“信號與系統(tǒng)”課程小班互動(dòng)式教學(xué)實(shí)踐的探索

歐靜蘭，吳皓威，印 勇，朱冰蓮

（重慶大學(xué)a.通信工程學(xué)院 國家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；b.通信與測控中心，重慶 南岸區(qū) 400044）

“信號與系統(tǒng)”課程小班互動(dòng)式教學(xué)實(shí)踐的探索

歐靜蘭a，吳皓威b，印 勇a，朱冰蓮a

（重慶大學(xué)a.通信工程學(xué)院 國家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；b.通信與測控中心，重慶 南岸區(qū) 400044）

針對高校通信和電子信息類專業(yè)的核心課程“信號與系統(tǒng)”的特點(diǎn)，該文引入互動(dòng)式教學(xué)法，介紹了互動(dòng)式教學(xué)法的概念和主要優(yōu)勢，分析了“信號與系統(tǒng)”課程在當(dāng)前教學(xué)中存在的主要問題，提出了互動(dòng)式教學(xué)法在“信號與系統(tǒng)”小班課程中的實(shí)施思路。實(shí)踐表明，互動(dòng)式教學(xué)能夠很好地解決“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)中的難點(diǎn)問題，顯著提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

信號與系統(tǒng)；互動(dòng)式教學(xué)；小班教學(xué)；通信和電子信息類

信號與系統(tǒng)是高校通信和電子信息類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，其中的概念和分析方法廣泛應(yīng)用于通信、自動(dòng)控制、信號與信息處理、電路與系統(tǒng)等領(lǐng)域。對于通信和電子信息類專業(yè)的本科生來說，信號與系統(tǒng)課程無論對他們今后就業(yè)，還是進(jìn)一步考研深造，都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義［1］。

為了提高信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量，國內(nèi)通信和電子信息類專業(yè)的學(xué)者針對信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)手段、教學(xué)方法和教學(xué)模式開展了深入研究，取得了許多有價(jià)值的研究成果［1－3］。綜合國內(nèi)外高校對課程教學(xué)模式的探討和研究成果，互動(dòng)式教學(xué)為業(yè)內(nèi)所推崇和提倡，國內(nèi)已經(jīng)嘗試在高校思想政治課程、英語課程和一些專業(yè)課程中應(yīng)用［4－10］。

本文根據(jù)信號與系統(tǒng)課程的特點(diǎn)，將互動(dòng)式教學(xué)法引入到該課程的小班教學(xué)中。首先介紹了互動(dòng)式教學(xué)法的概念和主要優(yōu)勢，分析了信號與系統(tǒng)課程當(dāng)前教學(xué)中存在的主要問題，提出了互動(dòng)式教學(xué)法在信號與系統(tǒng)課程中的實(shí)施思路。實(shí)踐證明，互動(dòng)式教學(xué)能夠很好地解決信號與系統(tǒng)課程教學(xué)中的難點(diǎn)問題，顯著提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果?；?dòng)式教學(xué)不僅對信號與系統(tǒng)的教學(xué)具有積極的推動(dòng)作用，而且對通信和電子信息類其他專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)改革也具有借鑒意義和參考價(jià)值。

1 互動(dòng)式教學(xué)法

互動(dòng)式教學(xué)的定義是將教學(xué)雙方置于多邊互動(dòng)的教學(xué)環(huán)境之中，使其在進(jìn)行平等交流探討的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)不同觀點(diǎn)之間的碰撞交融，從而有效地激發(fā)教學(xué)雙方的主動(dòng)性和探索性，達(dá)到提升學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和教師教學(xué)質(zhì)量的一種有效的教學(xué)方式［4］。

互動(dòng)式教學(xué)法相對于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，其主要優(yōu)勢在于教學(xué)中的“溝通”與“對話”，遵循教學(xué)相長。首先，教學(xué)方式上，傳統(tǒng)教學(xué)往往以教師講授為主，側(cè)重知識的灌輸，講授式教學(xué)在課堂教學(xué)中所占的比例大，而互動(dòng)式教學(xué)更強(qiáng)調(diào)師生交流，通過師生間的交流，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)；其次，師生關(guān)系上，傳統(tǒng)教學(xué)為單純的師生關(guān)系或教學(xué)關(guān)系，而互動(dòng)式教學(xué)中師生之間則是一種多向的、互動(dòng)的關(guān)系，也就是說，互動(dòng)式教學(xué)至少有角色互換、角色互助等關(guān)系［4］。

2 課程特點(diǎn)及存在問題

2.1 “信號與系統(tǒng)”課程特點(diǎn)

