生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的探索與實(shí)踐

杜麗莉

【摘要】《信號(hào)與系統(tǒng)》是生物醫(yī)學(xué)工程等電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科教學(xué)階段具有極為重要的作用。為了提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，有必要加強(qiáng)課程體系建設(shè)。本文結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和課程特點(diǎn)，主要從教學(xué)內(nèi)容的設(shè)定和教學(xué)方法選擇等方面進(jìn)行了探索和研究。

【關(guān)鍵詞】信號(hào)與系統(tǒng)? 生物醫(yī)學(xué)工程? 教學(xué)內(nèi)容? 教學(xué)方法

1.《信號(hào)與系統(tǒng)》課程特點(diǎn)

《信號(hào)與系統(tǒng)》是一門理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程主要是研究信號(hào)的表示和系統(tǒng)的描述，通過信號(hào)表示和系統(tǒng)描述分析信號(hào)與系統(tǒng)在時(shí)域、頻域以及復(fù)頻域的作用機(jī)理，從而得到不同域中輸入、輸出、系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。其主要的教學(xué)目的是讓學(xué)生掌握信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論、基本原理和基本分析方法。該課程在本專業(yè)的教學(xué)體系中起著承前啟后的作用。其先修課程包括，高等代數(shù)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、電路分析等;其后續(xù)課程包括，數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制原理等。本課程在專業(yè)人才培養(yǎng)上具有相當(dāng)重要的地位?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》是數(shù)學(xué)性很強(qiáng)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它的理論體系極為嚴(yán)謹(jǐn)，并且涉及到的教學(xué)內(nèi)容較多，課程理論較為抽象，數(shù)學(xué)公式和推導(dǎo)過程較為復(fù)雜，也是學(xué)生第一次接觸信號(hào)及系統(tǒng)和變換域分析的理論知識(shí)，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常表現(xiàn)出諸多的不適應(yīng)。本課程存在“難學(xué)難講”的問題。

2.合理選擇教材

目前，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程適合本專業(yè)使用的教材有很多，國內(nèi)比較經(jīng)典的教材有由高等教育出版社出版清華大學(xué)鄭君里教授主編的《信號(hào)與系統(tǒng)》（第三版，上、下冊(cè)），是“十二五”普通高等教育本科國家級(jí)規(guī)劃教材，該教材是很多高校選擇的主教材，也是很多高校研究生專業(yè)課考試的參考教材，它主要以通信和控制工程作為應(yīng)用背景。此外，還有由清華大學(xué)出版社和北京交通大學(xué)出版處聯(lián)合出版，由陳后金教授主編的《信號(hào)與系統(tǒng)》（第三版），該教材是國家精品課主教材，書中建立了較為完整的課程體系，突出了各課程的內(nèi)在聯(lián)系及相互關(guān)系，體現(xiàn)了局部和整體的統(tǒng)一，內(nèi)容深入淺出，詳略得當(dāng)。國外較為經(jīng)典的教材是由奧本海姆主編的《信號(hào)與系統(tǒng)》（第二版），是美國麻省理工學(xué)院（MIT）的經(jīng)典教材之一，書中作者使用了大量的實(shí)例，并行討論了連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、時(shí)域系統(tǒng)和頻域系統(tǒng)的分析方法，使讀者能透徹地理解各種信號(hào)系統(tǒng)的分析方法并比較其異同。上述教材都為經(jīng)典教材，我?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》課程結(jié)合本專業(yè)特點(diǎn)，以及目前課時(shí)較少的現(xiàn)狀，綜合考慮選擇由陳后金教授主編的《信號(hào)與系統(tǒng)》（第三版）作為本課程的主教材，其他兩本教材作為推薦教材，供學(xué)生自行學(xué)習(xí)，以提高自身對(duì)知識(shí)體系的掌握能力。

3. 合理制定教學(xué)內(nèi)容

我校《信號(hào)與系統(tǒng)》課程定為本科三年級(jí)第一學(xué)期開設(shè)，學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、電路分析等基礎(chǔ)課，具備了學(xué)習(xí)本課程的知識(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，為了與同階段的其他專業(yè)課協(xié)調(diào)有序開展，本課程大大縮短了課時(shí)，受到了只有54課時(shí)的限制。由于本課程涉及的理論知識(shí)范圍較大，而課時(shí)較少，這也增加了教師講課和學(xué)生聽學(xué)的難度，在這種情況下，合理的制定教學(xué)內(nèi)容顯得尤為重要。

