)、實驗成績等的綜合評定。通過兩年的考核實踐，學(xué)生普遍認為通過平時測驗和加大平時成績比重，有利于學(xué)生平時對知識的積累，可以有效避免部分學(xué)生期末考試前臨時抱佛腳的心理。

3 結(jié)語

信號與系統(tǒng)作為專業(yè)基礎(chǔ)課能夠在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和素質(zhì)方面發(fā)揮相當?shù)淖饔?。通過九年來對信號與系統(tǒng)的教學(xué)和教學(xué)經(jīng)驗的積累，本文論述了采用靈活的教學(xué)方法和手段培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；突出物理意義淡化其數(shù)學(xué)推導(dǎo)、注重基礎(chǔ)課與后續(xù)專業(yè)知識點的結(jié)合；利用網(wǎng)絡(luò)平臺建立信號與系統(tǒng)課程網(wǎng)站；利用Authorware工具軟件研究和開發(fā)信號與系統(tǒng)多媒體教學(xué)系統(tǒng)；開設(shè)綜合性實驗；利用MATLAB軟件改進課堂教學(xué)；注重對學(xué)生知識運用能力的考核，重構(gòu)考核評價體系等七個方面對《信號與系統(tǒng)》課程和教學(xué)內(nèi)容體系改革和整體優(yōu)化研究與實踐進行了探討，提高信號與系統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生們學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課打下扎實的基礎(chǔ)。

參考文獻

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