2.1.1 在教學(xué)環(huán)節(jié)中承上啟下

信號與系統(tǒng)作為通信和電子信息類專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，目前國內(nèi)許多高校都將該課程作為相關(guān)專業(yè)的研究生入學(xué)考試課程。信號與系統(tǒng)以高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)及電路原理等課程為基礎(chǔ)，是后繼的數(shù)字信號處理、通信原理、現(xiàn)代信號處理、自動(dòng)控制原理等專業(yè)基礎(chǔ)課的先修課程，在教學(xué)環(huán)節(jié)中起著承上啟下的作用。

2.1.2 教學(xué)內(nèi)容繁雜

信號與系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容豐富、知識點(diǎn)眾多、涉及面廣，其課程內(nèi)容與數(shù)學(xué)知識和物理概念聯(lián)系極其緊密，是通信和電子信息類專業(yè)本科教學(xué)中所公認(rèn)的難課。

2.1.3 與實(shí)踐聯(lián)系緊密

信號與系統(tǒng)是一門理論性很強(qiáng)的課程，同時(shí)，其知識點(diǎn)在實(shí)際工程中的應(yīng)用又非常廣泛，因此，對該課程的學(xué)習(xí)是與實(shí)踐分不開的。在授課時(shí)，需將書本上的理論知識和實(shí)踐緊密結(jié)合，方能取得良好的教學(xué)效果。

2.2 存在的主要問題

2.2.1 教學(xué)模式單一

信號與系統(tǒng)課程授課內(nèi)容多，由于普遍存在課時(shí)少且班級規(guī)模大等問題，目前常采用的還是填鴨式教育方式，課堂氣氛不活躍，啟發(fā)和討論較少，學(xué)生學(xué)習(xí)處于被動(dòng)接受狀態(tài)，缺乏主動(dòng)性和積極性，課堂教學(xué)效果差。

2.2.2 課程考核方法單一

該課程的考核一般采用“期末考試＋平時(shí)作業(yè)＋出勤”的成績評定方式，考核方法單一，缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的控制和評價(jià)，也無法實(shí)現(xiàn)對學(xué)生綜合能力素質(zhì)的全面考核，導(dǎo)致學(xué)生知識學(xué)習(xí)與能力素質(zhì)發(fā)展不協(xié)調(diào)。

2.2.3 與實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重

信號與系統(tǒng)是一門理論和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，但由于各種條件的限制，學(xué)生缺少機(jī)會在實(shí)際的工程實(shí)踐中應(yīng)用相應(yīng)的理論知識來解決實(shí)際問題，難以形成全面的、系統(tǒng)的知識體系。

3 互動(dòng)式教學(xué)法在信號與系統(tǒng)課程中的實(shí)施思路

3.1 課堂教學(xué)

3.1.1 小班教學(xué)

小班教學(xué)在發(fā)達(dá)國家教育各階段已經(jīng)普遍實(shí)行，它是全世界頂尖大學(xué)保證本科教育質(zhì)量的核心手段，越是重視本科教育的大學(xué)越強(qiáng)調(diào)小班教學(xué)的重要性。在芝加哥大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)的核心課程中，小班教學(xué)的比例甚至達(dá)到了70。許多國家甚至在教育法中規(guī)定每班學(xué)生人數(shù)在15～25人之間。小班教學(xué)可以有效地克服傳統(tǒng)大班教學(xué)中由于學(xué)生人數(shù)多而產(chǎn)生的課堂秩序差、學(xué)生參與度低、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)弱等問題［11］。近年來，我國的一些大中城市也開始了小班教學(xué)的嘗試。重慶大學(xué)通信工程學(xué)院從本科二年級開始就開設(shè)了電子特色實(shí)驗(yàn)班，該班人數(shù)在30人以內(nèi)，對小班教學(xué)進(jìn)行試點(diǎn)。筆者作為通信工程學(xué)院的教師，也在弘深學(xué)院任教，弘深學(xué)院采用多元化的人才培養(yǎng)模式，每個(gè)專業(yè)班級都是小班教學(xué)，以促進(jìn)學(xué)生知識、能力和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展。筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，小班化的教學(xué)班級中，其學(xué)生的思維活躍度與積極性都明顯優(yōu)于規(guī)模較大的班級。由于通信和電子信息類課程更強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，要求以實(shí)踐環(huán)節(jié)輔助課堂知識的理解，因此需要老師給予更多的實(shí)踐去啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從而提高動(dòng)手能力和解決問題的能力，促進(jìn)理論與實(shí)踐的結(jié)合。

