面向工程能力培養(yǎng)的信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)改革探索

羅達(dá)燦　楊盛毅　楊偉力

摘 要 本文對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程面向工程能力培養(yǎng)的教學(xué)模式進(jìn)行探索，結(jié)合普通二本應(yīng)用型高校學(xué)生的實(shí)際情況，分析傳統(tǒng)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)模式和存在問題，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，引入Matlab實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過教學(xué)實(shí)踐表明，上述措施有效提高了學(xué)生對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程知識(shí)點(diǎn)的理解，提高了學(xué)生工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞 信號(hào)與系統(tǒng) 工程能力 Matlab

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.08.055

Exploration of Teaching Reform of Signal and System Course

Oriented to Engineering Ability Training

LUO Dacan， YANG Shengyi， YANG Weili

（Guizhou Minzu University， Guiyang， Guizhou 550025）

Abstract This paper explored the cultivation of "signals and systems" course oriented engineering teaching mode， combined with the actual situation of the application of two ordinary university students， analysis the traditional course of "signal and system" teaching mode and existing problems， optimize the teaching content， the introduction of Matlab experimental teaching， strengthen the practice teaching. The teaching practice shows that the above measures have effectively improved the students' understanding of the knowledge points of "signals and systems" and improved their engineering practice ability.

Keywords signal and system； engineering ability； Matlab

作為測(cè)控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化、電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程等專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，“信號(hào)與系統(tǒng)”對(duì)銜接教學(xué)體系和培養(yǎng)方案中前后課程起著關(guān)鍵的作用，本課程的基本理論和分析方法在數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、自動(dòng)控制、通信原理等領(lǐng)域得到進(jìn)一步應(yīng)用。[1]世界著名教科書“信號(hào)與系統(tǒng)”的作者A.V.奧本海姆指出：““信號(hào)與系統(tǒng)”課程不僅是工程教學(xué)中一門非?；镜恼n程，而且也成為工科學(xué)生在大學(xué)教育階段所修課程中很有得益而又引人入勝和最有用處的一門課程”。[2]

國(guó)內(nèi)外高校中許多工科系部都已開設(shè)“信號(hào)與系統(tǒng)”，針對(duì)如何提高教學(xué)質(zhì)量，特別是面向工程能力培養(yǎng)的教學(xué)模式改革展開了一些研究。“信號(hào)與系統(tǒng)”被陳后金教授和孟橋教授打造成為了國(guó)家級(jí)精品課程；[3]鄭君里教授等人提出，在教學(xué)中應(yīng)增加實(shí)例分析；[4]黃煒嘉等提出了教學(xué)還應(yīng)該注重提供學(xué)生持續(xù)研究的動(dòng)力，為學(xué)生提供研究背景資料，從而培養(yǎng)學(xué)生管理研究活動(dòng)的能力的觀點(diǎn)；[5]張維維等指出課堂上需要優(yōu)化課堂教學(xué)模式、豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、開展課外研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。[6]但是普通二本院校學(xué)生基礎(chǔ)差，學(xué)生對(duì)本課程學(xué)習(xí)失去興趣和信心。因此，其他優(yōu)秀高校的教改模式并不適用于本院。針對(duì)貴州民族大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)“高層次應(yīng)用型人才”的指導(dǎo)思想，對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”的教學(xué)模式進(jìn)行改革調(diào)整，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)，通過實(shí)踐加深理論理解，豐富教學(xué)手段，使學(xué)生能夠在工程問題中使用信號(hào)與系統(tǒng)的基本方法解決實(shí)際問題。

1 “信號(hào)與系統(tǒng)”的教學(xué)現(xiàn)狀及問題

本課程涉及內(nèi)容廣泛，有較多抽象的理論概念和繁雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，傳統(tǒng)講解過程側(cè)重理論證明而輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)，講解方式單一枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。特別是二本院校學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差，更突顯出與傳統(tǒng)教學(xué)的不適應(yīng)，主要存在問題：

（1）課程本身特點(diǎn)。抽象難懂的理論概念和繁多的計(jì)算公式，及單一而枯燥的教學(xué)模式，使學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣較為低下，對(duì)知識(shí)的理解和掌握也相對(duì)困難。[7]

（2）學(xué)生基礎(chǔ)不高。普通二本院校學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)偏低，他們往往對(duì)動(dòng)手實(shí)踐更有興趣，因此在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該積極思考和解決如何揚(yáng)長(zhǎng)避短、把抽象的理論知識(shí)通過實(shí)踐手段呈現(xiàn)出來。

