“信號與系統”課程探究式學習的研究與實踐

李 敏，張維維，劉 燕，姜明新

(大連民族學院信息與通信工程學院，遼寧大連 116605)

“信號與系統”課程探究式學習的研究與實踐

李 敏，張維維，劉 燕，姜明新

(大連民族學院信息與通信工程學院，遼寧大連 116605)

在“信號與系統”課程的教學過程中引入探究式學習的教學方法和教學理念，實踐于課堂教學、實踐教學、課外雙語教學及知識拓展訓練等各個教學環節中，激發了學生的學習興趣，收到了良好的效果。

信號與系統;探究式學習;教學方法;教學改革

“信號與系統”是高校電氣信息類專業的核心專業基礎課，它以高等數學、工程數學和電路分析為基礎，同時又是后續專業課的基礎，在課程結構中起著承上啟下的作用，是學生合理知識結構中的重要組成部分，在發展智力、培養能力及綜合素質方面，起著極為重要的作用。著名教授Alan V.Oppenheim在他所著教材《Signals and Systems》的前言中指出，該門課程能夠成為工程大學生在大學教育階段所修課程中最有得益而又引人入勝和最有用處的一門課［1］。該門課程的重要性是其它課程不可替代的，因此，在全國的碩士研究生統一考試中，該課程一直被通信與信息系統、電路與系統、信號與信息處理等研究生專業列為考試科目。

1 現狀分析與研究目標

1.1 現狀分析

“信號與系統”課程既涉及“高等數學”“電路分析”等先修課程的內容，又為后續“數字信號處理”“隨機信號分析”“通信原理”及“自動控制原理”等專業課程的學習奠定基礎。因此，學生對該門課程掌握的程度將直接影響高校對學生的培養質量。但以往的教學效果并不理想，學生對該門課程學習的興趣不高，究其根源，主要體現在以下幾個方面:

(1)該門課程的特點是理論性強、技術性強、應用背景強，其課程內容抽象、概念多、方法多、數學公式多，要求學生有較扎實的數學基礎，被譽為是21世紀信息化時代打開電子信息科學的一把鑰匙［2］。因此，由于該課程知識點多、覆蓋面廣，歷來是教學中的難點，長期以來一直存在著難學、難懂和學了不會用的問題［3］。

(2)由于該課程中涉及到的一些基本而重要概念，應依靠教師在教學過程中的深刻理解和引導來建立，不宜完全通過學生自學來掌握，因此，教師在教學中重視知識的繼承，把精力大多停留在算法的理論及其推導上，較小涉及實現方法及相關的軟硬件技術，導致學生被動接受知識，缺乏知識的應用方面訓練，當然也談不上創新意識和創新能力的培養。

(3)學生普遍缺少甚至沒有最基本的專業知識，加之近些年的擴招使入學學生的素質平均水平相對下降，學生的數學基礎相對薄弱，繁雜的數學內容和數學結果使學生往往停留在脫離實際地從數學到數學，導致數學模型多、抽象難懂，使理論聯系實際比較困難，甚至學完了課程還不知道什么叫系統，形成了公式多難記憶、脫離應用難理解的惡性循環。

1.2 研究目標

為了提高該課程的教學質量，針對以上三個方面的問題，筆者根據大連民族學院信息與通信工程學院的實際情況，對該課程的教學模式和教學方法進行了不斷的探索與改進，改變傳統的“以知識為本”的教學模式，逐步轉化為“以學生發展為本”的教學模式。在教學過程各個方面采用探究式學習方式，強調學生的主體地位，其主要目的是，在分析問題與解決問題的過程中有利于啟發學生思路，加深對原理、方法所依據的理論的理解，培養應用知識的能力和獨立思考能力，從而使學生學到的不是一堆僵化的理論而是有用的活知識。

2 探究式學習的研究與實踐

探究式學習作為一種科學、先進的學習方式而存在，是指學生圍繞一定的問題、文本或材料，在教師的幫助或支持下，自主建構答案、意義、理解或信息的活動過程。在探究式學習中，學習不再是知識的傳輸過程，而是知識的建構過程，教師根據一定的教學目標，有計劃地組織、幫助和引導學生合理有效地開展學習。在基于探究式學習的教學活動過程中，教師、學生組成自主平等、相互尊重、相互協商、相互質疑與批判的知識共同探究體，學生完全享有和承擔自主構建個人知識的權力和責任，以培養學生獨立思考、批判性思維、創新性構建知識的能力為目標。在探究式學習過程中，學生由于知識積累不足和生活經驗貧乏以及探究能力所限，形成錯誤的結論在所難免，教師要合理、適時地引導學生進行反思。反思對學習質量的提高是很關鍵的，反思不僅是對現時進行的探究學習活動的回顧，以加深認識，找出偏差與不足，而且是對學生本身認識問題能力的一個提高和升華［4］。我院在“信號與系統”課程教學過程的各個環節嘗試使用探究式學習方法，收到了較好的效果。

