《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)改革的探索

徐春雨，王豫峰，郭常盈，徐國(guó)清

（1.南陽理工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，南陽473000；2.南陽理工學(xué)院軟件學(xué)院，南陽　473000）

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)改革的探索

徐春雨1，王豫峰2，郭常盈1，徐國(guó)清1

（1.南陽理工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，南陽473000；2.南陽理工學(xué)院軟件學(xué)院，南陽473000）

河南省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目（No.142102210552）、南陽理工學(xué)院2011年度校級(jí)精品課程建設(shè)項(xiàng)目（No.NIT2011JPKC03）、南陽理工學(xué)院2014年度本科課程考核方式改革專項(xiàng)研究項(xiàng)目（No.NIT2014BKKH-01）

0　引言

《信號(hào)與系統(tǒng)》是通信工程本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。是在學(xué)習(xí)電路分析、復(fù)變函數(shù)等課程的基礎(chǔ)上，深入學(xué)習(xí)通信領(lǐng)域的重要課程，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。目前，國(guó)內(nèi)許多高校都將它作為相關(guān)專業(yè)的研究生入學(xué)考試課程。信號(hào)與系統(tǒng)是多個(gè)學(xué)科的交叉點(diǎn)，它在整個(gè)通信系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程中起到了承上啟下的作用，不僅聯(lián)系了電路基礎(chǔ)，更加關(guān)系到通信原理和數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)習(xí)，所以該課程對(duì)通信專業(yè)的人才培養(yǎng)至關(guān)重要。同時(shí)本門課程理論性很強(qiáng)，要求扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底，許多學(xué)生學(xué)起來很困惑，特別是我院的部分學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，分析問題能力一般。針對(duì)這種情況，作為本課程的任職教師，我們對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行了改進(jìn)，盡量減少煩瑣的公式推導(dǎo)，以豐富的生活實(shí)例，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不僅使課堂氣氛更加活躍，而且使學(xué)生更加注重物理規(guī)律，教學(xué)效果也有了很大改善。

1　《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)改革的必要性

1.1解決教學(xué)內(nèi)容多與授課時(shí)少矛盾的需要

由于國(guó)家高等學(xué)校本科教育改革的不斷推進(jìn)，按照我校應(yīng)用型本科的實(shí)際，本科生不僅所學(xué)的課程數(shù)目增加，而且用于專業(yè)教學(xué)的學(xué)時(shí)比例也減少了，使得本課程理論教學(xué)的學(xué)時(shí)數(shù)由原來的80學(xué)時(shí)降到52學(xué)時(shí)。而我?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》這門課程長(zhǎng)期采用傳統(tǒng)的黑板式教學(xué)，本課程中含有大量公式，在黑板上進(jìn)行公式推導(dǎo)學(xué)生易于接受，但是需要大量的時(shí)間。隨著學(xué)時(shí)的減少，內(nèi)容多，學(xué)時(shí)少的矛盾就更加突顯出來。因此，迫切需要對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)方式改革，解決這一問題。

1.2解決課程理論性強(qiáng)，學(xué)生知識(shí)理解不透徹的需要

本課程以高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)及電路分析等為基礎(chǔ)，課程理論性較強(qiáng)，學(xué)生將大量的時(shí)間和精力花在繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算上，并未理解公式的真正的物理意義以及其結(jié)果在信號(hào)處理過程中的實(shí)際意義，又加上課程中多數(shù)應(yīng)用性內(nèi)容不可以實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)、調(diào)試、分析，于是許多學(xué)生片面的認(rèn)為《信號(hào)與系統(tǒng)》課程就是在做數(shù)學(xué)推演。因此，亟需對(duì)本課程進(jìn)行教學(xué)方式改革，以期重新確立本課程真正的內(nèi)涵。

