信號與系統(tǒng)資源共享課程實(shí)踐教學(xué)改革探討

劉翠響等

摘要：基于河北工業(yè)大學(xué)“信號與系統(tǒng)”課程的教學(xué)改革成果，主要對其在資源共享課程建設(shè)中的實(shí)踐教學(xué)改革進(jìn)行了探討。分析了信號與系統(tǒng)資源共享課程整合的必要性，然后結(jié)合教學(xué)實(shí)際，研究了信號與系統(tǒng)資源共享課程實(shí)踐教學(xué)改革的措施，搭建了軟硬件相結(jié)合、便于實(shí)現(xiàn)資源共享的實(shí)踐教學(xué)平臺，研制改進(jìn)了試驗(yàn)設(shè)備，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng)；資源共享；實(shí)踐教學(xué)平臺

中圖分類號G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：10054634（2015）05009605

0引言

中國大學(xué)資源共享課的推出，將進(jìn)一步推進(jìn)高等教育改革，有效加快優(yōu)質(zhì)教育資源共享的步伐，在促進(jìn)教育公平、提高高等教育質(zhì)量、推進(jìn)高等教育教學(xué)改革、更好地服務(wù)學(xué)習(xí)型社會建設(shè)等方面發(fā)揮重要作用。2012年，以美國為代表的高等教育發(fā)達(dá)國家興起了大規(guī)模在線教育，這一舉措加速了高等教育的全球化發(fā)展和全球化競爭鑒于此，建設(shè)資源共享課程具有重要意義。

資源共享課共享體現(xiàn)了學(xué)校之間的協(xié)同、教師與學(xué)生的協(xié)同、學(xué)校與社會的協(xié)同。實(shí)現(xiàn)資源共享，若進(jìn)一步結(jié)合信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，有助于“沒有圍墻”的大學(xué)在不久的將來成為可能。資源共享課也有助于探索中國特色高教改革發(fā)展道路[[KG-*6]4[KG-*6]]。目前，我國的高等教育已進(jìn)入了以提高質(zhì)量為核心的內(nèi)涵式發(fā)展階段，加快精品資源共享課程建設(shè)對深化課程教學(xué)改革和提高教學(xué)質(zhì)量都具有十分重要的意義[[KG-*6]5[KG-*6]]。

近年來，全國各個高校在信號與系統(tǒng)教學(xué)中，做了大量的教學(xué)研究與改革工作，由于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)中起著舉足輕重的作用，更是教學(xué)改革的重點(diǎn)[[KG-*6]6[KG-*6]]。

本文結(jié)合河北工業(yè)大學(xué)的特點(diǎn)，在原有信號與線性系統(tǒng)省級精品課建設(shè)和數(shù)字信號處理校級精品課建設(shè)的基礎(chǔ)上，圍繞實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和內(nèi)容的優(yōu)化組合做了大量的改革工作，以完成信號與系統(tǒng)資源共享課程轉(zhuǎn)型。信號與系統(tǒng)資源共享課程，將省級精品課程“信號與線性系統(tǒng)”、校級精品課程“數(shù)字信號處理”進(jìn)行合理調(diào)整，構(gòu)建信號與系統(tǒng)大課程體系，對于提高共享資源利用率，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的改過與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)由單一課程建設(shè)向系列課程的轉(zhuǎn)化，有著極其重要的意義，并且極具可行性。

1信號與系統(tǒng)資源共享課程整合的必要性

在進(jìn)行“信號與系統(tǒng)”精品資源共享課程建設(shè)過程中，將 “信號與線性系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”與“信號與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”三個模塊理論和實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)、合理調(diào)整，具有重要意義。

