應(yīng)用型本科高校《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)改進及探究

林宏翔　史洪宇

摘? 要：《信號與系統(tǒng)》這門課程包含較多的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，對學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)有一定要求。對于應(yīng)用型本科大學(xué)生而言，畢業(yè)生的培養(yǎng)目標(biāo)更偏重于技術(shù)應(yīng)用，因此在《信號與系統(tǒng)》的教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)因材施教適當(dāng)變革。文章從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)技巧兩個方面出發(fā)，結(jié)合應(yīng)用型本科畢業(yè)生的培養(yǎng)目標(biāo)，論述如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和自主學(xué)習(xí)的能力，總結(jié)了《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)改進的一些經(jīng)驗及技巧。

關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng)課程教學(xué);教育技術(shù);教學(xué)技巧

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）16-0138-03

Abstract： The Signal and System course contains a lot of mathematical theory derivation， which has certain requirements for the mathematical basis of students. For applied undergraduate college students， the training objectives of graduates are more focused on technical applications. Therefore， in the teaching process of signal and system course， appropriate changes should be taught according to their aptitude. Based on the teaching content and teaching skills， this paper combines the training objectives of applied undergraduate graduates， discusses how to cultivate students' creative thinking and self-learning ability， and summarizes some experiences and techniques of signal and system course teaching improvement.

Keywords： signal and system course; educational technology; teaching skills

《信號與系統(tǒng)》作為電子信息科學(xué)技術(shù)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識體系上有著重要的基礎(chǔ)地位。[1-3]由于課程自身的特點，在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映數(shù)學(xué)推導(dǎo)過于繁重，教學(xué)內(nèi)容略顯枯燥。因此在教學(xué)過程中，如何有效激發(fā)學(xué)生自身興趣顯得尤為重要。通過長時間的教學(xué)經(jīng)驗積累，反復(fù)與學(xué)生進行溝通交流，了解到學(xué)生更希望通過一些形象的工程實例來幫助理論知識的理解。為了提高學(xué)習(xí)效果，對教學(xué)內(nèi)容進行反復(fù)甄選，結(jié)合教師自身的工程項目經(jīng)歷，在課堂教學(xué)中與學(xué)生分享的工程案例，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造思維和自主學(xué)習(xí)能力。

一、教學(xué)內(nèi)容的選取

《信號與系統(tǒng)》是一門內(nèi)容繁多的基礎(chǔ)理論課，通常由于課時數(shù)限制，任課教師不可能在有限的課時內(nèi)講得面面俱到，需要對課本內(nèi)容進行必要的甄選，選擇其最為精華的部分進行最深入的講解，保證絕大部分學(xué)生能夠掌握基本理論，完成電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)基本科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。對由相對次要的內(nèi)容任課教師要能夠大膽舍去，因為這些知識技能，學(xué)生可以在今后的實際工作中進行學(xué)習(xí)，暫時的缺失不會對學(xué)生未來的職業(yè)上升空間造成很大限制。這樣就對教師的教學(xué)水平提出很高的要求。教師需要了解整個電子信息技術(shù)行業(yè)的發(fā)展歷史，準(zhǔn)確分辨各個知識點在整個《信號與系統(tǒng)》知識體系中的重要性，完成重點、難點的突破;此外，任課教師需要在若干個科學(xué)領(lǐng)域都有所涉獵，以信號與系統(tǒng)的知識作為立足點，將各個學(xué)科知識融會貫通，并在信號與系統(tǒng)課程中進行交叉，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

（一）適當(dāng)減少數(shù)學(xué)推導(dǎo)，加強學(xué)生對原理的理解

專業(yè)基礎(chǔ)主要是指學(xué)生應(yīng)該具備的專業(yè)素質(zhì)、技能，應(yīng)用型本科院校在重視學(xué)生實踐技能的同時，不能完全忽視專業(yè)理論的教學(xué)，而是應(yīng)該通過不同的教學(xué)方式減少或者替代單純的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，這樣才能夠更好地對其進行專業(yè)知識培養(yǎng)。只有在扎實的理論知識基礎(chǔ)上，才能夠更加準(zhǔn)確地對專業(yè)技能知識進行理解，從而不斷成為社會所需要的應(yīng)用型人才。