1.3解決理論教學(xué)弊端，提升學(xué)生工程實(shí)踐與分析能力的需要

本課程已有非常完備的理論體系，傳統(tǒng)的粉筆加黑板的教學(xué)手式，更加偏重理論教學(xué)，學(xué)生的工程實(shí)踐能力和分析解決實(shí)際問題的能力欠缺。而實(shí)際上，作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它與工程應(yīng)用有著極其密切的聯(lián)系，在我們的生活周圍就存在著大量的工程案例。如何將授課的理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的分析、運(yùn)用能力，也是本課程教學(xué)方式改革面臨的任務(wù)。

2　轉(zhuǎn)變教學(xué)理念

時(shí)代在發(fā)展，社會(huì)在進(jìn)步，我們的教學(xué)也要與時(shí)俱進(jìn)。傳統(tǒng)的以教師為中心、我教你學(xué)的“填鴨式”教學(xué)很容易挫傷學(xué)生的積極性，已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)今的教學(xué)。因此，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變自己的教學(xué)理念角色，確立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。教師應(yīng)成為引導(dǎo)者、啟發(fā)者、輔導(dǎo)者、激勵(lì)者，給學(xué)生以信心，讓學(xué)生自主探索，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”。教師最需要做得就是告訴學(xué)生學(xué)什么、怎么學(xué)，并幫助學(xué)生解決通過自身努力而未能解決的問題。

首先，上好緒論課，讓學(xué)生在第一堂課的時(shí)候就愛上這門課?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》緒論課中應(yīng)講授信號(hào)與系統(tǒng)的定義、分類及特性，信號(hào)與系統(tǒng)的相互關(guān)系，以及信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法概述。在講述的過程中，教師要結(jié)合生活中的實(shí)例，用以說明這門課程的所學(xué)與我們生活的息息相關(guān)，并且讓學(xué)生明白為什么要學(xué)這門課程。例如我們上課的鈴聲是一種信號(hào)，這個(gè)信號(hào)向我們表達(dá)的意思是“上課的時(shí)間到了！”還有我們的交通信號(hào)燈，也是一種信號(hào)，紅燈代表停，綠燈代表通行，黃燈代表暫停。而教師需要把生活化的實(shí)例提煉到理論的層次，引發(fā)學(xué)生的思考，越是接近生活的實(shí)例越能夠激發(fā)學(xué)生的積極思考。

其次，不光緒論課上需要實(shí)例，后續(xù)的課上應(yīng)加入更多實(shí)例，以不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一堂成功的緒論課，可以使學(xué)生在最開始的幾周內(nèi)時(shí)間對(duì)這門課保持濃厚的興趣，之后枯燥單調(diào)的理論知識(shí)、繁瑣冗長(zhǎng)的公式推導(dǎo)、艱澀難懂的實(shí)驗(yàn)原理會(huì)把學(xué)生的熱情逐漸耗盡。因此，教師應(yīng)該在每節(jié)課都補(bǔ)充新鮮貼近生活的例子來活躍氣氛。而生活中和信號(hào)與系統(tǒng)有關(guān)的實(shí)例有很多，且很有趣。例如在描述系統(tǒng)這一節(jié)補(bǔ)充彈簧這個(gè)物理系統(tǒng)的例子，因?yàn)橥瑢W(xué)們?cè)诟咧械臅r(shí)候?qū)ξ锢碇械膹椓ο到y(tǒng)都很熟悉，這個(gè)例子很易于接受；在講述離散系統(tǒng)時(shí)補(bǔ)充聲音信號(hào)提取的例子和電視信號(hào)衛(wèi)星傳輸?shù)睦拥?。不僅擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，也使他們更好的理解了信號(hào)與系統(tǒng)的基本原理和基本方法，使學(xué)生能夠快樂學(xué)習(xí)。