首先，要對(duì)本課程內(nèi)容有整體的把控。課程名為《信號(hào)與系統(tǒng)》，那么即可將內(nèi)容為“信號(hào)”和“系統(tǒng)”兩大方面。此外《信號(hào)與系統(tǒng)》課程知識(shí)有著很好的“對(duì)稱性”：對(duì)于“信號(hào)”部分來說，教學(xué)內(nèi)容可分為信號(hào)的時(shí)域分析，信號(hào)的頻域分析，信號(hào)的復(fù)頻域分析;對(duì)于“系統(tǒng)”部分來說，同樣可分為系統(tǒng)的時(shí)域分析，系統(tǒng)的時(shí)域分析，系統(tǒng)的復(fù)頻域分析。上述“信號(hào)”和“系統(tǒng)”的時(shí)域和變換域分析中又可以分為：連續(xù)時(shí)間信號(hào)的分析，離散時(shí)間信號(hào)的分析，連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的分析以及離散時(shí)間系統(tǒng)的分析。在教學(xué)順序上，先講信號(hào)，再講系統(tǒng)，先講連續(xù)，再講離散，先講時(shí)域，再講變換域，可以讓整體知識(shí)結(jié)構(gòu)更加清晰，使學(xué)生更容易理解。

其次，要明確本課程重點(diǎn)內(nèi)容。由于課時(shí)較少，該課程不可能詳解所有的知識(shí)點(diǎn)，所以在制定教學(xué)內(nèi)容時(shí)，需要結(jié)合教材和本專業(yè)特點(diǎn)，定位重點(diǎn)內(nèi)容于掌握分析信號(hào)與系統(tǒng)在時(shí)域、頻域、復(fù)頻域的作用機(jī)理及其涉及到的工程實(shí)踐中的問題，簡(jiǎn)單介紹或刪除不重要的知識(shí)點(diǎn)。

最后，要注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。本課程的特點(diǎn)是理論性較強(qiáng)，且較為抽象，這也是很多學(xué)生反映課程難學(xué)的主要原因，所以需要有實(shí)踐練習(xí)來鞏固支撐理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的這種能力，本課程設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)性練習(xí)、工程性練習(xí)和綜合性練習(xí)。另外，還利用MATLAB進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將理論知識(shí)中的重難點(diǎn)進(jìn)行展示，將抽象的理論可視化，還可以指導(dǎo)學(xué)生自主分析問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。

4.合理選擇教學(xué)方法

4.1 教師講學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)方法是“老師講，學(xué)生聽”，這種方法雖然存在一定的弊端，但是仍然是當(dāng)下主流的教學(xué)方法。結(jié)合本課程課時(shí)較少的特點(diǎn)，這種講學(xué)的方法毫無疑問是最省時(shí)最有效的方法。為了改善傳統(tǒng)講學(xué)中課堂沉悶的現(xiàn)象，我們采用多媒體和板書結(jié)合的方式進(jìn)行講學(xué)，利用多媒體形象展示理論知識(shí)和工程實(shí)例，利用板書梳理知識(shí)結(jié)構(gòu)以及重點(diǎn)理論分析。

4.2小組學(xué)習(xí)。將班級(jí)學(xué)生分為若干個(gè)學(xué)習(xí)小組，在每一階段的理論知識(shí)學(xué)習(xí)完成后，針對(duì)每個(gè)學(xué)習(xí)小組制定不同的基礎(chǔ)性練習(xí)、工程性練習(xí)和綜合性練習(xí)，此外，MATLAB的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也以小組的形式進(jìn)行，所有的實(shí)踐練習(xí)成果以小組的形式提交，由教師評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果，并將結(jié)果反饋給學(xué)生。

4.3教學(xué)質(zhì)量調(diào)查。設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量調(diào)查問卷，在課程開展一定時(shí)間后，請(qǐng)學(xué)生對(duì)本課程的教學(xué)質(zhì)量做出評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：教材、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教師職業(yè)素養(yǎng)、課堂氣氛、授課效果、課程意見和建議等方面。目的是使任課教師和教學(xué)組及時(shí)了解到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和對(duì)課程學(xué)習(xí)的訴求，并及時(shí)合理的調(diào)整教學(xué)方案。

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