信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)改革的實(shí)踐探索

張晨光 安 樹 劉正春

軍械工程學(xué)院車輛與電氣工程系 河北石家莊 050003

信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)改革的實(shí)踐探索

張晨光 安 樹 劉正春

軍械工程學(xué)院車輛與電氣工程系 河北石家莊 050003

信號(hào)與系統(tǒng)是電氣、通信類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。為了改變過去以理論講授為主導(dǎo)的教學(xué)思路，適應(yīng)新形勢(shì)下部隊(duì)技術(shù)人才的培養(yǎng)需求，課程組結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從課程教學(xué)內(nèi)容、信息化教學(xué)模式和實(shí)驗(yàn)教學(xué)三個(gè)方面對(duì)課程教學(xué)改革問題進(jìn)行了闡述。

信號(hào)與系統(tǒng)；課程改革；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

信號(hào)與系統(tǒng)以高等數(shù)學(xué)、電路分析課程等為基礎(chǔ)，是一門研究信號(hào)與系統(tǒng)理論、關(guān)系及分析方法的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有很強(qiáng)的理論性和應(yīng)用性。［1］在以往的教學(xué)過程中本課程主要以理論講授為主，課堂上數(shù)學(xué)公式、理論推導(dǎo)較多，而實(shí)踐環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱，從而導(dǎo)致了課堂氣氛不活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，能力提升不明顯的問題。為了適應(yīng)新形勢(shì)下部隊(duì)技術(shù)人才的培養(yǎng)需求，課程組近兩年主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和實(shí)踐應(yīng)用這三個(gè)方面入手，開展了一系列以提升學(xué)生綜合能力為目標(biāo)的教學(xué)改革實(shí)踐活動(dòng)。

1 針對(duì)授課對(duì)象特點(diǎn) 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

信號(hào)與系統(tǒng)課程概念抽象、公式繁多，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高。［2-3］之前的教學(xué)過程中，課程內(nèi)容涉及面較廣，講解時(shí)注重概念、方法和推導(dǎo)計(jì)算，這種授課方式在課時(shí)安排較為寬裕的情況下有利于學(xué)生打牢基礎(chǔ)。但是，隨著學(xué)院全面教學(xué)改革的推進(jìn)，在面對(duì)課時(shí)壓縮和學(xué)生專業(yè)能力提升的雙重壓力下，我們必須進(jìn)一步提高授課效率，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合。

1.1 依據(jù)課時(shí)壓縮的內(nèi)容優(yōu)化

本課程計(jì)劃學(xué)時(shí)由過去的50學(xué)時(shí)減少到現(xiàn)在的40學(xué)時(shí)，授課時(shí)間明顯減少。為了適應(yīng)新的課程標(biāo)準(zhǔn)，在講授內(nèi)容方面主要保留信號(hào)系統(tǒng)基礎(chǔ)、卷積、傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換，將系統(tǒng)函數(shù)章節(jié)內(nèi)容打散后融入變換域的分析當(dāng)中，略去系統(tǒng)狀態(tài)變量分析章節(jié)。同時(shí)，在講解中將信號(hào)、系統(tǒng)求解的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程弱化，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)兩者的聯(lián)系、物理意義，注重總結(jié)方法和對(duì)結(jié)果的分析，增加聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用的教學(xué)實(shí)例，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。［4］

1.2 緊貼專業(yè)需求的內(nèi)容優(yōu)化

本院的信號(hào)與系統(tǒng)課程主要針對(duì)電子類專業(yè)本科生，屬于專業(yè)基礎(chǔ)必修課程。過去每期授課的教師和所教專業(yè)不固定，所有專業(yè)講授內(nèi)容完全一樣，在各自專業(yè)課程體系方面雖然能夠起到了一定的承上啟下作用，但還無(wú)法完全滿足新的專業(yè)人才培養(yǎng)需求。因此，課程組在安排任課教師上做到了定人定專業(yè)，在保證教學(xué)內(nèi)容總體一致的前提下，針對(duì)不同專業(yè)的特點(diǎn)做出適當(dāng)調(diào)整。例如，針對(duì)雷達(dá)、火控等專業(yè)，重點(diǎn)加強(qiáng)拉氏變換、系統(tǒng)函數(shù)、穩(wěn)定性等方面的教學(xué)內(nèi)容，以滿足自動(dòng)控制課程的側(cè)重需要；而針對(duì)電力工程專業(yè)則重點(diǎn)加強(qiáng)連續(xù)、離散信號(hào)分析、傅里葉變換等內(nèi)容，為后續(xù)信號(hào)處理、測(cè)試類課程打下基礎(chǔ)。