（3）重理論輕實(shí)驗(yàn)。教師在講授過程中和學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)，不能將數(shù)學(xué)理論、物理概念和工程技術(shù)應(yīng)用三者有機(jī)地結(jié)合在一起。且在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，多媒體教學(xué)以及面向課程知識(shí)點(diǎn)針對(duì)性設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)往往體現(xiàn)得較少甚至缺失，簡(jiǎn)單枯燥的理論學(xué)習(xí)極大地降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒，后續(xù)課程的學(xué)習(xí)無法得到保障。

（4）教學(xué)內(nèi)容多而學(xué)時(shí)少。大多數(shù)應(yīng)用型本科院為了順應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐的應(yīng)用能力為主的人才培養(yǎng)目標(biāo)，均不同程度地減少課程的理論教學(xué)，增加實(shí)踐教學(xué)。貴州民族大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，作為推行校級(jí)CDIO教學(xué)改革和省級(jí)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)專業(yè)，很多課程課時(shí)被減少，本課程理論學(xué)時(shí)減為48學(xué)時(shí)，因此，有必要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，內(nèi)容既不能貪多求全，又不能抽象偏難。

如何改進(jìn)課程教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式幫助學(xué)生深刻理解課程基本概念，從而培養(yǎng)和有效提高學(xué)生基本的工程應(yīng)用能力，是當(dāng)前需要解決的問題。對(duì)此，筆者做了一些努力并取得一定成果。endprint

2 教學(xué)與實(shí)踐改革

2.1 教材選用及內(nèi)容精簡(jiǎn)

教材是教師課堂教學(xué)的依據(jù)，學(xué)生課下學(xué)習(xí)的參考書，目前《信號(hào)與系統(tǒng)》的優(yōu)秀教材較多，各大高校主要使用的有：A.V.奧本海姆版、鄭君里版、管致中版、吳大正版、陳后金版等。我系選擇管致中的《信號(hào)與系統(tǒng)》（第五版），該教材將原來的上下冊(cè)合為一冊(cè)，內(nèi)容全面，方便學(xué)生課后閱讀，且教材中許多工程實(shí)例能夠加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解。同時(shí)，結(jié)合專業(yè)背景，對(duì)講解內(nèi)容進(jìn)行刪減，側(cè)重教學(xué)重點(diǎn)，輕數(shù)學(xué)推導(dǎo)，重物理和工程概念，在不影響前后課程銜接的基礎(chǔ)上，精簡(jiǎn)課程內(nèi)容。如表1所示。

教學(xué)內(nèi)容主要是連續(xù)系統(tǒng)的分析與綜合，并未涉及到離散系統(tǒng)，這主要是由于學(xué)時(shí)少而無法兼顧，同時(shí)本專業(yè)后續(xù)課程與離散系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。而且對(duì)每章節(jié)內(nèi)容也進(jìn)行一定刪減，使本課程教學(xué)內(nèi)容成體系，與后續(xù)課程聯(lián)動(dòng)性強(qiáng)。

在教學(xué)中，采用先緩慢后加速的教學(xué)節(jié)奏。通過細(xì)致入微的前期講解，全面了解課程應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。課程開始幾個(gè)章節(jié)是學(xué)生建構(gòu)本課程知識(shí)框架激發(fā)學(xué)習(xí)興趣重要的一環(huán)，因此教學(xué)過程中加強(qiáng)了前面三章的教學(xué)時(shí)間，提高學(xué)生對(duì)本課程基本概念的理解，從而降低學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的畏懼感。

2.2 修訂教案課件和實(shí)驗(yàn)講義，理論講解和仿真實(shí)驗(yàn)同步教學(xué)

本課程主要采取多媒體課件進(jìn)行理論教學(xué)，引入MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)到理論教學(xué)課堂中，使理論講解和仿真實(shí)驗(yàn)同步。因此需要對(duì)多媒體課件進(jìn)行重新修訂，利用MATLAB的信號(hào)處理工具箱，發(fā)揮軟件圖形處理與數(shù)據(jù)可視化的優(yōu)勢(shì)，在每個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)后針對(duì)性地設(shè)計(jì)相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)，通過圖形圖像演示，將課程中抽象與不易理解的概念和問題具體化，讓學(xué)生能在對(duì)課程概念與定理產(chǎn)生直觀認(rèn)識(shí)的前提下產(chǎn)生深刻思考，有效激發(fā)了學(xué)生的求知欲和探索欲。通過理論分析與實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果的對(duì)比，不僅加深了學(xué)生對(duì)課程基本概念的理解，而且還提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