2.1 基于探究式學習的課堂教學

課堂教學不能一味地強調教師的“教”，更要關注學生的“學”，不能只有教師的聲音，要經常刺激引導學生的思維，激發學生的積極性和創造性。探究式學習可營造課堂教學中教師與學生民主平等的合作氛圍，教師是課堂活動的組織者和引導者，學生不再是知識的被動接受者，而是知識的構建者，這種課堂氛圍可培養學生勤于思考的習慣，勇于創新的精神。比如在講解拉普拉斯變換的“初終值定理”時，教師首先在課堂上介紹該定理的內容并完成數學推導，為學生建立起該定理的前提基礎，創造探究式學習的內在條件;然后讓學生在課后認真研究該定理的使用條件及注意事項，并在下次上課時讓學生到講臺上為大家講解自己的理解;最后教師對學生的講解進行點評和總結，合理評價學生的探究結果，引導學生進行探究學習中的反思。通過在課堂教學中引用探究式學習，收到了較好的效果，學生的體會主要表現在:一是他們不再覺得公式和定理難懂、難記、難用了;二是體會到聽課要比自學節省很多時間;三是自己學習理解的知識沒有老師講解的深刻透徹。最終的效果是學生懂得珍惜課堂時間，提高了上課的聽課效率和出勤率，習慣了課后自己看書消化理解課上所學的知識和內容。

2.2 基于探究式學習的實踐教學

實踐教學要著眼于工程應用和科學研究能力的訓練，即應具有多樣化、多層次、綜合化、重能力培養的目標，同時還要給學生提供個性發展的空間。不能局限于對理論教學的驗證和補充以及從理論到理論的設計與綜合，應開發一些貼近生活實際、能讓學生感受到的“信號與系統”的理論在實際中應用的實驗項目。比如傅里葉分析的知識一直是“信號與系統”課程的重點和難點，也是學生們在學習中最感到頭疼和抽象的部分，是建立頻域概念的敲門磚，就好像是該門課程的瓶頸一樣，這部分內容學好了，整個課程內容就感覺輕松了。針對傅里葉分析的原理，我院教師開發了“音樂的分析與合成”“語音信號的采樣及頻譜分析”“心電信號各波頻譜分析”“強噪聲背景下語音信號的檢測和提取”等精品實驗項目。這些精品實驗項目屬于開放性實驗，由學生自由組成實驗小組，在教師的指導下利用課外時間通過探究式學習來完成。通過這些精品實驗使學生對頻譜、頻域等概念都有了深刻的理解，他們開始了解傅里葉分析應用范圍的廣，那種以往學習這門課就好像是在學數學的感覺沒有了，對這門課程也產生了深厚的興趣。所以，聯系專業應用實際使“信號與系統”課程充滿了生機，還原了其應有的生命力。

2.3 基于探究式學習開展本課程的雙語教學

雙語教學是我國高等教育教學改革的一個熱門話題。實施雙語教學是我國高等教育適應經濟全球化趨勢，培養具有國際合作意識、國際交流與競爭能力的外向型人才的重要途徑。在高校開展雙語教學，尤其是理工科專業課程的雙語教學，為的是讓學生從外語原版書籍中接觸到本專業的一些前沿知識和最新研究進展，同時也是為了提高學生閱讀外文科技文獻和資料的能力，了解本專業在世界上的地位和發展情況，開闊學生視野。為此，必須為雙語教學配以適當的課外實踐環節，為學生提供一個多樣化、互動性強的課外學習環境，以增強學生的探究式學習和合作式學習能力。比如在教師講授完傅里葉分析的知識后，為學生提供一些有關傅里葉分析在專業實際中應用的英語專業文獻，讓學生在接觸外語文獻的過程中增長專業知識，了解本學科的最新發展趨勢，了解國外專家解決問題的思路和方法。在指導學生閱讀時，要明白這樣的觀念，閱讀的目的不止是為了提高語言水平，閱讀的過程首先是吸收知識的過程，通過這種吸收知識的過程，學生自然而然地提高語言水平。探究式雙語教學活動有效帶動學生閱讀專業英語文獻的熱情，極大地提高了學生們的專業英語翻譯能力，同時開拓了學生們的專業視野，了解了本課程教學內容所體現的專業領域，激發了學生學習本門課程的積極性。