2 發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì) 豐富課程教學(xué)模式

在課程教學(xué)改革之后，依靠?jī)H有的40學(xué)時(shí)課堂講授和實(shí)驗(yàn)操作就想把信號(hào)與系統(tǒng)這門課學(xué)好，這對(duì)于絕大多數(shù)學(xué)生來(lái)說顯然是不現(xiàn)實(shí)的。所以，除了課上的被動(dòng)接受式學(xué)習(xí)之外，如何充分利用課余時(shí)間鞏固所學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性就顯得尤為重要［5］。多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，為學(xué)生開展自主探究式學(xué)習(xí)提供了有利的技術(shù)條件，課程組基于學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)搭建了信號(hào)與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)供師生交流和學(xué)習(xí)使用，取得了不錯(cuò)的效果。教學(xué)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)、綜合評(píng)價(jià)及資源管理四大功能，其主頁(yè)如圖1所示，包含教學(xué)提示、實(shí)時(shí)教學(xué)、討論交流等幾個(gè)欄目。

圖1 “信號(hào)與系統(tǒng)”網(wǎng)絡(luò)課程主頁(yè)

2.1 自主學(xué)習(xí)功能

該功能由“教學(xué)提示”欄目來(lái)實(shí)現(xiàn)，除了介紹課程及章講的概述信息之外，還針對(duì)每講內(nèi)容提供了大量教學(xué)資源供學(xué)生自學(xué)使用。其中，“網(wǎng)絡(luò)教材”為紙質(zhì)教材的簡(jiǎn)化電子版，以網(wǎng)頁(yè)形式呈現(xiàn)；“電子教案”為課堂上授課的配套課件；“講授教材”為本講內(nèi)容的授課錄像，可配合課件同步演示；“典型實(shí)例”為本講相關(guān)的例題和實(shí)例資源；“教員教案”為教師編寫教案的電子版，供部分要求較高的學(xué)生參考使用。通過以上教學(xué)資源，學(xué)生可靈活運(yùn)用課余時(shí)間完成復(fù)習(xí)鞏固及預(yù)習(xí)工作，有效彌補(bǔ)了課堂教學(xué)時(shí)間的不足。

2.2 師生互動(dòng)功能

該功能包括“實(shí)時(shí)教學(xué)”“答疑”和“討論交流”三個(gè)欄目?！皩?shí)時(shí)教學(xué)”可實(shí)現(xiàn)師生間的網(wǎng)絡(luò)視頻對(duì)話，面對(duì)面進(jìn)行交流指導(dǎo)和問題反饋；“答疑”欄目提供本課各章講的常見問題列表，學(xué)生也可針對(duì)課堂講授內(nèi)容提問留言；“討論交流”欄目為師生交流論壇，可發(fā)帖分享學(xué)習(xí)體會(huì)。

2.3 綜合評(píng)價(jià)功能

該功能由“作業(yè)”“考試”及“效果分析”三個(gè)欄目組成，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上作業(yè)的布置與批改，課中測(cè)驗(yàn)的組織實(shí)施，學(xué)習(xí)效果及平時(shí)成績(jī)的統(tǒng)計(jì)分析。

2.4 資源管理功能

該功能按文件格式匯總了本課程所有的多媒體教學(xué)資源，包括課件、視頻、動(dòng)畫等內(nèi)容。教學(xué)資源由教師上傳并定期維護(hù)管理，學(xué)生可隨時(shí)下載查看。

網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)使用后，通過自主學(xué)習(xí)和互動(dòng)功能，教師課上只需點(diǎn)明各講重點(diǎn)和實(shí)踐應(yīng)用內(nèi)容，不用再花費(fèi)較多的時(shí)間和精力詳細(xì)講解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)與例題，學(xué)生可通過課下自學(xué)、網(wǎng)絡(luò)視頻輔導(dǎo)等手段來(lái)鞏固和加深對(duì)課程內(nèi)容的理解掌握。通過網(wǎng)絡(luò)作業(yè)和考試等功能，學(xué)生可根據(jù)自己的知識(shí)點(diǎn)掌握情況和學(xué)習(xí)精力，自主選擇練習(xí)的難度和題量，同時(shí)也方便了教師的教學(xué)組織，節(jié)約了教學(xué)資源。經(jīng)過2年的教學(xué)試用，從學(xué)生反饋和考試情況來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)有效地提高了學(xué)生的自學(xué)能力和分析能力，同時(shí)在課時(shí)不足的情況下大大提高了授課效率。

3 強(qiáng)化創(chuàng)新能力培養(yǎng) 改革課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

以往教學(xué)中重視理論分析和推導(dǎo)，而忽視了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較少且均為基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生課后很難與后續(xù)專業(yè)課程及從事工作相聯(lián)系，實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有起到應(yīng)有的作用。新形勢(shì)下的人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力提出了更高要求，這就需要課程組在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上加強(qiáng)改革和創(chuàng)新，靈活運(yùn)用多種方法、手段提高實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效果。

3.1 基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改革

改變過去實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在課程教學(xué)中后期的安排，讓學(xué)生盡早將所學(xué)理論與應(yīng)用相結(jié)合?？紤]到課程初期（開課后2周左右）學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)識(shí)不足以及儀器設(shè)備操作不熟悉等問題，這一階段的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要利用我們自主開發(fā)的仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)供學(xué)生課下練習(xí)使用。該系統(tǒng)基于MATLAB軟件及其提供的圖形用戶界面設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)，可完成信號(hào)的時(shí)域分析、頻譜分析、系統(tǒng)頻域分析、綜合實(shí)驗(yàn)等七大實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，幫助學(xué)生更加直觀、感性地理解和掌握課程基本知識(shí)和原理。

