信號與系統(tǒng)課程教學(xué)改革方法探索

劉俊霞

摘要：針對信號與系統(tǒng)課程理論性較強(qiáng)，公式推導(dǎo)繁瑣，難以理解和記憶，以及傳統(tǒng)的教學(xué)方法和實(shí)驗設(shè)配老舊等一系列問題，提出了適合我校師生的教學(xué)改革方案，在教學(xué)方法上運(yùn)用多媒體及Matlab軟件與理論教學(xué)相結(jié)合，在教學(xué)方式上利用師生互動活躍課堂氛圍，并加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在實(shí)踐中夯實(shí)理論知識。新的教學(xué)改革方案，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng)；教學(xué)改革；教學(xué)方式

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）37-0265-02

信號與系統(tǒng)是電子、信息、通訊類以及自動化的基本專業(yè)課程，也是在校電子工程系大學(xué)生報考碩士研究生時必須要通過的課程。信號與系統(tǒng)是一門理論性、應(yīng)用性、實(shí)用性都非常強(qiáng)的學(xué)科，并且由于信號與教學(xué)的專業(yè)面非常廣，涉及到的內(nèi)容包括了電子技術(shù)、通信、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號分析、信息傳輸與編碼等領(lǐng)域。而傳統(tǒng)的信號與系統(tǒng)單一的“黑板式”教學(xué)方式很難取得良好的教學(xué)效果，并且由于這一項教學(xué)需要將理論與實(shí)踐相結(jié)合，需要不斷地對公式和概念進(jìn)行推斷和演算，這就會在很大的程度上減少學(xué)生的實(shí)踐時間，并在一定程度上挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此，信號與系統(tǒng)課程改革勢在必行。

一、MATLAB引入信號與系統(tǒng)教學(xué)的必要性與可行性

（一）必要性

首先，由于信號與系統(tǒng)課程中，數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)過程都比較復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)生難于理解，因此，為了提高教學(xué)的簡易性，可以選擇用波形圖的方式進(jìn)行授課。但由于課時有限，教師不可能做到每個計算結(jié)論都使用手工在黑板上畫波形圖，所以，這時就可以使用相關(guān)的軟件來進(jìn)行展示。其次，雖然有很多學(xué)生的數(shù)學(xué)計算功底也很不錯，但長時間的計算推導(dǎo)，使學(xué)生感到枯燥的同時也導(dǎo)致課堂的學(xué)習(xí)效率低下，所以，教學(xué)中可以選擇相關(guān)的工具軟件進(jìn)行計算，例如Matlab。經(jīng)過科學(xué)調(diào)查證明，很多大中型的企業(yè)都要求職員掌握MATLAB軟件的使用，所以，讓學(xué)生更好地掌握MATLAB軟件，不僅可以使信號與系統(tǒng)學(xué)習(xí)更加輕松，也能為畢業(yè)后更好地就業(yè)奠定基礎(chǔ)。

（二）可行性

MATLAB在教學(xué)過程中的可行性包括兩個方面，一方面，MATLAB軟件有著多個強(qiáng)大的功能，其中包括圖形的處理功能、符號的計算功能、計算結(jié)果的簡潔可觀性功能等。MATLAB軟件可以對多個復(fù)雜抽象的計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為簡易的動態(tài)圖或是比率圖，保證學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程當(dāng)中更容易理解和掌握學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。另一方面，目前對在校大學(xué)生都開設(shè)相關(guān)的計算機(jī)課程，例如C語言等，這些相關(guān)的計算機(jī)課程都為學(xué)生學(xué)習(xí)MATLAB軟件奠定了基礎(chǔ)。總之，MATLAB軟件與系統(tǒng)教學(xué)的有效結(jié)合，對教師而言，有效地傳授有關(guān)知識的同時，也促使課堂內(nèi)容的簡易化和高效率化，而對學(xué)生來說，既避免了推導(dǎo)復(fù)雜的計算公式，又鍛煉了學(xué)生使用軟件解決實(shí)際問題的能力。