實(shí)踐教學(xué)是驗(yàn)證理論知識(shí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問題的能力的重要方式。本課程采用理論講授和仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的同步教學(xué)模式，使得學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上更加深刻地掌握并運(yùn)用所學(xué)到的理論知識(shí)，逐步培養(yǎng)和提高自身的動(dòng)手能力以及分析解決問題的能力。

2.3 結(jié)合多種考核方式，豐富教學(xué)手段

傳統(tǒng)“信號(hào)與系統(tǒng)”采取的教學(xué)考核方式是教學(xué)手段以理論推導(dǎo)為主，成績(jī)以期末考試為主，導(dǎo)致學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)不認(rèn)真，寄期望于最終的期末考試。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)激情，時(shí)刻鞭策和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，本課程將原有考核方式分解為：課堂考勤、課堂提問、隨堂測(cè)試、平時(shí)作業(yè)、期中測(cè)試、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、期末成績(jī)共七部分，期末成績(jī)占總成績(jī)的40%。對(duì)教學(xué)過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都在進(jìn)行考核，從而時(shí)刻提醒學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐。隨著課堂提問、隨堂測(cè)試、實(shí)驗(yàn)同步的加入，豐富了教學(xué)手段，學(xué)生與老師互動(dòng)性得到明顯改善，課堂形式也發(fā)生了以教師為中心的單向灌輸向以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的師生互動(dòng)的轉(zhuǎn)變。

2.4 課外項(xiàng)目引導(dǎo)，形成學(xué)生團(tuán)隊(duì)

學(xué)生工程能力培養(yǎng)脫離實(shí)際項(xiàng)目是不可能的，因此在本課程教學(xué)過程中，讓學(xué)生分組形成五個(gè)項(xiàng)目組，針對(duì)信號(hào)分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題，進(jìn)行廣泛調(diào)研和查閱文獻(xiàn)，針對(duì)某一問題開展一定的工程項(xiàng)目，使用單片機(jī)、MATLAB軟件等工具進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和分析，并最終形成報(bào)告，優(yōu)秀的報(bào)告整理為小論文進(jìn)行發(fā)表。通過團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的形式，從多方面鍛煉學(xué)生，真正提高學(xué)生工程實(shí)踐和應(yīng)用能力。

3 結(jié)束語

筆者分析了“信號(hào)與系統(tǒng)”課程在傳統(tǒng)教學(xué)過程中重理論輕實(shí)踐、內(nèi)容廣泛、推導(dǎo)繁雜的特點(diǎn)，提出從教學(xué)內(nèi)容側(cè)重和精簡(jiǎn)、修訂多媒體課件教案、采用多種考核方式和教學(xué)手段、學(xué)生團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)模式，引入MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)和理論教學(xué)進(jìn)行同步教學(xué)，使學(xué)生動(dòng)手能力得到加強(qiáng)，提升了學(xué)生工程實(shí)踐能力。

貴州省高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)改革工程項(xiàng)目《測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目》

參考文獻(xiàn)

[1] 徐天成.信號(hào)與系統(tǒng)[M].電子工業(yè)出版社，2013.

[2] Oppenheim A V， Willsky A S， Nawab S H. Signals & systems（2nd ed.）[M].Prentice-Hall， Inc.1996.

[3] 東南大學(xué)國(guó)家精品課程資源庫(kù)[EB/OL].http：//jpkc.seu.edu.cn/lib/seu/search-byletter.do？pageId=6&letter=X¤tPage=6&showLevel=0&turnStyle=next&order.

[4] 鄭君里，谷源濤.試談“信號(hào)與系統(tǒng)”課程理論與實(shí)踐之結(jié)合[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014（3）：1-5.

[5] 黃煒嘉，張尤賽，馬國(guó)軍等.研究性學(xué)習(xí)在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)教育，2010（3）：134-137.

[6] 張維維，李敏，姜明新等.“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)研究性學(xué)習(xí)的探索[J].課程教育研究，2013（16）：231-231.

[7] 胡建榮，王秀敏，金寧.信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].科技信息，2010（25）：450-451.endprint