3.1.2 信號與系統(tǒng)教學(xué)大綱和教案的優(yōu)化

在教學(xué)大綱方面，由于傳統(tǒng)的教學(xué)大綱缺乏體現(xiàn)教師的個(gè)性教學(xué)理念和經(jīng)驗(yàn)，而且教學(xué)大綱一旦制定便承襲使用，缺乏積極動(dòng)態(tài)的改進(jìn)，因此，我們借鑒和引入互動(dòng)式教學(xué)大綱的設(shè)計(jì)［12］，將教學(xué)大綱引入課堂，使其成為教師和學(xué)生溝通的媒介，即授課教師根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的教學(xué)大綱，在開學(xué)第一節(jié)課宣講教學(xué)大綱，并在課堂對其進(jìn)行互動(dòng)討論和解釋，使學(xué)生了解課程的內(nèi)容，明確約定的學(xué)習(xí)任務(wù)。

在教案方面，需要結(jié)合工程實(shí)踐問題，編寫新的教案。利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，把枯燥的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識以多媒體形式呈現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生能看到圖文并茂、重點(diǎn)突出的多媒體演示文稿；同時(shí)，由于信號與系統(tǒng)課程理論推導(dǎo)較多，不能過分依賴多媒體技術(shù)，而應(yīng)該結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方式，以教學(xué)內(nèi)容的具體特點(diǎn)為導(dǎo)向，在一些計(jì)算或公式推導(dǎo)處，則可選擇板書等形式，使其步驟及思路一目了然，易于學(xué)生理解。

3.1.3 案例討論

案例討論需要教與學(xué)雙方直接參與，共同對問題或疑難情景進(jìn)行研究。在信號與系統(tǒng)教學(xué)中，我們設(shè)計(jì)了與課時(shí)主線配合較好的典型案例，例如，為了掌握信號的特性和運(yùn)算，加深對信號時(shí)域分析基本原理和方法的理解，我們進(jìn)行了“信號的時(shí)域分析”專題研討；為了建立工程應(yīng)用中有效帶寬的概念，了解有限次諧波合成信號以及吉布斯現(xiàn)象，加深對信號頻域分析基本原理和方法的理解，在學(xué)習(xí)完傅里葉變換的理論知識后，我們進(jìn)行了“信號的頻域分析”專題研討。除此之外，我們還組織了其他主題的討論課，如傅里葉變換性質(zhì)及其應(yīng)用、系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)分布與頻響特性和穩(wěn)定性、調(diào)制與解調(diào)方案及其實(shí)現(xiàn)等，采用諸如此類案例教學(xué)方式，以分析、討論等方法開展教與學(xué)，有利于學(xué)生全面深入地理解理論及在實(shí)際中如何應(yīng)用理論，同時(shí)，也大大提高了學(xué)生動(dòng)嘴、動(dòng)手、動(dòng)腦等方面的綜合能力。

3.1.4 專題講座

專題講座分為學(xué)生講座和專業(yè)技術(shù)人員講座兩種形式。學(xué)生講座，即是在開學(xué)伊始把學(xué)生進(jìn)行分組，每組分別負(fù)責(zé)每月的專題講座，講座的主題通常選擇與教材緊密結(jié)合的實(shí)踐性問題，由小組組長具體負(fù)責(zé)安排學(xué)生代表主講，組內(nèi)成員補(bǔ)充；專業(yè)技術(shù)人員的講座，則請信號處理方面工程技術(shù)人員做專題講座，例如，我們曾邀請了產(chǎn)學(xué)研共建單位某電子產(chǎn)業(yè)園研究院的工程師，交流在實(shí)踐中遇到的信號處理類問題，如何應(yīng)用信號與系統(tǒng)的知識去解決，在交流的過程中，學(xué)生們深刻理解到信號與系統(tǒng)在工程中的廣泛應(yīng)用及在實(shí)際工程中必須結(jié)合扎實(shí)的專業(yè)理論知識，并根據(jù)實(shí)際問題對原有方案不斷進(jìn)行改進(jìn)，在實(shí)踐中不斷論證，方能取得成功，同時(shí)，同學(xué)們也了解到信號處理發(fā)展最新動(dòng)態(tài)，開闊了眼界，有利于明確對自身發(fā)展方向的定位。

3.2 課外教學(xué)方面

為進(jìn)一步擴(kuò)大與學(xué)生交流，回答他們的疑惑，我們把專業(yè)基礎(chǔ)理論課教學(xué)從課堂內(nèi)延伸到課堂外。

3.2.1 課外小設(shè)計(jì)

