“信號與系統(tǒng)”課程教學改革的研究

賀 娟

（遵義師范學院物理與電子科學學院，貴州遵義563006）

1 引言

“信號與系統(tǒng)”是電子信息、電氣工程和通信工程等電類專業(yè)本科生一門重要的專業(yè)基礎課程。因各個學校對這門課程要求的側重點不同，“信號與系統(tǒng)”課程一般在大學二年級下學期或三年級上學期開設，前提是須先學習高等數(shù)學、電路分析、線性代數(shù)、復變函數(shù)等課程。由于該課程理論知識很強，且須有扎實的數(shù)學功底，同時也脫離不了實際工程上的應用，所以，它是一門理論性和實踐性都很強的課程?？v觀國內(nèi)許多高校，大家都將它列為相關專業(yè)的研究生入學考試專業(yè)課程，它不但是多個學科的交叉點，聯(lián)系了電路分析基礎和復變函數(shù)知識，而且對后續(xù)專業(yè)課程（如“通信原理”和“數(shù)字信號處理”）的學習具有很大影響，因此它在整個電類專業(yè)課程的學習過程中起到了承上啟下的作用。

遵義師范學院有三個專業(yè)開設了“信號與系統(tǒng)”這門課程，分別是電子信息科學與技術專業(yè)、電氣工程與自動化專業(yè)和通信工程專業(yè)。遵義師范學院是貴州省一所地方性本科院校，絕大部分學生的基礎知識較薄弱，分析和解決問題的能力一般。針對這種情況，學校從2015級學生開始就對這門課程的教學進行了很大的改革[1-4]。為了適合我校學生的情況，課程“信號與系統(tǒng)”[5]安排在大三上學期開設，與重點大學相比，我們推遲了一個或二個學期開課。我們不僅對教學學年進行了調整，同時也對教學模式和教學方法進行了改進，在總課時不變的情況下，減少了理論課時，增加了實踐課時。通過這樣的改革，學生的學習興趣提高了，教學效果也得到了明顯的提高。

2 課程教學改革勢在必行

2.1 課時少與教學內(nèi)容多的矛盾

2015年3月5日，李克強總理在政府工作報告中提出“引導部分地方本科高校向應用型轉變”。2016年3月5日，政府工作報告明確提出“推動具備條件的普通本科高校向應用型轉變”。

“向應用型轉變”已成為近年來高校轉型發(fā)展的一個熱點。遵義師范學院也是一所地方本科院校，也屬于這個轉型行列。根據(jù)實際情況，我校對“信號與系統(tǒng)”課程進行了相應調整，課時由72節(jié)理論課和16節(jié)實驗課，改革為總課時72節(jié)，其中理論課56節(jié)，實踐課16節(jié)，改革前后相比較得出：實踐課沒變化，理論課時減少了16節(jié)，而實際教學內(nèi)容仍未變化，從總體上來看提高了實踐課時的比重。因此，課時少與教學內(nèi)容多形成了非常明顯的矛盾，為了解決這一矛盾，課程教學改革勢在必行。

2.2 學生基礎差與課程難度大的矛盾

遵義師范學院的理工科學生大部分來自貴州本省。我初步統(tǒng)計了幾屆電子信息科學與技術專業(yè)的學生，基本上高考物理分數(shù)都徘徊在及格分數(shù)邊沿。進入大學后，他們學習高等數(shù)學較吃力，而復變函數(shù)在每屆學生中能聽懂的學生也不多，很多學生不會分析稍微復雜一點的電路。在這樣的基礎上開設理論性很強的“信號與系統(tǒng)”課程，雖然絕大部分學生知道這門課程很重要，故而他們就把大量的時間都花在數(shù)學運算和理論推導上面，久而久之把這一課程看作是數(shù)學課程一樣來對待，并沒有去理解公式和數(shù)學方法的真正意義以及應用。改革前，老教學方法偏重理論教學，實驗教學完全作為一種形式來教學，最終導致的結果是絕大部分學生因為知識太復雜而不想學習。為了解決這一矛盾，課程教學改革勢在必行。