圖2 語(yǔ)音信號(hào)綜合分析實(shí)驗(yàn)

以綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K中語(yǔ)音信號(hào)綜合分析實(shí)驗(yàn)為例，其界面如圖2所示，該實(shí)驗(yàn)?zāi)K可以自行錄制或?qū)腚娔X中存儲(chǔ)的聲音文件作為分析對(duì)象，也可利用模塊自帶的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生特殊信號(hào)進(jìn)行分析。利用該仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，學(xué)生能夠?qū)r(shí)域和頻域的學(xué)習(xí)相聯(lián)系，直觀的獲得信號(hào)分析參數(shù)，通過比較不同種類、不同組合的聲音信號(hào)分析結(jié)果加深對(duì)頻域分析及其應(yīng)用的理解掌握。與之前相比，在使用仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排更加靈活，學(xué)習(xí)興趣大大提高，更容易發(fā)散思維提出各種各樣的新問題，加深了課程理解。

3.2 面向?qū)I(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)改革

在課程學(xué)習(xí)的中后期，學(xué)生對(duì)本課有了較為深刻的理解后，可引入自主創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)題目［6］，將所學(xué)理論與工程實(shí)踐初步結(jié)合，加深課程應(yīng)用理解的同時(shí)，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。根據(jù)學(xué)院教學(xué)計(jì)劃安排，學(xué)生在同期開設(shè)的實(shí)驗(yàn)電子學(xué)課程已經(jīng)具備了一定的硬件電路設(shè)計(jì)與調(diào)試能力，因此自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)采用軟件仿真與硬件電路相結(jié)合的方式，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)電子學(xué)課程組共同組織實(shí)施。現(xiàn)有兩課程組根據(jù)學(xué)生總數(shù)擬制若干設(shè)計(jì)題目，例如：語(yǔ)音信號(hào)的采集與頻譜分析、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等，學(xué)生按照每組4～5人自由分組進(jìn)行選題。實(shí)驗(yàn)過程中，由各組組長(zhǎng)負(fù)責(zé)安排調(diào)配仿真、硬件設(shè)計(jì)、電路調(diào)試和匯報(bào)演示等工作，最后以答辯形式分組進(jìn)行評(píng)比驗(yàn)收，得分計(jì)入課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)。通過這種實(shí)驗(yàn)方式，既提高了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐水平，也鍛煉了他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和組織管理能力，取得了良好的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

信號(hào)與系統(tǒng)是電氣、電子信息類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。針對(duì)軍隊(duì)院校技術(shù)人才培養(yǎng)的新需求和本院電類專業(yè)學(xué)員的自身特點(diǎn)，課程組結(jié)合近兩年的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)，在如何加強(qiáng)學(xué)生綜合能力水平，解決信號(hào)與系統(tǒng)課程難教、難學(xué)等問題方面進(jìn)行了探討。從近期的學(xué)習(xí)效果和學(xué)生評(píng)價(jià)來(lái)看，本課程的教學(xué)改革已經(jīng)取得了初步成效，但由于我院信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)起步晚、基礎(chǔ)薄弱，授課效果與其他兄弟院校相比還存在較大差距，如何進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、加強(qiáng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)，還需要在今后的教學(xué)實(shí)踐中不斷探索和完善。

［1］陳從顏，費(fèi)樹岷，柴琳.“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革趨勢(shì)探究［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014（1）：13-14.

［2］葛愿.“信號(hào)與系統(tǒng)”創(chuàng)新教學(xué)模式探索［J］.科技視界，2014（1）：65-66.

［3］王宏偉.《信號(hào)與系統(tǒng)》教學(xué)改革小結(jié)［J］.中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2013（35）：149

［4］向友君，傅予力.基于物理意義的“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)方法探討［J］.中國(guó)電力教育，2013（34）：107-108.

［5］呂瑞蘭，解培中.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式的探索和實(shí)踐——以信號(hào)與系統(tǒng)課程為例［J］.北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2013（3）：26-30.

［6］劉鋒，段紅，熊慶旭.信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008（3）：118-122.

Practice Exploration on Teaching Reform of Signals and Systems Course

Zhang Chenguang， An Shu， Liu Zhengchun
Department of Vehicle and Electrical Engineering， Ordnance Engineering College，Shijiazhuang， 050003， China

The Signals and Systems is an important course of electrical and communication subjects. In order to change the former teaching ideas based on theoretical lectures， meeting the needs of the training on military technical talents. With the teaching experience in recent years， this paper elaborates the issues of course reform about course contents， information teaching mode and experiment teaching.

signals and systems； course reform； networking teaching； experiment teaching

2015-04-09

張晨光，碩士，講師。