再次，做好每章和每節(jié)課的引導(dǎo)和總結(jié)?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》這門課，常有學(xué)生反映：上課聽的懂，但習(xí)題不會(huì)做；公式很多很雜，看到題目無處著手。這不僅說明本門課理論性強(qiáng)，也提醒教師應(yīng)增加實(shí)例講解。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)著重講授一個(gè)例題，并且給出詳細(xì)的解題思路和步驟從而加深學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解。同時(shí)，教師應(yīng)該注意總結(jié)，幫學(xué)生把知識(shí)點(diǎn)串起來。例如講完卷積，就應(yīng)該總結(jié)出求解卷積有三種基本方法：（1）基本公式法；（2）畫圖法；（3）利用卷積的性質(zhì)求解。同時(shí)還應(yīng)該讓學(xué)生明白三種方法分別用在什么樣的題目效果會(huì)好，計(jì)算速度會(huì)快。

3　教學(xué)方式的改革

3.1結(jié)合“慕課”、“微客”等新型教學(xué)方式

目前，手機(jī)和電腦基本上學(xué)生都有，“幕課”和“微課”等新型教學(xué)方式也紛紛引入課堂，對(duì)于信號(hào)與系統(tǒng)課程也是一樣的。平時(shí)的面對(duì)面講課，由于受到時(shí)間、地點(diǎn)、課時(shí)量等因素的影響，也許并不能滿足每一位同學(xué)的要求。所以我們?cè)诰氛n程平臺(tái)上建立“幕課”，學(xué)生對(duì)于上課時(shí)沒有聽懂或者是沒有認(rèn)真聽的部分可以上網(wǎng)繼續(xù)學(xué)習(xí)。這就給了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間，也為想學(xué)習(xí)的學(xué)生提供了平臺(tái)。同時(shí)，對(duì)于難點(diǎn)課后系統(tǒng)和例題，精品課程平臺(tái)上有對(duì)應(yīng)的“微課”。這一教學(xué)形式的剛剛建立，還在完善中，但是學(xué)生的反映還不錯(cuò)，尤其是互動(dòng)平臺(tái)上，有不少學(xué)生的留言，這一新的方式也更加受到90后學(xué)生的喜愛。

3.2分層次教學(xué)，給每個(gè)學(xué)生想要的

俗話說：“龍有九子，各個(gè)不同。”每一個(gè)學(xué)生的知識(shí)積累不同，學(xué)習(xí)程度不同，對(duì)課堂所汲取的知識(shí)要求也不盡相同，所以在教學(xué)過程中，應(yīng)該注意分層次教學(xué)。同一個(gè)班級(jí)的學(xué)生一般可以分為三個(gè)層次：基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、理解能力強(qiáng)、準(zhǔn)備考研究生的學(xué)生；準(zhǔn)備直接走上工作崗位的學(xué)生（占大部分）；基礎(chǔ)相對(duì)較差的學(xué)生。在課堂教學(xué)的過程中，要以第二層次的學(xué)生為主要對(duì)象，并且重點(diǎn)突出與實(shí)踐相結(jié)合的部分，讓我們的課程對(duì)學(xué)生走入工作崗位有更大的幫助；而對(duì)于第一層次的學(xué)生可以通過“幕課”的方式和提供參考資料的方式為學(xué)生提供進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)的平臺(tái)，讓學(xué)生在課后想自己提高理論知識(shí)的時(shí)候少走彎路，方向明確；對(duì)于第三層次的學(xué)生主要是幫助他們?cè)O(shè)法掌握本課程的基本要求，并努力通過本課程考試。而且在留課后作業(yè)的時(shí)候也要分層次進(jìn)行布置，同時(shí)在講課過程中要明確哪些內(nèi)容對(duì)應(yīng)哪些層次的學(xué)生必須掌握或了解。

