《信號與系統》課程教學改革的探索與實踐

摘要: 《信號與系統》課程是高校電類專業的一門重要的學科基礎課。本文提出了《信號與系統》課程教學的一系列改革措施，包括教學內容、教學方法、實驗教學等幾個環節的改革。

關鍵詞: 《信號與系統》課程教學內容教學方法實驗教學

《信號與系統》課程是高校電類專業的一門重要的學科基礎課，主要研究信號與線性系統的基本概念、原理、方法與工程應用，是一門理論性與技術性都較強的課程。該課程是學習《數字信號處理》、《現代通信原理》、《自動控制理論》等諸多后續課程所必備的基礎。這門課程的教學質量直接影響到電類專業的教學質量，以及畢業生的綜合素質。

一、課程特點

本課程把具體系統的物理功能抽象為系統的數學模型，經過數學解析，再回到物理實際，以揭示信號與系統的一般特性。通過學習，學生可牢固掌握信號的描述、分解、變換、運算，以及系統的時域、變換域分析的基本原理和基本方法，理解傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換的數學概念與工程系統概念，掌握利用信號與系統的基本理論分析和解決實際問題的基本方法。

闡述這些原理、概念和方法的教學過程在很大程度上就是數學解析、變換與反變換的過程，不少學生會感到過于抽象、繁瑣，產生難學、難理解的情緒，有些學生甚至錯誤地把它當作數學課來學。所以，如何引導學生正確地學習這門課程，改變“教師難教，學生難學”的狀況是目前亟待解決的問題。

二、教學內容的整合，教學方法的改進

1.注重基本理論、基本概念和基本方法，淡化計算技巧。

《信號與系統》課程與現代數學關系緊密，理論性很強，實際應用很廣，具有高度概括和較為抽象的特點，教材中數學公式較多，如果照本宣科，勢必成為定義、證明、推論、解析的純數學討論。因此，在數學解析過程和引出結論、定理時，教師一定要強調闡述數學解析的物理含義，注意闡述信號分析與系統分析的物理解釋，以引導學生運用現代數學工具，切實掌握信號與系統的基本概念，從而進入信息科學之門。

教師在教學內容安排上應采取難點分解，由淺入深、循序漸進的原則，突出課程體系的系統性，使學生在掌握基本內容、理清概念的基礎上，學會科學的思維方法和綜合解決問題的能力。

教師在課程結構上應采用連續、離散兩大系統并行的體系，采用先連續后離散、信號分析方法與系統分析方法密切結合的方式，即不同的信號分解方式引出不同的系統分析方法，以適應系統分析的不同需要。同時應用時域分析法和變換域分析法兩條路徑，透過數學的抽象變換，使學生看到信號與系統理論中時頻分析相互交融、時域與變換域相互映射的物理本質。

在計算機廣泛應用的今天，離散系統、各種混合系統的應用更加普及，連續時間信號與系統的離散化處理變得日益重要，所以教師在授課時絕不能將連續與離散兩大信號與系統孤立地進行討論，一定要比對講解。因此，在分析離散時間信號與系統時域之后，教師應專門講解離散時間系統與連續時間系統時域分析的比較，具體介紹微分方程近似為差分方程、卷積積分近似為卷積和的內容。在教學《離散時間系統變換域分析》一章時，教師應專門討論Z變換與拉普拉斯變換之間的關系，以及各種傅里葉變換之間的關系，特別是連續信號的頻譜與其對應的采樣序列的頻譜之間的關系。

在教學過程中，教師要注重基本理論、基本概念和基本方法，淡化計算技巧。將數學概念、電信號概念及工程系統概念有機結合，以現代信息的觀點審視傳統內容，這樣可培養學生綜合應用所學知識進行科學觀察、進行新知識探求的能力。

2.注重教學方法改革，加快教學信息化建設和現代教育技術的應用。

(1)注重調動學生的參與性，加大啟發式教學的力度。

對于學生來講，能從宏觀角度掌握信號與系統理論是有一定困難的。所以教師在講述過程中，一定要加強對數學解析的物理含義的闡述，這樣才有利于激發學生的學習興趣，提高學生的學習熱情，培養學生邏輯性、創造性思維的能力。在課堂上師生之間應有思想交流，教師應加大啟發式教學的力度和調動學生的參與性，在課前教師應認真設計教學中向學生提出的啟發性問題。

教師還應借助先修課程《電路分析基礎》、平行課程《模擬電子技術》和《數字電子技術》的已學知識來闡述《信號與系統》課程的新內容，培養學生綜合應用所學知識進行科學觀察、進行新知識探求的能力。

教師在講授系統的概念，信號與系統的關系，以及系統的特性時，應盡量多運用學生在實際生活中接觸到的例子，如電視、掃描儀、手機通訊等來進行闡述。這樣有助于學生對于一些抽象的概念的理解。

(2)加快教學信息化建設和現代教育技術的應用

在《信號與系統》課程中，有許多的概念比較抽象，教師難以用文字簡單表達，借助集文、圖、動畫于一體的多媒體課件和電子教案則可以有效地表達和展現這些概念。因此，教師應充分利用現代教育技術，引入MATLAB仿真軟件，編寫系列課程電子教案和網絡課件，并在教學實踐中不斷豐富和完善這些教學手段和方法。

現代教育技術的應用還反映在教師和學生的互動上，這門課程應是課堂教學、實驗教學、課程研討相結合進行的。教師把課程研討的一部分內容放在課上，另一部分內容放在互聯網上，以現場答疑、現場討論的形式進行，這樣能給師生提供一個輕松、便捷的交互空間。

三、實踐教學環節的改進

本課程是理論與實際緊密結合的課程，教師在教學方法上應采用理論教學與實驗教學并行的教學方法，即學生需要邊學習、邊實踐、邊研討。

實驗教學是培養學生創新意識和創新能力的重要環節，是培養學生工程素質的重要教學手段。過去教師主要是應用MATLAB軟件研究信號的分解、合成，以及研究信號頻譜特性。但是僅僅在“虛擬”環境下進行實驗是不夠的，這樣很難使學生建立起真正的系統的概念，了解信號與系統的特性。因此教師應改革實驗方針，開設培養學生創新能力的綜合性實驗，例如充分利用學生在《電路分析基礎》、《模擬電子技術》和《數字電子技術》課程中所學的知識，在部分實驗中讓學生自行用硬件設計并實現信號處理系統，用軟件配合進行系統分析。這樣可以激發學生的學習興趣，從而幫助學生理解和掌握課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法，提高學生綜合應用所學知識解決實際問題的能力，從而提高教學質量。

四、結語

在《信號與系統》課程的教學過程中，教師應采用課堂教學、實驗教學、課程研討相結合的教學方法，淡化計算技巧，注重基本理論、基本概念和基本方法，以現代信息的觀點審視傳統內容，使學生不僅學到知識，而且受到提升認知能力的訓練。

在當前形勢下，課程體系的優化和教學方法的改革勢在必行，這也是提高教學質量的必由之路。要想達到預期的效果，教師就要在教學過程中不斷思考、不斷探索、不斷實踐、不斷總結，不斷提高教學水平。

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