2.4 借助互聯網開展探究式學習

學好基礎理論和學以致用是本課程學習目的的一個方面，如果局限在“學好”基礎理論或片面強調從實際出發，用什么學什么，都不是本課程的學習目的?！靶盘柵c系統”課程強調理論聯系實際，原理、方法與應用三結合，強化內在聯系，在“結合”上狠下工夫。這種“結合”除了體現在實踐教學環節上，還可以通過在課外開展探究式學習與研究的方式實現。一門課程在專業中所處的位置及重要性僅憑教師在課堂上講是不能讓學生信服的，而且課堂教學的時間畢竟是有限的，一些內容沒有充足的時間在課堂上展開。為了有效地拓展課外探究式學習和研究，彌補課堂教學的不足，以網絡資源為補充，營造培養學生自主學習和自主創新能力的環境。具體做法是，在課程教學進行的每一個階段，教師都要引導學生利用互聯網查找資料、展開學習與研究，了解該階段教學內容在實際中的應用情況，不同學派的不同觀點、看法甚至質疑，學會發現問題，學習和借鑒前人的研究思想和方法。借助互聯網開展探究式學習，既訓練了學生查找資料的能力，同時也使學生通過網上的相關內容了解到“信號與系統”課程對理工科大學生的知識、能力及綜合素質的培養有著重要和深遠的影響，及其在信息與通信工程中的重要地位。

通過在“信號與系統”課程中開展探究式學習之后，學生們對這門課程產生了深厚興趣。在此，摘錄一些學生在座談及問卷調查中的感想來說明探究式學習的效果?！靶盘柵c系統這門課程光靠自我學習是不夠的，如果課上不能與老師的思路同步，課下很難自己做到每一個重點難點的解析。”“信號與系統課程不是在一個方面的知識深度研究下去，而是大范圍的研究知識，這就需要一種綜合探究能力，在任何一個方面的瘸腿都有可能導致這門功課學習的偏頗?！薄巴ㄟ^在實驗中對實際語音信號的采樣分析和處理之后的明顯效果，內心充滿了好奇，感到所學到的知識越跟實際聯系就越會激發人的好奇心和學習的欲望，我們應該學會如何把所學理論知識轉換成實踐性的技術而產生價值?！薄霸谟肕ATLAB分析信號時，當我真正的得出正確的輸出波形時，心中充滿了成就感，并從中獲得很多快樂，所以我對信號分析也產生了一定的興趣?！?/p>

3 結語

時代在前進，培養目標與培養模式也在前進。當前高校教學工作應該如何進行，才能跟上前進的步伐，培育出高素質的創新型人才?這的確是每位教師共同關心的問題，也是教育工作者深化改革的永恒主題。本文通過在“信號與系統”課程的教學過程中采用探究式學習的教學方法和教學理念，動態地完善教學手段，再配以期中、期末的考試手段，能夠在一定程度上提高教學效果，激發學生的學習興趣。但還不夠成熟，還要不斷地探索與實踐，希望通過和相關的教師們共同研討、改革、實踐來促進“信號與系統”課程教學質量的逐步提高，以實現我們共同的愿望。

［1］OPPENHEIM A V，WILLSKY A S，NAWAB S H.Signals and Systems 2nd ed［M］.劉樹棠，譯.西安:西安交通大學出版社，1998.

［2］吳湘淇.信號與系統［M］.3版.北京:電子工業出版社，2009.

［3］李敏，陳興文.信號分析與處理的軟硬件實現［M］.大連:大連海事大學出版社，2009.

［4］齊雪林.淺析基于探究式學習的大學課堂教學［J］.高等理科教育，2011，(1):93－96.

Research and Practice of Inquiry－based Learning in Curriculum of Signals and Systems

LI Min，ZHANG Wei－wei，LIU Yan，JIANG Ming－xin
(College of Information and Communication Engineering，Dalian Nationalities University，Dalian Liaoning 116605，China)

Signals and Systems is a core basic course of Electrical Engineering and Information Professional.In order to improve the quality and effectiveness of the teaching and cultivate the high－quality innovative talents，Inquiry－Based Learning is introduced into the teaching process of Signals and Systems as new teaching method and concept.The teaching process includes various teaching such as classroom teaching，practice teaching，extra－curricular bilingual teaching and knowledge development training.Inquiry－Based Learning stimulates students＇interest in learning and has good teaching effectiveness.

Signals and Systems;inquiry－based learning;teaching methods;teaching reform

G642.0

A

1009－315X(2012)05－0498－04

收稿日期:2012－03－30

李敏(1962－)，女，遼寧開原人，教授，主要從事信號及信息處理方面的教學與研究工作。

(責任編輯 劉敏)