3.3充分利用比較法教學(xué)，讓學(xué)習(xí)變簡(jiǎn)單

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容逐步推進(jìn)、相輔相成。整個(gè)內(nèi)容體系將連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)對(duì)比進(jìn)行研究，按照先連續(xù)后離散的順序進(jìn)行討論；并按時(shí)域、頻域、s域、z域的順序的次序劃分章節(jié)，不僅強(qiáng)調(diào)連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的共性，同時(shí)也突出了它們各自的特點(diǎn)。所以在《信號(hào)與系統(tǒng)》的教學(xué)過程中比較法是最常用、最好用、最重要的教學(xué)方法。通過比較前后相關(guān)和相似的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)并分辨兩者的異同點(diǎn)，讓學(xué)習(xí)變得更簡(jiǎn)單、更容易。如第二章連續(xù)系統(tǒng)的卷積和第三章離散系統(tǒng)的卷積和放在一起進(jìn)行比較講解。學(xué)生在學(xué)習(xí)了第二章卷積的內(nèi)容后，比較著學(xué)習(xí)卷積和的內(nèi)容，就會(huì)起到事半功倍的效果。還有傅氏變換與拉氏變換的比較；傅氏變換與z變換的比較等。在講授信號(hào)與系統(tǒng)課程的全過程中可以說是“比較法教學(xué)”無處不在。學(xué)生掌握了本門課程的這個(gè)特點(diǎn)，學(xué)習(xí)起來也會(huì)感覺干勁十足，信心百倍。

3.4反轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生成為課堂真正的“主人”

我們一直都在說課堂要以學(xué)生為“主體”，可是更多的時(shí)間都是教師將知識(shí)灌輸?shù)綄W(xué)生的腦子中，學(xué)生從未成為過課堂的“主人”。A．V．Oppenheim曾說過“有些課程只是讓學(xué)生不斷地點(diǎn)頭(nodding，nodding，…)，而我們的講課是讓學(xué)生不斷地思考(thinking，thinking，…)”［4］。如何成為課堂的“主人”？以前，每堂課的前5分鐘教師都安排的是上次課內(nèi)容的回顧，現(xiàn)在我們嘗試著讓學(xué)生去做課堂小老師，完成著5分鐘的知識(shí)回顧，不完整的地方由教師補(bǔ)充。這做法不僅讓上講臺(tái)的學(xué)生更好地把握了課堂所學(xué)知識(shí)，聽講的學(xué)生也因?yàn)樾迈r感而更加愿意去配合。另外，習(xí)題課的時(shí)候也是由學(xué)生將自己的做法講述出來，教師和其他同學(xué)共同聽，一起探討做題的方法。這樣的做法讓學(xué)生在課堂上更加積極，更加占據(jù)主動(dòng)地位，也沒有人再敢偷懶了（因?yàn)橹v題的同學(xué)是隨機(jī)抽的，每個(gè)人都有可能是小老師），課堂氣氛也更加活躍了。

3.5將MATLAB引入到教學(xué)中，讓知識(shí)變的立體

《信號(hào)與系統(tǒng)》這門課程中含有大量的公式的推導(dǎo)和許多繁瑣的計(jì)算，內(nèi)容也比較抽象，學(xué)生不容易理解掌握。我們嘗試將仿真軟件MATLAB引入到課堂教學(xué)中來，利用MATLAB的仿真功能，把計(jì)算結(jié)果用圖的方式立體直觀的顯示出來，不僅解決了教師授課的難題，也使得學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的理解更加深刻。同時(shí)也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生從繁瑣的手工計(jì)算中解脫出來，把重點(diǎn)放在對(duì)基本概念、原理和計(jì)算方法的理解上，收到了良好的教學(xué)效果。例如傅里葉變換的過程，計(jì)算起來很復(fù)雜，學(xué)生也不好理解，利用MATLAB很輕松就可以把圖畫出來 （如圖1是門函數(shù)的傅里葉變換），直觀形象的圖形讓學(xué)生加深了理解，也提高了學(xué)習(xí)興趣。