2.3 理論教學與工程實踐的矛盾

“信號與系統(tǒng)”一直以來都是電類專業(yè)的專業(yè)基礎課程，它的理論體系非常完善，理論結構也非常系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的教學中，就是粉筆加黑板，整節(jié)課都是在黑板上演算，這樣無意中就輕視了工程實踐教學，學生在這樣的教學環(huán)境下，對工程實踐完全處于陌生的邊沿，他們的工程實踐能力和分析問題的能力也就非常欠缺。實際上作為一門專業(yè)課程，它與工程實踐應用有著非常緊密的關系，而我們身邊也存在著很多工程應用的實例，所以要解決理論教學與工程實踐的矛盾，課程教學改革勢在必行。

3 教師與學生“教與學”的觀念轉變

隨著社會的進步、時代的發(fā)展、科學技術的突飛猛進，高校教師的教學模式也應與時俱進。二十多年前，大學教師每天在授課時，總是忙個不停，在黑板上寫個不停，因為沒有現(xiàn)代化的教學設備，特別是我們電子專業(yè)的老師，課間休息十分鐘，老師也會利用起來，在黑板上畫好下節(jié)課的電路圖，那個時候雖然有掛圖，但是不是書本上所有的電路圖都有掛圖的。這種傳統(tǒng)的教學方式，總是以“教師”為中心，學生被動的被老師帶著走，這種“教師教，學生學”的“填鴨式”教學方法長久以后學生的學習積極性會受到挫傷，即使部分學生很努力最終也只能變得死搬硬套。因而，這種跟不上時代的步伐，也不適合當今時代的教學方式會被時代淘汰。因此，我們教師必須將以自我為中心的教學模式和教學理念，改為以學生為中心的教學理念，教師應該把自己看成是“導演”，導演是指揮演員的行動，起到啟發(fā)、引導、輔導和激勵的作用。真正要把戲演好的是演員自己，所以要給學生以信心，要他們自己去探究學習的奧秘。教師只告訴他們學什么，怎么去學，實現(xiàn)這一過程的是學生自己。為轉變這種“教與學”的觀念，我們的做法是：

首先，我們要做的是上好緒論課，緒論課其實是很難的開場白，講得好會影響學生整門課的學習，起到正能量的作用，講得不好則會給學生一定的負面影響?！靶盘柵c系統(tǒng)”的緒論課，我們一般是安排兩節(jié)課的時間，先對這一課程的名字進行解釋，然后解釋我們怎么去選取教材。我們學校近幾年選用的教材是吳大正老師的《信號與線性系統(tǒng)分析》，教材的名稱比課程名稱范圍有所縮小，兩個名稱一對比，學生就會知道本科生只要會分析線性系統(tǒng)就可以了。接著給學生指出：這門課程一直是電子信息類研究生入學考試的必考課程之一。

其次，我們向學生介紹課程的主要內(nèi)容：信號與系統(tǒng)的概念、信號分析、連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)的時域和頻域分析、系統(tǒng)的狀態(tài)變量描述、傅里葉變換、拉普拉斯變換、z變換等等。接著給他們傳授信號和線性系統(tǒng)分析的基本理論和方法，使之能在后續(xù)課程的學習中靈活應用這些方法解決實際工程問題。一般緒論課上到這兒時，大部分學生對此課程已經(jīng)有了一定的了解，在這種情況下，授課老師必須趁熱打鐵，舉出一些他們身邊非常熟悉的工程實例來激發(fā)他們對此課程的吸引力和興趣。比如講到“信號”的概念時，我們可以列出一些很熟悉的例子：上課鈴聲——聲信號，表示該上課了；十字路口的紅綠燈——光信號，指揮交通；電視機天線接受的電視信息——電信號；廣告牌上的文字、圖象信號等等。我們這門課程是“信號與系統(tǒng)”，所以講完“信號”，接著就是講“系統(tǒng)”。講到系統(tǒng)的概念時，知識點就升華到一定的深度了，我們可以舉一個學生們很喜歡的例子：如下圖1所示的通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)就是為傳送消息而裝設的全套技術設備。圍繞著這個簡單的通信系統(tǒng)給學生簡略的講授，此時他們的興趣又會升華一個層次。

最后，緒論課結束后，就給學生布置整個學期的學習任務，真正把“教與學”的重心改變過來。在每一章節(jié)的講授之前，老師把微課資料上傳給學生，學生先學，即把學習的主動權交給學生，有時可以把課堂交給學生，學生講老師聽。真正轉變教師與學生“教與學”的觀念。

