“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革探究

鄧曉娟 歐莉莉 杜芳芳

黃河交通學(xué)院智能工程學(xué)院，河南 焦作 454950

0 引言

“信號(hào)與系統(tǒng)”作為本科電子信息類的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在本科教學(xué)過程中存在重要的意義。在課程內(nèi)容設(shè)置上先講連續(xù)信號(hào)后講離散信號(hào)，課程內(nèi)容與數(shù)學(xué)知識(shí)有密切聯(lián)系，主要介紹信息產(chǎn)生、處理、傳輸以及存儲(chǔ)等方面的知識(shí)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念、原理和方法；深刻理解信號(hào)三大變換的數(shù)學(xué)概念、物理含義和工程應(yīng)用；能夠熟練應(yīng)用信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)域、變換域分析方法解決電路、通信、控制領(lǐng)域相關(guān)問題；培養(yǎng)學(xué)生提出問題，獨(dú)立分析問題和實(shí)際應(yīng)用的能力；加強(qiáng)工程實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)符合新工科要求的卓越工程人才；實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授和價(jià)值引領(lǐng)相統(tǒng)一、教書與育人相統(tǒng)一，激發(fā)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的自豪感、中國道路的使命感。

1 課程教學(xué)存在的問題及改革的必要性

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的特點(diǎn)是內(nèi)容繁雜、體系龐大、數(shù)學(xué)公式多、概念抽象難理解，傳統(tǒng)的教學(xué)形式注重抽象理論的講解，較少將抽象理論具體化、形象化；課程涉及內(nèi)容廣泛且與數(shù)學(xué)知識(shí)聯(lián)系緊密，需要有較扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)于某些基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生來說，在本課程的學(xué)習(xí)過程中必然會(huì)存在一定的困難；對(duì)于知識(shí)點(diǎn)理解不透徹就會(huì)造成思路的混亂，在理論課程的學(xué)習(xí)中就難以產(chǎn)生良好的效果，更不能把課堂所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中。在課堂教學(xué)中注重知識(shí)的講解教學(xué)方法單一，過于循規(guī)蹈矩、模式化，不利于激發(fā)學(xué)生的興趣。同時(shí)，該課程理論和實(shí)踐緊密聯(lián)系，特別是實(shí)踐教學(xué)是對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題至關(guān)重要。對(duì)于目前的教學(xué)情況而言，我們總是優(yōu)先選擇理論教學(xué)，把大部分的時(shí)間放在理論教學(xué)中，對(duì)于實(shí)踐教學(xué)只是投入少部分時(shí)間，將理論課與實(shí)踐教學(xué)相分離，而且開設(shè)的實(shí)驗(yàn)大多數(shù)比較簡單，是理論教學(xué)內(nèi)容的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，只是按部就班，多數(shù)實(shí)驗(yàn)流于形式，難以開發(fā)學(xué)生的思維，很難滿足新時(shí)代人才培養(yǎng)的需求。

教育是培養(yǎng)人才的重要方式與途徑，然而對(duì)于教學(xué)模式的改革也是在不斷地改進(jìn)和提升中前進(jìn)的，雖然也取得了重大的成就，但是在現(xiàn)在的教學(xué)方式中仍然存在傳統(tǒng)教學(xué)方式的影子，結(jié)果必然會(huì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)造成不良影響。傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師為中心，學(xué)生要遵從老師的想法，在課堂上難以使學(xué)生活躍起來，就會(huì)產(chǎn)生死板的現(xiàn)象，只知學(xué)習(xí)課本知識(shí)，不能夠培養(yǎng)獨(dú)立思維的能力。這種學(xué)習(xí)模式下，培養(yǎng)的學(xué)生很難具備創(chuàng)新思維與意識(shí)，難以形成綜合型人才。培養(yǎng)創(chuàng)新型人才就會(huì)產(chǎn)生阻力，更不能為社會(huì)需要傳輸人才。因此，教學(xué)模式至關(guān)重要，教學(xué)模式的改革迫在眉睫，要打破傳統(tǒng)，勇于創(chuàng)新。隨著新興技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，就要求我們要結(jié)合現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與社會(huì)的需求，不斷改革，跟上時(shí)代前進(jìn)的步伐。