圖1　門函數(shù)的傅里葉變換

3.6隨堂考試改變考核格局，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力

在原本《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的考核中，期末考試的成績(jī)占70%的比重，所以有很多學(xué)生忽視了平時(shí)的學(xué)習(xí)，而是在考試之前的一周進(jìn)行突擊學(xué)習(xí)，為了應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)，導(dǎo)致了基礎(chǔ)理論不扎實(shí)，根基很差，在后續(xù)的課程學(xué)習(xí)中就會(huì)暴露出問題。而我們現(xiàn)在嘗試著分出30%的期末比重，放到平時(shí)的章節(jié)隨堂測(cè)試中。這就變相的督促學(xué)生要把功夫下在平時(shí)，基礎(chǔ)知識(shí)扎牢了，也不用考前熬夜突擊了，很大程度上激發(fā)了學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性，也給后續(xù)課程的學(xué)習(xí)帶來便利。

4　結(jié)語

《信號(hào)與系統(tǒng)》是通信工程專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程教學(xué)中環(huán)節(jié)中起著承上啟下的重要作用，其教學(xué)質(zhì)量的高低直接關(guān)系到學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)。鑒于此，本文從教學(xué)理念和教學(xué)方法兩方面對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了相關(guān)的研究和探討，本文中提到的若干教學(xué)方法已經(jīng)在實(shí)際教學(xué)中經(jīng)過了檢驗(yàn)，初步取得較好的教學(xué)效果，還在不斷的改進(jìn)和完善中。其中最大的收獲，便是學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)變得更加主動(dòng)，不在是單純地依賴教師的講授，而是充分發(fā)揮自己的想象力，全方位、立體化的學(xué)習(xí)。

[1]何繼愛.《信號(hào)與系統(tǒng)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].高等立刻教育，2007-02-28.

[2]謝啟,陳飛,朱培逸.信號(hào)與系統(tǒng)分析課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育.2014-01-10.

[3]金韋利.信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)改革的研究[J].科技信息，2011-01-15.

[4]王文淵.信號(hào)與系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[5]張利紅,陳伯俊.高校信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)改革探討[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2009-12-25.

[6]徐春雨,王豫峰,郭常盈,徐國(guó)清.《電波理論與天線》課程教學(xué)改革的探索.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2015-07.

MOOC;Micro Lesson;Flip the Classroom

Exploration of the Teaching Reformation of Signal and System Course

XU Chun-yu1，WANG Yu-feng2，GUO Chang-ying1，XU Guo-qing1
（1.College of Computer and Information Engineering,Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000；2.School of Software,Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000）

徐春雨（1983-），女，河北蔚人，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)橥ㄐ排c嵌入式系統(tǒng)

王豫峰（1982-），男，山東平度人，博士研究生，講師，研究方向?yàn)橹悄苡?jì)算

郭常盈 （1977-），女，河南南陽人，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)楣馔ㄐ偶夹g(shù)

徐國(guó)清（1986-），男，河南商丘人，博士研究生，講師，研究方向?yàn)閳D像處理

2015-11-17

2015-12-26

以南陽理工學(xué)院通信工程專業(yè)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的教學(xué)改革為藍(lán)本，通過改革的必要性、教學(xué)理念和教學(xué)方法三大方面闡述該課程的教學(xué)改革。詳細(xì)介紹分層次教學(xué)、比較法教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等若干種教學(xué)方法，并重點(diǎn)介紹了“幕課”、“微課”等新型教學(xué)方式在《信號(hào)與系統(tǒng)》教學(xué)改革中的的嘗試。

幕課；微課；翻轉(zhuǎn)課堂

Takes the teaching reformation of Signal and System course in Nanyang Institute of Technology as an example,expatiates the reformation necessity,the teaching idea and teaching method.Introduces several kinds of teaching methods such as the hierarchical teaching,the comparison,the flip the classroom and so on,introduces the MOOC,micro lesson and other new teaching methods in the teaching reformation of Signal and System.