信號(hào)與系統(tǒng)課程的教學(xué)實(shí)踐與探索

任蕾

摘要：信號(hào)與系統(tǒng)課程是電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課，該課程理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度較大。筆者在多年教學(xué)實(shí)踐中，對(duì)該課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了積極探索。本文從教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)安排、先修基礎(chǔ)課程的訓(xùn)練、教學(xué)過(guò)程管理、線上交流平臺(tái)的應(yīng)用、案例教學(xué)等方面，總結(jié)了信號(hào)與系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：教學(xué)實(shí)踐;信號(hào)與系統(tǒng);教學(xué)過(guò)程管理;線上交流平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）01-0129-02

信號(hào)與系統(tǒng)是電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課，在本科生培養(yǎng)體系中地位重要，起到承前啟后的作用，是數(shù)字信號(hào)處理、通信原理等課程的基礎(chǔ)。但由于該課程理論性強(qiáng)，因此教學(xué)難度大，學(xué)習(xí)難度也大。同時(shí)，近年來(lái)，信號(hào)與系統(tǒng)課程的理論學(xué)時(shí)不斷減少，由最初的72學(xué)時(shí)降至目前的48學(xué)時(shí)，而教學(xué)內(nèi)容并沒(méi)有減少太多，因此這一矛盾導(dǎo)致教學(xué)難度進(jìn)一步加大，對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)手段均提出了更高的要求。

筆者在近年來(lái)的教學(xué)中先后參考了多本教材和高校的教學(xué)模式，并結(jié)合本校辦學(xué)特色，提出了有針對(duì)性的教學(xué)方法和教學(xué)手段。李濤等從課程基礎(chǔ)、教學(xué)手段和在線學(xué)習(xí)平臺(tái)等方面進(jìn)行信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)的探索，并提出了教改方法和措施。筆者聯(lián)系自己的教學(xué)實(shí)踐介紹在信號(hào)與系統(tǒng)課程的教學(xué)方法與教學(xué)手段等方面的探索。

1教學(xué)實(shí)踐與探索

1.1教學(xué)內(nèi)容和安排

信號(hào)與系統(tǒng)教材編寫(xiě)一般分為先連續(xù)后離散、連續(xù)與離散并行兩類，教學(xué)順序也多以這兩類為主。筆者在多年教學(xué)實(shí)踐中先后采用過(guò)上述類型的教材，考慮到目前課內(nèi)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)量大幅度減少，在近三年教學(xué)中，筆者采用了混合模式，即在信號(hào)與系統(tǒng)概論、線性時(shí)不變系統(tǒng)的時(shí)域分析這兩個(gè)部分中采用并行模式，即同時(shí)介紹連續(xù)與離散信號(hào)與系統(tǒng)的相關(guān)分析方法，而后續(xù)線性時(shí)不變系統(tǒng)的變換域分析則采用先連續(xù)后離散的教學(xué)模式。這主要考慮到連續(xù)系統(tǒng)的分析是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)為與后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理課程進(jìn)行合理銜接，且考慮到離散信號(hào)與系統(tǒng)分析的方法與連續(xù)信號(hào)和系統(tǒng)是類似的，在本課程中僅對(duì)離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的變換域分析做初步介紹，精選教學(xué)內(nèi)容，詳細(xì)分析方法等在數(shù)字信號(hào)處理課程中講解，詳細(xì)的教學(xué)學(xué)時(shí)安排見(jiàn)表1所示。

同時(shí)，考慮到卷積的重要性且先修課程中已學(xué)習(xí)過(guò)微分方程求解方法，筆者在課內(nèi)大幅度刪減了線性時(shí)不變系統(tǒng)的時(shí)域經(jīng)典分析方法，這部分內(nèi)容改為課后自學(xué)。上述教學(xué)安排可保證核心知識(shí)點(diǎn)有充裕的教學(xué)學(xué)時(shí)。此外，部分理論推導(dǎo)以作業(yè)的形式留在課后完成，不再占用課內(nèi)學(xué)時(shí)，例如三大變換的部分性質(zhì)和推論的證明等。

1.2加強(qiáng)先修課程基礎(chǔ)的訓(xùn)練

筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生信號(hào)與系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)效果差，其根本原因是基礎(chǔ)薄弱，因此筆者將相關(guān)前續(xù)課程（包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、電路分析原理）涉及的知識(shí)點(diǎn)提前布置學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)，將需完成的練習(xí)任務(wù)在課程正式開(kāi)始之前發(fā)布在交流群內(nèi)，并在開(kāi)課的第一周對(duì)完成的作業(yè)并進(jìn)行批改和講評(píng)。對(duì)完成度不佳的個(gè)別學(xué)生布置額外任務(wù)。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，這樣安排可以在一定程度上改進(jìn)聽(tīng)課質(zhì)量。同時(shí)，筆者也給出最直接相關(guān)的先修課程知識(shí)點(diǎn)梳理，包括：常用的微積分運(yùn)算、微分方程求解的一般方法、矩陣的基本運(yùn)算、復(fù)數(shù)的表示方法、傅里葉變換及其性質(zhì)、拉普拉斯變換及其性質(zhì)、基本電路分析方法和定理、電容器和電感器的伏安關(guān)系等等。

1.3注重教學(xué)過(guò)程管理

近五年來(lái)，信號(hào)與系統(tǒng)課程實(shí)施小班化教學(xué)，每個(gè)班級(jí)人數(shù)約30-35人（僅指應(yīng)屆，不包括重修學(xué)生）。這樣每位主講教師可更熟悉教學(xué)對(duì)象，也能針對(duì)其特點(diǎn)及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)方法。