2 課程教學(xué)改革方法

2.1 融入課程思政

思政就是要在思想上對(duì)人進(jìn)行教育，使其在思想上積極向上，把思政融入課堂教學(xué)中，將“育德”和“育人”聯(lián)系在一起，作為教師不僅要做知識(shí)的傳播者，更要對(duì)學(xué)生傳授正向的思想意識(shí)，要把育人育德做到有機(jī)統(tǒng)一。思政教育是對(duì)人進(jìn)行思想教育，要讓學(xué)生明白為什么學(xué)習(xí)、為誰學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程中既要理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)也要在思想意識(shí)上與我們國家的方針政策保持高度一致，樹立愛國情懷，形成愛國意識(shí)。思政教學(xué)過程中，知識(shí)的傳播者要始終貫徹以德施教的思想，知識(shí)的接收者要以德立學(xué)、以德立身要以自身所學(xué)的知識(shí)服務(wù)社會(huì)和國家，做一名社會(huì)主義合格的建設(shè)者和接班人。依據(jù)“實(shí)基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)、重應(yīng)用”的思想定位，產(chǎn)教融合的“基礎(chǔ)教育+專業(yè)特色教育”的人才培養(yǎng)模式，結(jié)合課程體系建設(shè)目標(biāo)，本課程在教學(xué)過程中，把課程思政引入課堂教學(xué)，促進(jìn)科學(xué)與人文素養(yǎng)。堅(jiān)持學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的理念，把“信號(hào)與系統(tǒng)”建設(shè)成體現(xiàn)現(xiàn)代教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授和價(jià)值引領(lǐng)相統(tǒng)一、教書與育人相統(tǒng)一，激發(fā)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的自豪感、中國道路的使命感。

2.2 課程內(nèi)容模塊化

合理整合教學(xué)內(nèi)容，采用知識(shí)圖譜工具將章節(jié)內(nèi)容關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了模塊化教學(xué)。在課程內(nèi)容上，首先，以信號(hào)與系統(tǒng)基本知識(shí)為基礎(chǔ)，將連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)作為課程教學(xué)的兩個(gè)體系，結(jié)合當(dāng)前學(xué)科發(fā)展成果，突出分析方法和分析工具的工程應(yīng)用。其次，知識(shí)傳授與思維訓(xùn)練相結(jié)合，合理設(shè)置教學(xué)模式，通過課前線上學(xué)習(xí)，課中線上線下結(jié)合，課后及時(shí)評(píng)價(jià)，解決學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、積極性、主觀能動(dòng)性不高的問題。在授課時(shí)，該課程主要以講授、討論、案例分析為主，以課堂測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為輔，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效率。最后，理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，將多層次、立體化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容引入理論教學(xué)中，加深學(xué)生對(duì)理論的理解。

2.3 以“形象化、可視化”形式開展教學(xué)

在教學(xué)過程中，通過多媒體課件、黑板板書、仿真演示、舉例類比等方式，形成“四維一體”的教學(xué)方法與手段，以“形象化、可視化”的方式展開教學(xué)，利用MATLAB演示把抽象的概念、理論展現(xiàn)得更加具體、生動(dòng)、活潑，加深學(xué)生的印象，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。輔助學(xué)生完成課程中的數(shù)值分析、可視化建模及仿真調(diào)試，同時(shí)將課程教學(xué)中難點(diǎn)、重點(diǎn)及部分課后練習(xí)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行可視化的設(shè)計(jì)、調(diào)試和分析，將學(xué)生從繁雜的手工運(yùn)算中解脫出來，把更多的時(shí)間和精力用于對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)基本分析方法和原理的理解和應(yīng)用上，加深學(xué)生的印象，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2.4 改革教學(xué)思路與教學(xué)方法

教學(xué)模式體現(xiàn)學(xué)生主體、教師引導(dǎo)，注重以學(xué)生為中心的創(chuàng)新教學(xué)。采用案例驅(qū)動(dòng)、問題導(dǎo)入，理論聯(lián)系實(shí)際闡述課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。進(jìn)行學(xué)生小組討論，形成教學(xué)互動(dòng)，及時(shí)客觀評(píng)測(cè)教學(xué)效果。引入工程實(shí)踐項(xiàng)目，進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和工程應(yīng)用能力。

3 教學(xué)改革實(shí)施方案

3.1 提高教師的業(yè)務(wù)水平

打造高水平教師隊(duì)伍對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用，全面提高教師隊(duì)伍素質(zhì)也是教學(xué)改革的重點(diǎn)方向。

教師不僅要提升專業(yè)水平，教好每一節(jié)課，還要不斷充實(shí)自己，提升自身的知識(shí)素養(yǎng)、掌握相關(guān)學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)和最新技術(shù)。提高教師隊(duì)伍水平首先要有計(jì)劃、有步驟地改善教師的整體學(xué)歷、職稱結(jié)構(gòu)；其次，實(shí)施以老帶新，執(zhí)行“傳幫帶”和助課機(jī)制；最后，鼓勵(lì)教師參加學(xué)術(shù)講座會(huì)、試講、公開課、教學(xué)競(jìng)賽等教學(xué)活動(dòng)。通過交流、學(xué)習(xí)、實(shí)踐鍛煉教師業(yè)務(wù)能力，提升教師隊(duì)伍的整體素質(zhì)。