二、MATLAB在信號與系統(tǒng)教學(xué)的實(shí)際應(yīng)用

在信號與系統(tǒng)教學(xué)中，主要是對信號與系統(tǒng)的分析進(jìn)行教學(xué)，所以，在信號與系統(tǒng)教學(xué)中合理地應(yīng)用MATLAB軟件是必要的，也是至關(guān)重要的。使用MATLAB軟件可以把較復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為較易懂的圖像，其中的計算分析方法包括信號的運(yùn)算和對信號頻譜的分析。在信號的運(yùn)算方式中，卷積是最重要的學(xué)習(xí)分析內(nèi)容，但由于這部分內(nèi)容需要學(xué)習(xí)許多復(fù)雜的計算推導(dǎo)，如果教師只是利用講授和在黑板上手工描寫的教學(xué)方式，學(xué)生是難以理解的。而利用MATLAB軟件可以更好地利用相關(guān)的公式進(jìn)行編輯和分析，與此同時，學(xué)生也可以利用MATLAB軟件對計算結(jié)果的監(jiān)測并對結(jié)果的分析，促使學(xué)生更加形象地認(rèn)識信號的分析和處理。信號頻譜的分析，在信號分析處理中占據(jù)了關(guān)鍵的地位，但信號頻譜的計算是相對復(fù)雜的，而授課的時候，教師可以利用MATLAB軟件對信號的頻譜進(jìn)行形象的分析，有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中利用仿真軟件進(jìn)行計算結(jié)果的監(jiān)測和驗證，并促使學(xué)生更加形象地理解信號的頻譜周期運(yùn)行規(guī)律和現(xiàn)象。

三、MATLAB軟件在信號與系統(tǒng)實(shí)驗教學(xué)的有效應(yīng)用

（一）信號與系統(tǒng)實(shí)驗教學(xué)的現(xiàn)狀

在信號與系統(tǒng)教學(xué)過程中，學(xué)生對概念的理解是難點(diǎn)，所以說，信號與系統(tǒng)的實(shí)驗教學(xué)是相當(dāng)有必要的，有助于理論與實(shí)踐相結(jié)合。而隨著現(xiàn)代化媒體的迅速發(fā)展，單一的實(shí)驗課程已經(jīng)不能滿足于學(xué)生需求，以至于學(xué)生對于實(shí)驗課有厭學(xué)心理，從教師方面而言，實(shí)驗課程的課時安排較少，導(dǎo)致授課的效果不佳。而近幾年來的教育改革與實(shí)踐，更是提倡教師使用實(shí)驗硬件與媒體的有效結(jié)合，例如MATLAB仿真軟件與實(shí)驗硬件的有效結(jié)合，MATLAB仿真軟件在很大程度上可以更形象地分析信號，并使學(xué)生更好地理解系統(tǒng)的概念。

（二）硬軟件相結(jié)合與傳統(tǒng)實(shí)驗教學(xué)相比所具有的優(yōu)勢

硬軟件相結(jié)合的實(shí)驗教學(xué)方式與傳統(tǒng)單一的實(shí)驗教學(xué)方式相比較，具有明顯的教學(xué)優(yōu)勢，其中包括三個方面：第一，從軟件和硬件特點(diǎn)上來說，在實(shí)驗教學(xué)過程中，一些較難實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗教學(xué)，例如研究一些價格較高，實(shí)驗面積較大的現(xiàn)象及其規(guī)律實(shí)驗，可以適當(dāng)?shù)厥褂肕ATLAB仿真軟件進(jìn)行分析和處理。第二，軟硬件相結(jié)合的教學(xué)，可以有效提高學(xué)生的不同能力，其中的硬件教學(xué)可以幫助學(xué)生熟練掌握實(shí)驗儀器的使用和動手測量的方法，促使學(xué)生的動手能力得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，而軟件教程可以提高學(xué)生對結(jié)果參數(shù)的仿真模擬，提高學(xué)生對軟件的編輯和使用。第三，通過硬軟件的有效結(jié)合，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)主動性，也促使了課堂的活躍性和趣味性。

四、理論系統(tǒng)改革

由于信號與系統(tǒng)課程的特殊性，教師若一直采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，很難讓學(xué)生更好地掌握這一門課程?，F(xiàn)代化教學(xué)需要不斷將傳統(tǒng)的“黑板式”教學(xué)和多媒體教學(xué)相結(jié)合，并運(yùn)用新的教學(xué)方式，讓學(xué)生能夠更加高效地掌握信號與系統(tǒng)的理論與實(shí)踐知識。在教學(xué)過程中，需要教師將多媒體教學(xué)運(yùn)用到進(jìn)信號與系統(tǒng)的教學(xué)中，充分理解理論知識和實(shí)際操作間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的實(shí)踐操作能力，讓學(xué)生在實(shí)際的操作過程中更加明確理論知識和公式的實(shí)際運(yùn)用。