1.1[2]由單一課程建設(shè)向課程群建設(shè)轉(zhuǎn)化的必然結(jié)果

精品課程建設(shè)是一項(xiàng)綜合系統(tǒng)工程。它涉及到師資、教材、教學(xué)思想、教學(xué)管理、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面，是牽一發(fā)而動全身的工程。精品課程建設(shè)過程中探索出的許多成功經(jīng)驗(yàn)，不僅指導(dǎo)了本課程教學(xué)改革工作，同時也輻射到部分相關(guān)課程。筆者根據(jù)信號與線性系統(tǒng)課程在培養(yǎng)方案中的重要地位，為使其在整個人才培養(yǎng)過程中充分發(fā)揮示范和杠桿作用，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的電子信息類人才，將單一課程的建設(shè)轉(zhuǎn)向省級“信號與信息處理系列課程群”建設(shè)。

1.2[2]進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)現(xiàn)資源共享的必要條件

在精品課程建設(shè)過程中，根據(jù)信號與線性系統(tǒng)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，為培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和實(shí)踐操作技能以及創(chuàng)新能力，率先在電子信息工程、通信工程開設(shè)了信號與線性系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。由于起初課程設(shè)計(jì)只是針對一門課程進(jìn)行的，設(shè)計(jì)內(nèi)容有較大的局限性，知識面相對偏窄。于是，在經(jīng)過兩年的實(shí)踐之后，學(xué)院調(diào)整了課程設(shè)計(jì)的開課時間及設(shè)計(jì)內(nèi)容范圍。授課時間調(diào)整到數(shù)字信號處理課程結(jié)束的學(xué)期末，兩門課程統(tǒng)籌考慮，作為信號與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)，內(nèi)容寬了，知識點(diǎn)多了，對于正確認(rèn)識連續(xù)與離散信號及系統(tǒng)的關(guān)系、區(qū)別、分析方法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等起到了很好的作用，教學(xué)效果顯著。所以，將信號與線性系統(tǒng)課程與數(shù)字信號處理課程統(tǒng)籌考慮，綜合建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)資源共享、保障實(shí)踐教學(xué)改革順利進(jìn)行的必要條件。

1.3提高共享資源利用率的有效措施

[JP+1]建設(shè)資源共享課程需要投入大量的人力和物力。每一門資源共享課程都需要有網(wǎng)絡(luò)平臺的支持，建議要有相關(guān)的網(wǎng)站。如果像以往精品課程那樣建設(shè)，勢必造成大量的資源浪費(fèi)，包括網(wǎng)站建設(shè)硬件環(huán)境，軟件維護(hù)等。筆者將轉(zhuǎn)型的信號與線性系統(tǒng)、數(shù)字信號處理課程，內(nèi)容密切關(guān)聯(lián)、性質(zhì)相同、教學(xué)手段相近、硬件設(shè)備相同、師資隊(duì)伍同為省級教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員，經(jīng)過多年的協(xié)同建設(shè)，已經(jīng)形成了一個密不可分的整體。因此，將相關(guān)課程整合，可以有效提高共享資源的利用率，推動信號與信息處理省級教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)與發(fā)展。

[BT（1+1]2[2]信號與系統(tǒng)資源共享課程實(shí)踐教學(xué)改革的措施

2.1實(shí)驗(yàn)軟硬件相結(jié)合，便于實(shí)現(xiàn)資源共享

在自主研制第一代信號與系統(tǒng)試驗(yàn)箱的基礎(chǔ)上，升級改進(jìn)研制了第二代信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如圖1所示。采用虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備與其配套，實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備、軟件仿真資源互補(bǔ)、共享。

信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱包括主板和獨(dú)立可拆換的實(shí)驗(yàn)開發(fā)板，以此為基礎(chǔ)開設(shè)了信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、課程設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)。新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在改進(jìn)硬件實(shí)驗(yàn)條件后，重新完善配套的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，采用DDS3X25虛擬信號發(fā)生器、DSO3064虛擬示波器搭建了軟硬結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺，如圖2、圖3所示。按照基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、綜合設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新訓(xùn)練等層層推進(jìn)的思路，以“增強(qiáng)感性認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)理論的掌握與綜合應(yīng)用，強(qiáng)化工程意識，提高實(shí)踐與創(chuàng)新能力”為目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)形式上采用軟硬件相結(jié)合的方法，注重基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)充綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，增設(shè)集中課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