《信號與系統(tǒng)》作為電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，是電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)理論基石，課程內(nèi)容中含有大量的數(shù)學(xué)公式。應(yīng)用型本科高校生源相對于985、211重點高校的生源，其數(shù)理基礎(chǔ)較為薄弱，但對于應(yīng)用型技術(shù)卻有著濃厚的興趣。倘若教師僅僅按照書本內(nèi)容，進行枯燥的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，容易導(dǎo)致學(xué)生喪失信心，并且僅僅講授書本上的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，并不符合應(yīng)用型本科高校的辦學(xué)理念，對于應(yīng)用型本科高校生源應(yīng)當(dāng)更加注重應(yīng)用型技能的塑造。但是，如果完全不了解學(xué)科的理論基礎(chǔ)，必然對畢業(yè)生的職業(yè)生涯造成很大的限制。因此在教學(xué)過程中我們減少了大量繁雜的理論推導(dǎo)，嘗試用一些精巧的模型或簡單而不完備證明來幫助學(xué)生對基本理論的理解。為此我們嘗試采用各種不同的方式，盡可能幫助學(xué)生更加深刻的理解信號與系統(tǒng)的本質(zhì)原理，為其今后的工作提供充足長久的競爭能力。

（二）用書本知識，解釋日常生活現(xiàn)象

《信號與系統(tǒng)》雖然作為一門電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)課程，但其中也包含了很多最基本的自然規(guī)律，能夠用來解釋日常生活中諸多的自然現(xiàn)象。在課堂教學(xué)中，適當(dāng)引入一些學(xué)生日常生活能夠遇到的現(xiàn)象，能夠很有效地激發(fā)學(xué)生的課堂積極性，與任課老師形成較多的互動環(huán)節(jié)。例如在課堂教學(xué)中以雨過天晴出彩虹為例子，講解《信號與系統(tǒng)》中傅里葉變化。天空中出現(xiàn)彩虹其實白光的傅里葉變化，雨后由于空氣濕度大，空氣中含有較多水汽發(fā)生折射，形成不同顏色光的分離。彩虹是自然界中常見而美好的現(xiàn)象，利用彩虹的現(xiàn)象來說明傅里葉頻譜，能夠給學(xué)生帶來更為直觀、感性的認(rèn)識。

（三）跨學(xué)科內(nèi)容交叉

從當(dāng)代大學(xué)教育的調(diào)查中了解到，大部分大學(xué)生在學(xué)習(xí)某些專業(yè)課后，如果畢業(yè)后沒有從事相關(guān)領(lǐng)域的工作，所學(xué)知識基本在一兩年內(nèi)就會遺忘，當(dāng)然這也是符合人類記憶的客觀規(guī)律的。但是，如果大學(xué)教育中采用網(wǎng)狀知識結(jié)構(gòu)進行傳授，將大大提高學(xué)生對知識的理解和長久記憶時間。腦科學(xué)的研究表明，人們對于點狀、線狀的知識往往能夠很快接受，但同時也較容易被遺忘，而網(wǎng)狀知識結(jié)構(gòu)有著多重知識的交叉，各個知識點之間有著緊密聯(lián)系，相互支撐、相互補充，一旦知識網(wǎng)絡(luò)形成，不容易被遺忘。

此外，對于應(yīng)用型本科教育來說，拓展學(xué)生專業(yè)的寬度，幫助學(xué)生將技能在不同學(xué)科領(lǐng)域進行延伸，有助于學(xué)生對相關(guān)領(lǐng)域的了解。作為一名基礎(chǔ)課教師，應(yīng)當(dāng)站在學(xué)科的制高點，具有縱觀全局的眼光、科學(xué)的態(tài)度以及務(wù)實的作風(fēng)，探索基礎(chǔ)課程教學(xué)的新方法和新思路。在教學(xué)過程中，適當(dāng)添加多學(xué)科交叉類的具體實例、多領(lǐng)域融合的學(xué)習(xí)內(nèi)容，幫助學(xué)生建立交叉學(xué)科的知識體系。例如在信號與系統(tǒng)的教學(xué)過程中，講授帶寬的概念時，嘗試引入一些光纖通訊的實際工程應(yīng)用，達到了較好的教學(xué)目的。