五、教學(xué)方式改革

在新時代教學(xué)要求的改革下，對信號與系統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改革是為了能讓這一學(xué)科能更好地被學(xué)生理解和應(yīng)用，使學(xué)生們更充分地了解信號與系統(tǒng)在電子業(yè)發(fā)展的過程中所具有的重要作用，并為日后的工作和學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

（一）實(shí)行多種教學(xué)模式相結(jié)合

在教學(xué)過程中，教師需要不斷將新的教學(xué)方式運(yùn)用進(jìn)信號與系統(tǒng)教學(xué)模式中，并且在施教的過程中可以改變傳統(tǒng)的教師講、學(xué)生被動接收的現(xiàn)象，在課堂中采用提問、互動、談話及檢查等方式了解學(xué)生對知識的吸收情況，保證在教學(xué)過程中能讓學(xué)生跟著教師的引導(dǎo)進(jìn)行學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在課堂上不僅能收獲到知識，還能培養(yǎng)出良好的學(xué)習(xí)能力。要注意合理地運(yùn)用多媒體教學(xué)方式。教師在開始上課之前，準(zhǔn)備好適當(dāng)?shù)恼n件，在教學(xué)過程中帶領(lǐng)著學(xué)生跟著教師的思路一起進(jìn)行分析和驗算，能讓學(xué)生在自己動手的過程中加深對理論知識的了解。

（二）合理運(yùn)用作業(yè)

在我國長期形成的教學(xué)模式中，課后作業(yè)一直是一種能夠有效檢測學(xué)生學(xué)習(xí)程度的手段。在進(jìn)行信號與系統(tǒng)教學(xué)的學(xué)科教學(xué)中，合理地安排適當(dāng)?shù)恼n后作業(yè)也是能夠讓教師有效掌握學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中有哪些難點(diǎn)與不足。通過學(xué)生的課后作業(yè)完成程度來及時地進(jìn)行集體或者單獨(dú)性的講解，讓學(xué)生都能夠?qū)γ抗?jié)課的知識進(jìn)行完全的吸收和消化，從而能保證教學(xué)質(zhì)量。

（三）排除學(xué)生學(xué)習(xí)的畏難及抵觸情緒

由于信號與系統(tǒng)這門學(xué)科的特殊性和重要性，需要在這門課程中掌握較多的知識，并不斷加強(qiáng)學(xué)生自身的知識面。這就會讓一些基礎(chǔ)較為薄弱、知識面涉及不廣的學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，對學(xué)好這門學(xué)科產(chǎn)生不自信的心理。信號與系統(tǒng)這一學(xué)科在進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中有著較多并且極為復(fù)雜的公式，若是不能對這些公式有著充分的理解，那么對學(xué)生來說，準(zhǔn)確記憶和運(yùn)用也是非常困難的。在這種狀況下，就需要不斷對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行改變和創(chuàng)新。教師需要在教學(xué)的過程中引用較為簡單易懂的實(shí)例，做到由易到難，通俗易懂，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐漸提升興趣。在進(jìn)行章節(jié)復(fù)習(xí)的過程中，需要教師對難點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，化繁為簡，讓繁瑣復(fù)雜的課程變得通俗易懂，讓學(xué)生能更好地了解和明確教學(xué)內(nèi)容。

（四）將實(shí)踐和理論相結(jié)合

信號與系統(tǒng)這一學(xué)科中所設(shè)計的知識面較廣，理論性知識較多，在教學(xué)過程中，很多理論知識需要不斷地與實(shí)際實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中明確理論在實(shí)際操作中的作用。幫助學(xué)生能自主地進(jìn)行一些科學(xué)的實(shí)踐活動，例如在講授一些較為難懂的知識時，將有關(guān)的理論結(jié)合起來，放在一起統(tǒng)一講解，在理論知識基礎(chǔ)打好之后，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行必要的實(shí)際操作，讓學(xué)生能在實(shí)踐中夯實(shí)理論知識。

六、結(jié)語

在我國教育事業(yè)不斷發(fā)展和完善的現(xiàn)今社會，需要不斷地對所有的科目進(jìn)行系統(tǒng)性的改革，關(guān)于信號與系統(tǒng)這一學(xué)科的改革更是極有必要的。在不斷發(fā)展的過程中，信號與系統(tǒng)在現(xiàn)代電子化教學(xué)中的地位逐漸提高，這就從根本上要求教師和教育體系在不斷發(fā)展的過程改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，積極為電子教育發(fā)展提供基礎(chǔ)，樹立起新的教學(xué)理念，將培養(yǎng)全方面發(fā)展的人才作為最終的教育目標(biāo)。

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