應用型人才培養目標下的信號與系統課程教學模式

　　摘要：建立一種行之有效的、應用型人才培養目標下的信號與系統課程教學模式已成為當前人才培養的重要課題。本文從師資隊伍建設、教材建設、教學方法改革、實踐環節改革等方面對應用型人才培養目標下信號與系統課程的新的教學模式進行論述。
　　關鍵詞：應用型人才培養；教學方法；師資建設；教材建設；實踐教學
　　
　　隨著我國社會經濟和科學技術的迅速發展，各行各業需要大量具有寬厚的專業理論知識和突出的實踐能力的“應用型人才”。本科院校成為培養本科層次應用型人才的主體，既符合我國社會與經濟發展的客觀要求，也是我國高等教育多元發展的必然趨勢。在我國高等教育大眾化階段，教育質量問題越來越受到人們的關注，培養什么樣的人才，怎樣培養人才等問題己經受到各方面的重視[1]。
　　1師資隊伍建設是應用型人才培養的根本
　　在高校培養人才過程中，教師和課程是兩個起決定作用的因素。只強調其中一方都達不到理想的教學效果。師資培養是教育改革的前提，改革成功與否關鍵在于教師的參與程度。只有教師認同改革理念，參與改革過程，才能使改革成功。教學方法、教學手段、教學內容的改革，都只有通過教師才能得以落實。
　　教師專業發展是課程改革的重要內部支撐力量，有效的課程領導是教師參與課程改革的重要外部支持系統，內外相結合，才能推動教育改革的進程。教師不僅是知識的傳授者，更應是學生全面發展的促進者。因此，在教師培養過程中，對教師的人格修養、人文素養、教育反思能力、激活創造能力、開發和利用課程資源的能力、支持學生有效學習的能力等都提出了更高的要求[2]。
　　多年來，我們一直重視教師隊伍建設，并結合“信號與系統”省級精品課建設，組織了一支精干的教學隊伍。本門課程的教學人員共7人(博士4人、碩士3人)，其中教授2人、副教授3人、講師2人，由此形成了以教授為龍頭、副教授為骨干、講師為中堅的教學隊伍。梯隊教齡、職稱的分布合理形成了一支高水平的老中青結構合理的教師隊伍。這些教師長期從事“信號與系統”課程教學，并工作在科研第一線，負責或參加多項科研項目，具有較強的科研能力，有多年從事教學與科研的群體優勢。大家積極開展科研活動，以科研促進教學，注意將科研成果及時滲透到教學中，使課堂教學水平不斷提高，也為學生開拓思路和了解學科前沿打下基礎，他們先后指導學生設計并完成了多個開發課題，同時，在教學過程中每周都組織教研活動，結合學科的發展動態規劃課程教學體系，根據教學內容交流教學方法和教學手段，發現新問題及時解決，做到資源共享。這支教學隊伍可以說是一支既能從事教學又能從事工程實踐的“雙師型”教學團隊。
　　2教材建設是應用型人才培養的保障
　　教材建設是課程建設的重要組成部分，它既是課程培養目標和基本要求的具體體現，也反映了教師的教學理念。因此，我們必須將以應用型人才培養為目標的課程體系和教學內容改革的成果落實在教材建設上。教材建設中，我們應注重體現基礎性和先進性，體現人類的認知過程和認知規律，體現知識點之間的內在聯系，體現專業特色，特別要注重理論與工程實際之間的聯系。
　　為此，我們新編了信號與系統系列教材，在進行主教材編寫的同時，同步進行多媒體課件的制作，并計劃逐步編寫“信號與系統復習指導書”和“信號與系統實驗講義”，建立信號與系統的教學網站，實現教學錄相上網，構成和諧完整的立體化教材體系。
　　與以往同類教材相比較，主教材的編寫具有如下創新點。
　　1) 加重離散部分內容，適應計算機專業需要。由于信號與系統課程屬于專業基礎課，其重要功能就是為后續課程打基礎。隨著計算機的使用以及相關課程不斷增補到各電類專業授課計劃中，尤其是計算機專業，為了滿足后續課及新技術發展的需要，在信號與系統課程教學過程中加強離散信號與系統分析勢在必行。基于此，主教材將離散部分分析與連續部分分析并行，進而強調離散部分的重要性。