二、教學(xué)技術(shù)技巧的改進

學(xué)生的在校內(nèi)的實踐環(huán)節(jié)主要集中在實驗、課程設(shè)計兩個方面。部分學(xué)生反映實驗課上按指導(dǎo)書完成相應(yīng)的各種操作， 實驗中驗證性多，創(chuàng)造性動手性的實驗偏少， 因此學(xué)習(xí)印象不深;在課程設(shè)計環(huán)節(jié)， 理論設(shè)計多，實踐過程少，涉及基本技能的不足。作為應(yīng)用型本科高校，最重要的就是學(xué)生應(yīng)用技能的培養(yǎng)，力圖使學(xué)生在基本工程技能方面加強鍛煉， 以適應(yīng)社會的需求。因此任課教師需要緊跟技術(shù)應(yīng)用前沿，了解企業(yè)的技術(shù)更新，將先進的應(yīng)用技術(shù)和工程實例帶入課堂。其次合理安排課堂時間、注重實驗教學(xué)，采用微課、反轉(zhuǎn)課堂等教育技術(shù)，也能較好地提高《信號與系統(tǒng)》的課堂教學(xué)。

（一）生動有趣的工程實踐案例

應(yīng)用型本科大學(xué)與高水平綜合性高校的培養(yǎng)目標(biāo)有一定區(qū)別，其生源自身素質(zhì)也有一定差距，因此應(yīng)用型本科院校的高校教師更應(yīng)該注重教學(xué)技巧的使用。以《信號與系統(tǒng)》這么課程為例，教師需要更多地引入案例，適時結(jié)合圖像處理，高頻電子線路等多門課程，減少理論公式推導(dǎo)。這主要是由于應(yīng)用型大學(xué)本科生源數(shù)理基礎(chǔ)較為薄弱，過多的理論公式推導(dǎo)然后使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)信心和興趣。在《信號與系統(tǒng)》的教學(xué)過程中，通過引入之前的科研工作實例，向同學(xué)們展示了信號分析在合肥光源高頻系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)能夠有效吸引學(xué)生的課堂注意力。

（二）合理安排課堂時間、注重實驗教學(xué)

根據(jù)學(xué)生課堂注意力曲線[4]，可知學(xué)生注意力在5-35分鐘階段達到最高峰，相對而言在課程的開始和末端時，學(xué)生的注意力相對較差，因此任課教師應(yīng)當(dāng)將最重要的教學(xué)工作安排在這個時間區(qū)間內(nèi)，利用這段時間進行新知識、難點的學(xué)習(xí)。在課堂時間的兩頭，由于剛進入學(xué)習(xí)狀態(tài)和經(jīng)歷了較長時間的學(xué)習(xí)，學(xué)生注意力相對較差，任課教師可以利用這段時間進行上一章節(jié)的知識回顧，及本節(jié)課程的內(nèi)容總結(jié)。課堂中適當(dāng)留出一部分隨堂練習(xí)時間，能夠幫助學(xué)生加深課程知識的理解。選題上一定要注意練習(xí)題的針對性，能夠與本節(jié)課學(xué)的知識內(nèi)容緊密結(jié)合，重點突出。此外練習(xí)的另一個目的在于了解學(xué)生對本節(jié)課所學(xué)的知識掌握程度，作為教學(xué)反饋的重要手段之一。練習(xí)的形式則應(yīng)多樣化，可小組討論一人發(fā)言交流;可學(xué)生獨立完成，教師不提供任何形式的指導(dǎo)，選取多個代表交流發(fā)言[5]。通過恰當(dāng)?shù)恼n堂練習(xí)，能夠滿足學(xué)生學(xué)到知識的成就感，充分調(diào)動學(xué)生積極性和主動加入教學(xué)的互動環(huán)節(jié)，還減輕學(xué)生的課外負(fù)擔(dān)。