教學(xué)過(guò)程管理還體現(xiàn)在課內(nèi)提問(wèn)上，筆者每次課會(huì)預(yù)留前五分鐘時(shí)間，用以已學(xué)知識(shí)點(diǎn)梳理，并對(duì)個(gè)別學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)，例如，在最近教學(xué)實(shí)踐中，筆者講解信號(hào)與系統(tǒng)概論部分時(shí)，部分提問(wèn)如下：周期信號(hào)如何描述、連續(xù)復(fù)指數(shù)信號(hào)與離散復(fù)指數(shù)信號(hào)有何異同、給定信號(hào)如何計(jì)算其能量和功率、給定某分段線性信號(hào)如何利用奇異信號(hào)對(duì)其描述等。筆者還盡可能通過(guò)一個(gè)實(shí)例，將所有知識(shí)點(diǎn)貫穿從而達(dá)到綜合復(fù)習(xí)的效果。例如，已知某余弦信號(hào)x（t）=COS（t），畫(huà)出其波形，判斷其周期，說(shuō)明該信號(hào)是否能量信號(hào)？并畫(huà)出復(fù)合函數(shù)y（t）=u cos（t）I的波形，說(shuō)明其周期性;若x（t）是某系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)，y（t）是響應(yīng)信號(hào)，則判斷該系統(tǒng)是否線性系統(tǒng)？該例題涉及的信號(hào)波形如圖1所示。這樣的方式可以幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的銜接，提高聽(tīng)課效率。

再次，筆者在近期的教學(xué)實(shí)踐中，不僅要求學(xué)生提交常規(guī)作業(yè)，還要求其提交指定題目的語(yǔ)音匯報(bào)作業(yè)。筆者給每位學(xué)生指定了不同題目并要求學(xué)生，將該題目的解決思路和過(guò)程以語(yǔ)音結(jié)合圖像的形式發(fā)布在學(xué)習(xí)群內(nèi)。筆者會(huì)檢查其對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，并及時(shí)糾正解題過(guò)程中的問(wèn)題。考慮到部分學(xué)生會(huì)繼續(xù)攻讀研究生，因此，筆者在作業(yè)中進(jìn)行了分級(jí)處理，對(duì)這部分學(xué)生布置額外作業(yè)。

此外，為加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程管理，我們近十年來(lái)均安排期中測(cè)試，考核以開(kāi)卷為主，難度高于期末測(cè)試，目標(biāo)是督促日常學(xué)習(xí)，盡量減少在期末考試之前臨時(shí)抱佛腳的情況。

1.4充分利用線上交流平臺(tái)

目前，筆者每周有固定的線下答疑時(shí)間和地點(diǎn)（每周6小時(shí)），但是來(lái)線下面對(duì)面交流的學(xué)生很少，且僅集中在期末考試之前。而線上交流平臺(tái)一般是班級(jí)QQ群或微信，學(xué)生更多地會(huì)選擇線上交流互動(dòng)，最近一個(gè)學(xué)期的線上互動(dòng)次數(shù)突破50人次。同時(shí)，每章節(jié)作業(yè)的完成情況和出現(xiàn)的主要問(wèn)題，筆者會(huì)批改完畢后，統(tǒng)一整理并發(fā)布在QQ群內(nèi)，指導(dǎo)學(xué)生訂正作業(yè)中的錯(cuò)誤。作業(yè)情況反饋的形式包括題目解析過(guò)程的圖解、語(yǔ)音講解等多種形式。筆者也利用線上交流平臺(tái)及時(shí)收集教學(xué)中的反饋意見(jiàn)，并對(duì)教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整。實(shí)踐證明，線上交流是學(xué)生普遍喜歡的教學(xué)互動(dòng)方式。在近三年該課程評(píng)教中，筆者的評(píng)教成績(jī)分別為B、A+、A+。

1.5案例教學(xué)

為幫助學(xué)生理解和掌握信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本方法，筆者在教學(xué)過(guò)程中，將教學(xué)案例融入日常教學(xué)中。例如在系統(tǒng)的定義與性質(zhì)講解中，以圖像濾波及數(shù)據(jù)的平滑濾波作為實(shí)例，首先建立描述此類系統(tǒng)的模型，同時(shí)分析系統(tǒng)的各類性質(zhì)，包括線性性、時(shí)不變性、因果性、穩(wěn)定性和可逆性。講解連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析時(shí)，筆者以測(cè)溫系統(tǒng)為例，介紹系統(tǒng)頻域分析的基本方法，以及逆系統(tǒng)、解卷積的分析方法。在采樣定理的教學(xué)中，筆者以采樣示波器為例介紹欠采樣的具體應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)采樣定理的理解。反饋系統(tǒng)的講解中，筆者以功率放大器中接入反饋電路講解系統(tǒng)函數(shù)、頻率響應(yīng)以及系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析方法。

2結(jié)束語(yǔ)

目前，筆者已制作了部分微課視頻，以此作為信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)的輔助教學(xué)資源，未來(lái)擬完成課程全部微課視頻的制作，進(jìn)一步推進(jìn)線下教學(xué)與線上教學(xué)的結(jié)合，改進(jìn)教學(xué)效果。同時(shí)，考慮到學(xué)生的基礎(chǔ)不同、目標(biāo)不同，筆者還將在分級(jí)教學(xué)方面做進(jìn)一步的嘗試。