　　2) 每章配備應用舉例和習題，增強內容吸引力。根據每章的具體內容，結合當前通信(如網絡通信，3G等技術)、自動控制(如系統設計、空間技術)、信號處理(如模擬、數字濾波器、計算機圖像處理等)方面的最新技術，結合教師多年的科研實踐增加新的應用舉例。同時，在每章的課后，配備適量的習題，力求使習題與實際相結合，避免學生出現單純做題的現象，這有助于激發學生學習的志趣和熱情，推動學生靈活、深入地理解和掌握基本概念。
　　3) 科技應用軟件Matlab的應用，可以增強學生對本課程的理解能力和分析問題、解決問題的能力。為了加強理論知識與實際相結合，培養學生的應用能力及工程素質，教材單設一章，專門討論Matlab在信號與系統分析中的應用問題。同時也根據課程的特點設計若干基于Matlab的仿真實驗，通過在計算機上模擬信號的分析處理過程和系統功能，完成各項實驗內容，從而代替傳統的試驗箱進行的演示實驗。同時，它也可以復習和強化信號與系統課程中的一些重要概念。是對信號與系統分析的鞏固和驗證，有助提高學生利用計算機輔助分析方法解決問題的能力。
　　先進適用的教材不僅對推進教學現代化，提高教學質量具有明顯的效果，而且能夠培養學生的創新意識。信號與系統課程教材建設涉及到教育思想、教學內容、人才培養規格和知識結構等方面，是一項系統工程與基礎工程。教材建設要求教育工作者要轉變教育觀念，以素質教育為中心，把傳授知識、培養能力和提高素質三者有機結合起來，并融為一體，不斷改進，以期達到令人滿意的教學效果[3]。
　　3教學方法的改革是應用型人才培養的必要手段
　　教學改革的核心是教學方法的改革，教學方法主要體現在課堂教學過程中。在課堂教學中，如何實現由以教師為中心向以學生為主體、教師為主導轉變；由單向灌輸向師生互動轉變？如何將知識傳授與綜合能力培養相結合？對此，我們進行了較深入的探索和實踐，在信號與系統課程的課堂教學中綜合使用了3種教學方法。
　　1) 全面推行“問題”教學方法。應用型人才培養的思想強調以培養學生發現、分析、解決問題的能力為主要目的?！皢栴}式”教學法就是教師以設置問題或提問方式引入知識點，引導學生思考并鼓勵學生回答。此種方法的正確使用對于提高學生的素質和學習興趣、調動學生的主觀能動性、培養學生的創新能力都有積極作用。圍繞問題展開教學活動，激發學生自覺思考、主動探索，引導學生不斷發現問題、提出問題、分析問題并最終解決問題，培養學生的創造性思維。
　　“問題”教學法的關鍵是首先找出教學主題的切入點，激起學生強烈的興趣(以引起好奇，產生疑問為主要特征)，產生學習的內動力，進而把興趣切入到對教學主題的討論上。比如在信號與系統教學中，在介紹一些重要理論之前，可通過一個例題或工程實際問題或實驗演示來引入問題，設置疑點，使學生處于思維興奮狀態，然后展開討論，最后進行歸納總結，并實時進行課堂互動測試。教師只要精心設計，很多教學內容都可以找到恰當的切入點。這種教學方法的設計可以使學生充分融入到課堂中去，使課堂氣氛變得活躍，使學生的學習熱情被調動起來，激發學生的參與意識和求知欲望[4]。
　　2) 現代化教學手段的運用。利用Matlab超強的數值計算和波形繪制能力，使復雜的數學計算和變換變得簡單明了，這有利于幫助學生將視線從教學計算的過程轉向計算結果所對應的物理意義；Matlab也為實現信號的可視化及系統分析提供了強有力的工具。Matlab強大的工具箱函數可以分析連續信號、連續系統；同樣也可以分析離散信號、離散系統，并可以對信號進行各種分析或計算，如相加、相乘、移位、反轉、傅里葉變換、拉氏變換、Z變換等多種計算。如果教師能結合以圖形來輔助教學，那就能達到事半功倍的效果，從而提高教學質量及效率[5]。
　　
　　3) 結合課程所學內容，抓住當前新技術，制定課外作業。在實際教學過程中，除了書本上的作業以外，還要找出與現代先進技術的契合點，結合所學內容及時找出學生感興趣、想了解的“信號與系統”理論的應用領域。例如，在學習信號與系統頻域分析以后，可以根據學生最熟悉的手機及互聯網技術提出：為什么大家的手機號碼不同？一代手機(模擬)與GSM手機的通訊原理有什么不同？為什么GSM和CDMA手機卡不能通用？3G是什么意思？調制解調器在網絡通訊中的作用是什么？學生可以選作，但是必做其一。