（三）采用先進的教學(xué)手段

應(yīng)用型本科高校注重學(xué)生實踐技能的培養(yǎng)，學(xué)生實習(xí)實踐環(huán)節(jié)較長，因此理論課程教學(xué)環(huán)節(jié)的課時略顯不足。微課教學(xué)最大優(yōu)勢在于能夠有效利用碎片時間，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)。如前文所述信號與系統(tǒng)課程是電子信息類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，特別是在應(yīng)用型本科高校，專業(yè)理論課程教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)時少，一直困擾著授課教師。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)高校一直在探索創(chuàng)新教學(xué)模式，“慕課”、“微課”和“翻轉(zhuǎn)課堂”等新理念不斷涌現(xiàn)。此類創(chuàng)新教學(xué)模式能夠很好地彌補信號與系統(tǒng)課時不足的教學(xué)問題，教師可以將部分知識內(nèi)容放在微課中由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，從而節(jié)省寶貴的課堂時間。對于信號與系統(tǒng)這門課程，國內(nèi)已經(jīng)有很多大學(xué)教師都進行了微課改革實踐，例如魯小利等針對信號與系統(tǒng)課程，進行微課改革[6]，他們以周期矩形脈沖的頻譜特點及信號帶寬知識點為例詳細(xì)闡述了微課的設(shè)計。任蕾等從微課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等著手，介紹信號課程的微課設(shè)計，并以一階 RC 串聯(lián)電路分析為例詳細(xì)闡述微課的設(shè)計過程[7]。這些寶貴的課程教學(xué)經(jīng)驗技巧都值得廣泛借鑒。

三、教學(xué)效果分析

通過教學(xué)方法改進后，對學(xué)生的出勤率和位置分布進行了抽樣統(tǒng)計。選取其中兩組比較具有代表性的數(shù)據(jù)進行說明。圖2的（a）（b）分別為教改前后的學(xué)生課堂位置分布圖，其中深色表示位置被學(xué)生占據(jù)，白色表示位置空缺。圖3為教改前后學(xué)生在各排各列的分布數(shù)量，從兩次抽樣的結(jié)果對比中不難發(fā)現(xiàn)，教改后的學(xué)生出勤略高于教改前學(xué)生出勤率。其中學(xué)生總?cè)藬?shù)為113人次，教改前學(xué)生出勤率為104/113=92.03%，教改后學(xué)生出勤率為109/113=96.46%。此外，我們根據(jù)學(xué)生課堂的二維位置分布分別統(tǒng)計了學(xué)生在各排的分布情況，如圖3所示，由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，教改前后學(xué)生大致都成正太分布形式，但教改后正太分布整體向Y軸方向移動，即前排上座率有所增加，學(xué)生更愿意坐在前排位置。客觀的統(tǒng)計規(guī)律從側(cè)面反映了教改后學(xué)生總體的學(xué)習(xí)興趣有所增加。

四、結(jié)論

經(jīng)歷多個學(xué)期的摸索，總結(jié)了一套關(guān)于《信號與系統(tǒng)》教學(xué)改進的技巧。通過期末的教學(xué)反饋，學(xué)生表示在教學(xué)過程，課本中的數(shù)學(xué)公式基本原理轉(zhuǎn)換成形象的模型實例，相對而言更容易理解記憶，大部分學(xué)生對《信號與系統(tǒng)》的教學(xué)效果較為滿意。教學(xué)中引入先進的教學(xué)技術(shù)手段——微課，讓學(xué)生能夠在課余時間自主進行學(xué)習(xí)，增強學(xué)生對知識的理解。

五、結(jié)束語

由于教改前后抽樣調(diào)查的樣本數(shù)量較少，并不能完全反映教改前后的差異，在后續(xù)的教學(xué)過程中，我們將會增大統(tǒng)計抽樣的樣本，嘗試在其他學(xué)科的教學(xué)過程中采用類似的教學(xué)方法，分析這種教學(xué)技巧的普遍適用性。同時也會繼續(xù)完善微課教學(xué)，為學(xué)生提供更多的微課教學(xué)資源。

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