4 “分類比較法”的應用

遵義師范學院從2015級開始實施新的培養(yǎng)方案，新的培養(yǎng)方案是中國高校向應用型大學改革的產(chǎn)物。實行新的培養(yǎng)方案，如果還是用老一套的教學方法，是完全不能完成教學任務的，“信號與系統(tǒng)”是其中一門改革很大的課程，所以我們對這門課程的教學方法和教學模式進行改革，其中“分類比較法”是我們在改革中起到了實用性作用的方法。

下面以我校2015級電子信息科學與技術專業(yè)本科班為例，看實行課改后的效果。新的培養(yǎng)方案從2015級開始實施，為了在課時減少的情況下完成教學任務，必須找到合適而有效的教學方法。下面闡述此方法的實施過程。

首先，必須使學生能心甘情愿的接受這種方法，那我們就必須先上好緒論課，把學生的學習觀念改變過來。因此，“教與學”的觀念改變至關重要。

其次，我們將教學內(nèi)容先分類：總共八章內(nèi)容，緒論是開場白。我們把系統(tǒng)分成兩大類：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。分析系統(tǒng)的方法分為時域法和頻域法。這樣第二三章可以用比較法授課；第五六章也可以用比較法授課。因此這四章就可以合并為兩章來授課，所以在減少課時的情況下也能很好的完成教學任務。

下面舉個例子：“卷積積分”出現(xiàn)在第二章連續(xù)系統(tǒng)中，用來快速求解系統(tǒng)的零狀態(tài)響應，而“卷積和”出現(xiàn)在第三章離散系統(tǒng)中，也是用來快速求解系統(tǒng)的零狀態(tài)響應，這兩個內(nèi)容就可以用“比較法”來授課，可以節(jié)省一半的課時。再舉一個例子：S域分析和Z域分析，這兩章也可以用比較法。S域分析用于連續(xù)系統(tǒng)，而Z域分析用于離散系統(tǒng)，但是它們之間有一個重要關系式：,即復變量S與Z的關系式，也就是拉普拉斯變換與Z變換的關系式。

再次，我們還利用了工程語言MATLAB來用于比較法教學，MATLAB是一門工程語言，大二的時候開設了這門課程。如果想讓學生能更好地和形象地理解信號與系統(tǒng)中的抽象概念，我們就用MATLAB來輔助教學，比如：我們在講授門函數(shù)的傅立葉變換的時候，門函數(shù)是一個新的函數(shù)，而對這個新函數(shù)來進行傅立葉變換，如果單靠理論教學，則學生的學習更加枯燥，所以我們用圖像來做比較，如圖2所示門函數(shù)的傅里葉變換。這樣就顯得形象而生動，學生也很容易接受。

5 效果比較

下面以我校電子信息科學與技術專業(yè)的四屆本科生學習“信號與系統(tǒng)”課程的期末綜合測評來做比較。我學校從2012年才開始招生電子信息科學與技術專業(yè)，到目前為止有四屆本科生已經(jīng)開完了這門課程。四屆學生期末綜合測評成績由表1所示。

從表1可以看出：四屆學生的期末綜合測評中，2015級最好，2014級最差。2012級、2013級和2014級都使用的是舊的培養(yǎng)方案，理論課時72，整體上2012級和2013級略好于2014級。但是實行教學改革后，教學課時少了反而教學效果明顯，2015級的學生教學效果最好。所以課堂教學改革勢在必行，必須與時俱進。

6 結論

“信號與系統(tǒng)”是電類專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎課程，它在專業(yè)課程的教學過程中起到了承上啟下的作用。同時，該課程也是絕大部分高校電類專業(yè)作為研究生入學考試的課程之一，因此其教學質量的好壞不僅給后續(xù)專業(yè)課程帶來很大的影響，而且對繼續(xù)深造的學生來說也是至關重要的。鑒于此，本文從教學改革的形式和觀念以及教學改革的實施方法上進行了詳細的分析和探討，用分類比較法來進行改革，表1數(shù)據(jù)表明了改革的有效性，同時激發(fā)了學生積極主動學習的熱情，不再象以前一味依靠老師的講授，而是能充分發(fā)揮自己的主觀能動性，積極主動學習，且獲得了很好的效果。