　　4實踐環節是應用型人才培養的有力平臺
　　應用型人才培養要求工科高等教育應針對綜合素質教育，而非應試教育。傳統的教學模式必須向提高學生綜合素質、理論與實踐相結合的能力的目標發展，并將培養學生的創新精神與創新能力作為重點。在達到和實現這一目標過程中，實踐教學改革起著至關重要的作用，加強實踐教學環節的改革已勢在必行。我們將信號與系統的實踐教學分為實驗環節和課程設計兩個方面。
　　4.1實驗環節
　　信號與系統實驗可以加深對信號與系統理論的理解，掌握實際信號與系統處理技術。實驗課不是課堂教學的補充或可有可無的形式，而是課堂教學的延伸。實驗教學和理論教學是一個統一的有機體。根據實驗教學目標的層次劃分，我們將信號與系統的實驗分為兩個層次。
　　1) 基于硬件實驗箱的基礎實驗。作為基礎型實驗是以驗證性為主的實驗，主要針對原理性和抽象性強的知識點進行原理性的演示和驗證。目的是培養學生的動手能力和實際操作能力。信號與系統課程共開設4個基礎性硬件實驗，分別為“數字示波器的使用”、“零輸入、零狀態及完全響應”、“非正弦周期信號的分解與合成”以及“線性系統的頻率特性測試”。
　　2) 基于Matlab的仿真實驗?；贛atlab的信號與系統仿真實驗主要以綜合性為實驗內容。綜合性實驗綜合和升華信號與系統的知識點，將部分分散的理論知識點進行有機整合，同時與其他課程或實際系統相聯系，拓寬和加深學生的知識，實現從知識點到知識面的過渡，培養學生的創新性和科研素質。
　　在Matlab系統仿真實驗中，共有5個實驗，分別為“周期信號頻譜分析與綜合”、“信號的矩形脈沖抽樣與恢復”、“系統函數零極點及穩定性分析”、“信號調制與解調”、“低頻濾波器設計及驗證”。采用Matlab仿真實驗，可以做到一人一組，甚至學生可以突破時間和空間的限制，在任何地方利用計算機完成實驗，通過電子郵件等各種形式提交仿真程序和實驗結果，實驗方式具有極大的靈活性，從而有利于提高學習效率。其次，實驗課程中計算機仿真技術和網絡技術的結合，使遠程仿真實驗融入到了網絡教學中，完善了遠程教學系統。
　　4.2基于各種大學生設計競賽的自主課程設計環節
　　課程設計從應用型人才培養目標出發，培養學生掌握并運用信號與系統基本理論、基本知識和基本技能。全國大學生電子設計競賽、大學生創新設計大賽等一系列科技競賽活動有助于高校實施素質教育，培養大學生的創新能力、協作精神和理論聯系實際的學風；有助于學生工程實踐能力的培養、提高學生對實際問題進行電子設計制作的能力。
　　我們設定的自主設計，如“數字式頻譜分析儀設計”、“數據采集與傳輸系統設計”、“音頻信號分析儀”、“程控數字濾波器”等題目都是以提高學生自主創新意識和實際工程應用設計能力作為主要培養目標?；诖髮W生設計競賽的自主設計優點在于相同的題目，不同的學生設計的過程可能完全不同，它既鍛煉了學生獨立分析問題和解決問題的能力以及創造性思維能力，又使學生在第一時間了解到科學發展的新動向，盡快掌握新技術并熟練運用。
　　5結語
　　信號與系統是一門理論與實踐并重的課程，對師資、設備、教學方法和實踐環節要求都很高。隨著我國社會主義市場經濟體制和經濟結構的戰略性調整，社會各方面對應用型人才的需求量越來越大。這就要求我們要加大應用型人才的培養力度，在新的培養目標下相應地調整教育教學思想和方法。以上是我們信號與系統課程小組的想法和做法，它還有很多欠缺和不足，但希望以此起到拋磚引玉的作用，并且能和同行一起，通過討論，建立起一套適合普通院校的應用型人才培養目標下信號與系統課程教學改革的新模式，不斷地從教學實踐中提升教育理論，再以教育理論指導實踐，從而探索出一條應用型人才培養的有效途徑。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 王玉萍. 地方性本科院校應用型人才培養研究[D]. 武漢：華中農業大學，2009:6.
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