為了幫助學(xué)生盡快在實(shí)踐中應(yīng)用所學(xué)的信號與系統(tǒng)知識，我們擬制了若干課外小設(shè)計(jì)課題，加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解。如設(shè)計(jì)了一個(gè)音頻信號去噪的小實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生選取一段音樂或歌曲，人為加入隨機(jī)高斯白噪聲，再將帶有噪聲的音樂信號通過低通濾波器，恢復(fù)音樂，并對比加噪前后、恢復(fù)前后音樂的時(shí)頻域特性。通過這個(gè)小設(shè)計(jì)，同學(xué)們熟悉信號與系統(tǒng)課程中的濾波器設(shè)計(jì)和信號頻譜繪制等重要知識點(diǎn)。再如，抽樣定理是信號與系統(tǒng)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，其概念抽象難懂，僅憑課堂上的想象，很難深入理解，于是我們設(shè)計(jì)了音頻信號抽樣與恢復(fù)的小設(shè)計(jì)，將音頻信號作不同采樣速率的抽樣，經(jīng)過恢復(fù)后，與原音頻信號進(jìn)行對比，非常形象地讓同學(xué)們深刻理解了抽樣定理中的欠采樣、臨界采樣和過采樣3種情況。

值得一提的是，課外小設(shè)計(jì)我們主要采用信號分析領(lǐng)域廣泛使用的Matlab軟件，其含有大量信號處理方面的函數(shù)和示例程序。利用該軟件，學(xué)生可以自己仿真信號與系統(tǒng)課程中的所有知識點(diǎn)，有利于學(xué)生在實(shí)踐中鞏固所學(xué)知識。

3.2.2 利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行課外交流

由于課堂教學(xué)時(shí)間有限，在課堂上教師無法一一回答學(xué)生的所有疑問，課堂外我們就充分利用流行的網(wǎng)絡(luò)平臺與通信手段，組織學(xué)生通過博客、微博、微信、QQ、論壇、Email等網(wǎng)絡(luò)工具進(jìn)行答疑、交流和討論。如我們先后建立了QQ群和微信群，又分專題建立了討論組，力求構(gòu)建一個(gè)可以及時(shí)進(jìn)行集體討論的網(wǎng)絡(luò)交流平臺，同時(shí)也便于進(jìn)行國內(nèi)外各高校的課程視頻等相關(guān)資料共享。另外，我們還提倡師生課余寫課記，記錄對于課程的想法、自己的理解、創(chuàng)新歷程及心得體會等，并把課記定期傳到網(wǎng)上，便于師生分享。

3.2.3 各類專業(yè)實(shí)踐活動(dòng)或競賽

積極指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行各類專業(yè)競賽活動(dòng)，如國家大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐計(jì)劃、國家級及省部級大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽等。在創(chuàng)新實(shí)踐方面，可以進(jìn)行調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)、音頻信號處理等信號處理方面的訓(xùn)練；電子設(shè)計(jì)競賽則可選擇頻譜儀、信號發(fā)生器設(shè)計(jì)等信號處理類題目。如2013年筆者指導(dǎo)了兩隊(duì)本科生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，選擇了“簡易頻率特性測試儀”題目，要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)頻率特性測試儀，其中涉及零中頻正交解調(diào)原理、幅頻和相頻特性等信號與系統(tǒng)課程知識。通過這類實(shí)際的競賽活動(dòng)，教師可及時(shí)將學(xué)生引入科研，將科研資料、科研經(jīng)驗(yàn)提前傳授給學(xué)生，消除學(xué)生對于科研的神秘感和高深感，以低門檻的科研讓學(xué)生順利入門。

3.3 建立客觀創(chuàng)新的評價(jià)體系

為了更好地實(shí)施互動(dòng)式教學(xué)，必須構(gòu)建一個(gè)多元評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)綜合評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)。它不僅要對學(xué)生書本知識的掌握、技能的熟練程度進(jìn)行評價(jià)，而且要對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和協(xié)作精神等方面進(jìn)行綜合測評。因此，我們對成績評價(jià)方法進(jìn)行了改革，首先，建立了一系列評分標(biāo)準(zhǔn)體系，加大平時(shí)成績權(quán)重，使其不僅與平時(shí)作業(yè)和出勤有關(guān)，還與課堂互動(dòng)和課外實(shí)踐環(huán)節(jié)上的表現(xiàn)掛鉤，降低期末成績比重；其次，評價(jià)主體從單一化向多元化轉(zhuǎn)換，將教師評價(jià)、自我評價(jià)、小組評價(jià)與班級評價(jià)相互結(jié)合起來，以體現(xiàn)評價(jià)的全面性和過程性；最后，考試方法從原來單一的閉卷形式改變成為閉卷開卷相結(jié)合等多種方式。