3.2 加強(qiáng)理論教學(xué)研究

針對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)存在的問題，要加強(qiáng)理論教學(xué)研究，具體內(nèi)容如下。

（1）完善課程教學(xué)條件與教學(xué)制度，組織課程組成員調(diào)研同類學(xué)院課程，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)使用情況，引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)完善教學(xué)內(nèi)容，合理分配教學(xué)課時(shí)，實(shí)現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，同時(shí)融入課堂思政和教學(xué)內(nèi)容模塊化，在教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行改革。推進(jìn)教學(xué)改革，在各章中穿插思政元素，引導(dǎo)和培育學(xué)生工匠精神、遵紀(jì)守法、做事有條理等品質(zhì)，讓學(xué)生切身體會(huì)、潛移默化地接受思想政治教育，規(guī)劃建設(shè)思政課程。

（2）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，學(xué)習(xí)相關(guān)的優(yōu)質(zhì)課程，要及時(shí)關(guān)注相關(guān)的前沿技術(shù)的動(dòng)態(tài)和社會(huì)的發(fā)展對(duì)專業(yè)型人才的需求，要結(jié)合學(xué)校的特色和優(yōu)勢(shì)，考慮學(xué)生的綜合素質(zhì)，多方面結(jié)合找出并制定最優(yōu)化的、有利于培養(yǎng)學(xué)生能力的教學(xué)體系。在教學(xué)內(nèi)容上要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的情況和學(xué)習(xí)興趣，綜合考慮學(xué)生的整體素質(zhì)，把社會(huì)對(duì)人才的需求融入教學(xué)中，在課堂講授的過程中教學(xué)內(nèi)容要適當(dāng)做出取舍，而不是按部就班地講解課本中的全部內(nèi)容。對(duì)于難度大且實(shí)際應(yīng)用較少的部分可以適當(dāng)刪減；改變目前課本偏重于電路部分的知識(shí)和理論，把重點(diǎn)放在傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換的問題；對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行有序梳理，分成連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)兩部分；重點(diǎn)引入數(shù)學(xué)概念、物理概念和工程概念，側(cè)重理論和實(shí)際的聯(lián)系，數(shù)學(xué)計(jì)算和證明逐漸減少；培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)習(xí)慣和解決問題的能力；以連續(xù)信號(hào)為基礎(chǔ)，引入數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)點(diǎn)，為數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，以數(shù)字信號(hào)的分析與處理為最終目的，服務(wù)于新技術(shù)的發(fā)展以及社會(huì)人才的需求。

課堂教學(xué)中引入典型案例教學(xué)，以實(shí)際應(yīng)用作為改革方向?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”這門課程涉及內(nèi)容廣泛，具有自身獨(dú)有的特點(diǎn)，體系完整，內(nèi)容相當(dāng)完善，被廣泛應(yīng)用。提升課堂教學(xué)效果，需要將理論和實(shí)際相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)例的引入。在對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解時(shí)，對(duì)于抽象難以理解的內(nèi)容可以在現(xiàn)實(shí)的背景下引入現(xiàn)實(shí)案例講解，將抽象的內(nèi)容運(yùn)用到實(shí)際案例中，便于加強(qiáng)學(xué)生的理解。例如，在講解離散系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以類比當(dāng)前新冠肺炎病毒傳播的例子，把抽象的內(nèi)容具體化，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)極點(diǎn)、系統(tǒng)框圖、系統(tǒng)函數(shù)等概念的理解，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)效果；所選的案例要結(jié)合社會(huì)對(duì)人才的需求，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的信心和對(duì)未來職業(yè)的憧憬；引入實(shí)例要把內(nèi)容復(fù)雜的內(nèi)容細(xì)化，分散講解，層層深入，最終將知識(shí)點(diǎn)完美地融入課堂教學(xué)中，傳授給學(xué)生。