實(shí)踐教學(xué)實(shí)例分析：在模擬信號取樣及恢復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，采用信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)硬件平臺，信號取樣與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)電路板，DSO3064虛擬示波器，DDS3X25虛擬信號發(fā)生器等實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。要求學(xué)生理解和掌握時域取樣定理，掌握無混疊和有混疊條件下信號取樣與恢復(fù)的頻域分析方法，通過無混疊和有混疊條件下正弦等不同信號取樣與恢復(fù)測試分析，比較不同取樣頻率和取樣脈沖寬度對取樣及恢復(fù)信號的影響。信號取樣與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)電路板如圖4所示，無混疊條件下正弦信號的取樣與恢復(fù)測試分析如圖5所示，四路信號同時顯示，切換方便，形象、逼真。

圖5無混疊條件下正弦信號的取樣與恢復(fù)測試分析[JZ）][HJ68x][LL]

通過親自動手實(shí)踐，將硬件試驗(yàn)結(jié)果與軟件仿真結(jié)果相比較，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深了對理論知識的理解，強(qiáng)化了工程意識，解決了課程教學(xué)難點(diǎn)的教與學(xué)。

2.2虛擬仿真與實(shí)際試驗(yàn)密切配合

恰當(dāng)解決強(qiáng)化創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力培養(yǎng)與實(shí)踐教學(xué)學(xué)時有限的矛盾，是每一門專業(yè)課和專業(yè)基礎(chǔ)課所面臨和必須解決的問題。課程資源建設(shè)，可以將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，特別是硬件仿真實(shí)驗(yàn)放于網(wǎng)上，使硬件實(shí)驗(yàn)通過仿真軟件預(yù)習(xí)，讓學(xué)生帶著問題走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，效果會更好，同時有效實(shí)驗(yàn)時間也會提高。

尤其是在實(shí)驗(yàn)開課前，課程組教師進(jìn)行預(yù)作試驗(yàn)，將新儀器的使用方法、注意事項(xiàng)說明及實(shí)驗(yàn)具體操作流程進(jìn)行視頻錄制，上傳到共享資源網(wǎng)站，供學(xué)生自學(xué)及熟悉儀器操作，提高了實(shí)驗(yàn)效果。此外，還要求同學(xué)們將硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果與軟件仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對比，并進(jìn)行分析，從而加深了同學(xué)對知識的理解和掌握。

2.3[2]搭建立體化實(shí)踐性教學(xué)平臺，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐資源共享

針對資源共享轉(zhuǎn)型建設(shè)的需要，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的研究開發(fā)，構(gòu)建了“系列課程理論內(nèi)容的融合互補(bǔ)，實(shí)踐手段軟硬結(jié)合，技能訓(xùn)練循序漸進(jìn)，創(chuàng)新思維不斷深化”的系列課程教學(xué)體系和實(shí)踐教學(xué)平臺，如圖6所示。[FL）]

該實(shí)踐教學(xué)平臺主要包括硬件實(shí)驗(yàn)平臺、基于PC機(jī)的軟件實(shí)驗(yàn)平臺、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等幾大部分。其中，軟件實(shí)驗(yàn)平臺和硬件實(shí)驗(yàn)平臺通過信號采集/輸出模塊建立連接，實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)K和信號分析處理軟件的有機(jī)結(jié)合。軟件平臺通過信號輸出模塊可以靈活提供硬件平臺所需的各類實(shí)驗(yàn)信號，硬件平臺獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則可以通過信號采集模塊輸入到軟件平臺進(jìn)行記錄、分析和處理，而處理得到結(jié)果又可以通過信號輸出模塊再次加載到相應(yīng)的硬件模塊，進(jìn)行更為具象化的展示。信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)綜合管理系統(tǒng)界面如圖7、圖8所示。