3.4 其他方面

由于信號與系統(tǒng)課程與通信和電子信息類其他專業(yè)基礎(chǔ)課關(guān)系密切，為了進(jìn)一步做好互動(dòng)式教學(xué)，還需要實(shí)現(xiàn)相同課程體系之間的互動(dòng)，進(jìn)一步形成整體聯(lián)動(dòng)的態(tài)勢，解決這個(gè)問題的關(guān)鍵就是教師與教師之間需要定期進(jìn)行有效地協(xié)作性教研活動(dòng)，相同專業(yè)的各門專業(yè)基礎(chǔ)課教師之間以及同一門專業(yè)基礎(chǔ)課教師之間要多展開溝通和協(xié)作，以提升每一位教師的教學(xué)理念，提高教師集體教學(xué)水平，如不定期地組織集體備課、各課程之間的老師聽課、評課和診課等活動(dòng)，營造各課程老師互相協(xié)調(diào)和合作的學(xué)術(shù)氛圍，最終使每一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課程形成高效的教學(xué)體系。

4 結(jié)束語

互動(dòng)式教學(xué)法作為一種獨(dú)具優(yōu)勢的教學(xué)方法，注重教師和學(xué)生之間的對話和合作。通過在信號與系統(tǒng)小班課程中引入互動(dòng)式教學(xué)法，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性，挖掘了學(xué)生的創(chuàng)新潛能，體現(xiàn)了教學(xué)相長的教學(xué)理念。課內(nèi)，活躍了原本沉悶的課堂氛圍，讓學(xué)生真正融入課堂；課外，利用網(wǎng)絡(luò)和各類互動(dòng)實(shí)踐，讓學(xué)生全面深入理解理論的同時(shí)，促進(jìn)了各方面綜合素質(zhì)的提高。需要指出的是，目前該方法應(yīng)用于信號與系統(tǒng)課程還存在一些問題和不足，如學(xué)生由于課余時(shí)間緊張等原因，前期文獻(xiàn)調(diào)研能力不足，無法真正掌握問題的研究背景和現(xiàn)狀；由于電路和數(shù)學(xué)等先修課程的理論基礎(chǔ)不一，有些學(xué)生無法真正參與互動(dòng)式討論以及互動(dòng)式教學(xué)花費(fèi)時(shí)間較多，課程教學(xué)學(xué)時(shí)不夠等。雖然國內(nèi)互動(dòng)式教學(xué)在信號與系統(tǒng)中的應(yīng)用還處于初步階段，但相信隨著教學(xué)改革的不斷深入，這些問題在以后的課堂實(shí)踐教學(xué)中將逐步得到解決。

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［10］王迎超，耿凡，張成林，等.《隧道工程》課程的研討式教學(xué)改革［J］.教育教學(xué)論壇，2014（15）：106－107.

［11］王朋朋，楊曉冬，李偉，等.高校小班教學(xué)模式改革的探討［J］.教育教學(xué)論壇，2015（14）：96－97.

［12］孟永東.關(guān)于高校核心專業(yè)課程互動(dòng)式教學(xué)大綱的探討［J］.科教導(dǎo)刊，2014，6（3）：34－35.

Exploration of Interactive Teaching M ode in Signals and System s

OU Jinglana，WU Haoweib，YIN Yonga，ZHU Bingliana
（a.National Electrical and Electronic，Experimental Teaching Center of College of Communications Engineering；b.Centre of Communication and TT＆C，Chongqing University，Nan an 400044，China）

The interactive teachingmode is researched in the basic course，according to the communication and electronic infor mation specialty core curriculum“signals and systems”characteristics.Firstly，the definition and advantages of the interactive teaching mode are introduced.Then，themain problems in the teaching of the course are analyzed.Finally，the implementation of the interac tive teachingmode in the course is proposed.The teaching practices demonstrate that the interactive teachingmode can solve the teach ing problems and promote the teaching quality significantly.

signals and systems；interactive teaching；small classes teaching；communication and electronics engineering

TN92

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2017.03.013

2015－10－15；修改日期：2017－01－16

重慶大學(xué)教學(xué)改革一般項(xiàng)目（2015Y25）；中央高?；緲I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（CDJZR14100050）。

歐靜蘭（1981－），女，博士，副教授，主要從事通信工程、信號處理、電路原理和EDA技術(shù)等方面的教學(xué)科研工作。