3.3 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革，為了進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基本概念和基本原理的理解，實(shí)施“理實(shí)一體化”的教學(xué)模式，使用MATLAB對(duì)信號(hào)進(jìn)行可視化表示的方法，利用MATLAB 對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行頻域特性分析的基本方法，重點(diǎn)掌握傅里葉變換的符號(hào)實(shí)現(xiàn)、傅里葉變換的數(shù)值近似、傅里葉變換的性質(zhì)。掌握利用MATLAB進(jìn)行拉普拉斯變換的基本方法。設(shè)置一些與理論知識(shí)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)需要學(xué)生根據(jù)需求自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，也要有考查多門類知識(shí)的綜合性實(shí)驗(yàn)，注重提升學(xué)生分析問題和解決問題能力。“信號(hào)與系統(tǒng)”是專業(yè)知識(shí)較強(qiáng)的課程，需要將理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)踐需要理論指導(dǎo)，理論需要實(shí)踐驗(yàn)證，二者相輔相成，才能達(dá)到完美的效果。利用實(shí)踐，學(xué)習(xí)編寫程序和分析程序結(jié)果圖形，加深對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握。培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中提出問題、分析問題、解決問題的能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合處理、歸納分析、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力。用理論指導(dǎo)實(shí)踐，用實(shí)踐升華理論，實(shí)現(xiàn)“理論—實(shí)踐，再理論—再實(shí)踐”的能力雙提升，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)社會(huì)需求的新型人才。

3.4 完善教學(xué)資源建設(shè)

本課程涉及的內(nèi)容多，知識(shí)面廣，具有工程知識(shí)和物理意義，需要現(xiàn)實(shí)的技術(shù)和專業(yè)的知識(shí)作為指導(dǎo)。因此，在教學(xué)過程中要不斷地學(xué)習(xí)掌握前沿科技動(dòng)態(tài)及更新已有的知識(shí)和現(xiàn)有的教學(xué)資源，根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，加強(qiáng)學(xué)科資源庫的建設(shè)，在教學(xué)過程中結(jié)合當(dāng)前的新型技術(shù)和發(fā)展需求激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生利用新技術(shù)來獲取知識(shí)，充實(shí)自我。完善“信號(hào)與系統(tǒng)”精品課程資源，利用相關(guān)學(xué)習(xí)視頻、電子教案等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享；采用在線學(xué)習(xí)平臺(tái)等進(jìn)行線上教學(xué)，加強(qiáng)與學(xué)生的交流，通過交流軟件等與學(xué)生積極互動(dòng)，主動(dòng)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

3.5 改善考核方式

高等教育考核是檢驗(yàn)學(xué)生綜合能力的重要方式。傳統(tǒng)的考核方式有較多的漏洞與不足，不利于考察學(xué)生的創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力。解決高等教育考核方式的現(xiàn)狀，探索高等教育考核方式改革勢(shì)在必行。要解決考試方式不合理，期末考試筆試一考定終身的問題。

首先，要運(yùn)用合理的考核方式與方法。在教學(xué)過程中要注重學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)，將每節(jié)課所講的知識(shí)設(shè)置課堂測(cè)驗(yàn)及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度，并將測(cè)試成績作為平時(shí)表現(xiàn)的一部分。督促學(xué)生重視平時(shí)表現(xiàn)，做到課前預(yù)習(xí)，在課堂上認(rèn)真學(xué)習(xí)，緊跟老師的講課節(jié)奏，集中注意力；課后認(rèn)真完成老師布置的作業(yè)，注重平時(shí)知識(shí)的積累，避免考試突擊，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握。作為老師，應(yīng)布置作業(yè)對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)，也要適當(dāng)布置一些課外作業(yè)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；要和學(xué)生交流，對(duì)于學(xué)生反饋的問題應(yīng)及時(shí)解決；要認(rèn)真批改作業(yè)，通過學(xué)生的作業(yè)情況找到學(xué)生對(duì)知識(shí)理解的漏洞，反思教學(xué)方式，查漏補(bǔ)缺。要幫助學(xué)生梳理講解知識(shí)點(diǎn)，完善教學(xué)內(nèi)容，梳理重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)，將抽象的內(nèi)容具體化，幫助學(xué)生理解與掌握。最后，課程組開展調(diào)研和研討，融入科學(xué)性的評(píng)價(jià)過程，注重平時(shí)性和過程性的考核，構(gòu)建合理的評(píng)價(jià)體系，并濃縮為教科研成果，以論文和項(xiàng)目的形式進(jìn)行研究。

4 結(jié)語

“信號(hào)與系統(tǒng)”是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析，提出教學(xué)改革的方式與手段。教師需在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中結(jié)合自身學(xué)科實(shí)際，不斷充實(shí)自己，與時(shí)俱進(jìn)，更新教學(xué)方法和內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生有機(jī)會(huì)把所學(xué)的知識(shí)綜合地應(yīng)用到實(shí)踐中，獨(dú)立地分析和解決問題，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。高校人才培養(yǎng)是育人和育才相統(tǒng)一的過程，在課程教學(xué)過程中應(yīng)將思想政治工作體系貫通其中，并不斷地進(jìn)行教學(xué)改革的研究與探索，為國家的教育事業(yè)貢獻(xiàn)一分力量。