利用課程資源共享平臺，開發(fā)相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)綜合管理系統(tǒng)，對信號與系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)全過程（選題、預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫、課程設(shè)計(jì)成果驗(yàn)收、報(bào)告批閱、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)成績管理等）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的管理，促進(jìn)學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變自主學(xué)習(xí)，將實(shí)踐教學(xué)模式從千篇一律、機(jī)械化的照教學(xué)大綱排實(shí)驗(yàn)的固定模式，變?yōu)樽灾餍缘膫€性化教育模式。

該平臺由任課教師設(shè)計(jì)，學(xué)生參加制作。將先進(jìn)的硬件開發(fā)平臺和計(jì)算機(jī)虛擬儀器、仿真平臺融為一體，這不僅能極大地滿足教學(xué)的需要，還能鍛煉提高學(xué)生的實(shí)際動手能力、綜合運(yùn)用知識能力、獨(dú)立分析解決問題能力和創(chuàng)新能力，為通識教育，創(chuàng)新教育，搭建了良好的教育教學(xué)平臺。

3實(shí)踐教學(xué)改革的成效

信號與系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、工程意識、實(shí)踐能力，通過講座拓展學(xué)生的知識面，通過研討性課程鍛煉學(xué)生的科研能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，使學(xué)生具有綜合性、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的綜合培養(yǎng)，適應(yīng)當(dāng)代社會對高素質(zhì)人才培養(yǎng)的需求。河北工業(yè)大學(xué)在信號與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)中，采用了老師給出題目，學(xué)生自選課題、結(jié)成小組，共同查閱資料，分析研究討論、確定方案、仿真調(diào)試、分析總結(jié)、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，通過答辯評定成績的方法，整個過程如同完成一項(xiàng)科研項(xiàng)目，培養(yǎng)了學(xué)生基本的科研能力。此項(xiàng)訓(xùn)練為部分學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽和“飛思卡爾”杯智能汽車競賽并獲得省部級以上獎勵，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時為參加河北省“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目做了必要的技術(shù)準(zhǔn)備。

4總結(jié)與討論

總之，在實(shí)踐教學(xué)中，借助于資源共享平臺，改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的組織形式，并采取相應(yīng)的技術(shù)手段，促進(jìn)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)學(xué)時的最優(yōu)化利用，提高教學(xué)效率，改善教學(xué)效果。學(xué)生利用信號與系統(tǒng)課程共享資源，可不斷加強(qiáng)師生互動交流，使學(xué)生學(xué)習(xí)了解的內(nèi)容更全面，獲取知識的形式更方便、途徑更廣泛，教學(xué)效果更顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.共享課程：突破時空和身份限制[[KG-*6]EB/OL[KG-*6]].（[KG-*6]20130627）[[KG-*6]20141120[KG-*6]].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_745/201306/153589.

[2] 王重潤，李恩，趙冬暖.精品課程資源共享應(yīng)用現(xiàn)狀、問題及對策[[KG-*6]J[KG-*6]].高教論壇，2010，（[KG-*6]2）：2023.

[3] 陸國棟.資源共享課在高校教學(xué)改革中的意義和作用[[KG-*6]EB/OL[KG-*6]].（[KG-*6]20130627） [[KG-*6]20141120[KG-*6]].http：//www.icourses.cn/gjjpkc/sy/yw/20130702/ t_100 54.html.

[4] 張鳴蕾.高校教學(xué)改革視野下的精品資源共享課建設(shè)[[KG-*6]J[KG-*6]].科教導(dǎo)刊，2013，（[KG-*6]3）：1920.

[5] 袁志堅(jiān)，何文涓.精品課程與精品資源共享課建設(shè)之比較[[KG-*6]J[KG-*6]].中國教育技術(shù)裝備，2013，（[KG-*6]36）：6264.

[6] 賴欣，諶海云，顧亞雄.“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革的探索和實(shí)踐

[7].中國科技信息，2013， （[KG-*6]3）：158159.