創新性思維在信號與系統實驗教學中的探討

王忠勇，許瑩婧

(武夷學院電子工程系，福建 武夷山 354300)

信號與系統是電子信息技術、通信工程、信號圖象處理等專業的一門重要的專業基礎課，課程內容涉及多個學科，實用性強，對后續專業課起著承上啟下的作用。［1］該課程涉及的基本方法和基本理論應用于工業生產和信息產業的各個領域。信號與系統的教學中，實驗質量關系到學生創新能力的培養和動手能力的提高，是一個非常重要的教學環節。［2］長期以來，“信號與系統”課程多采用理論教學方式，忽視實驗教學，所做的實驗都是驗證性的，綜合性和創新性實驗少，極大地影響了學習效果。由于缺少創新性實驗教學，學生將精力和時間用于繁雜的手工數學運算，不能真正理解理論知識在實踐中的實際應用。運用創新性思維，設計實驗，增加創新性實驗在教學中的比重，強化綜合性實驗設計，培養學生在學習中的主動性和積極性，提高學生分析和獨立解決問題的能力，不斷提高教學質量。［3－4］

本文總結了我們在信號與系統實驗教學改革中開展創新性實驗教學的經驗體會。由于信號與系統課程的基本概念、基本理論和分析方法都非常重要，為此在學習本課程時，開設必要的實驗，對學生加深理解深入掌握基本理論和分析方法，培養學生分析問題和解決問題的能力［5］是必須的，對增強學習的興趣有極大的好處，做好本課程的實驗，是學好本課程的重要教學輔助環節。

一 實驗的創新性設計

1.實驗內容的設計。

信號與系統的實驗教學中，需要通過實驗提高學生動手能力，培養創新能力，為此我們課題組教師精心設計每個實驗，對實驗內容、實驗方法進行認真的研究，對驗證性實驗在原有的基礎上改進內容，提高實驗要求，對創新性實驗和綜合性實驗，不給出結果，只給出研究方向，重在強化學生運用已學知識分析問題的能力，讓學生在得到實驗結果時，學會自己分析結果。對于學生的分析結果，從積極的角度來考慮，不打擊學生學習和探索的積極性。

按照實驗大綱的教學要求，安排2－3名教師深入企業生產過程，提取符合學生水平的內容用于實驗中，結合理論課程的教學，形成一個包括軟件和硬件的完整系統。在保證時間和實驗條件可行的情況下，實驗內容選定的難度不斷拓寬，利于培養學生不斷提高專業素質。例如我們深入企業聯合開發電子類產品，如非線性電機的控制電路、煙草烘烤溫控電路等生產項目，這些實驗選題內容新穎，緊密結合實踐，富有創新性和實用性，為學生動手能力的培養提供了很好的機會。

2.實驗與科研項目結合。

在實驗內容的設計上，我們積極與有科研項目的老師配合，結合工程實踐和科研課題，從不同層次的科研項目中提取實驗部分的內容，經過改進后作為學生的創新性實驗。這些實驗著重于對理論知識的創新。通過對學生的調查反饋表明，這些課題類的實驗可以使學生及時了解本領域最新的知識，更好地培養學生創新能力和動手能力。

3.學生自己設計實驗。

由于信號與系統對實驗的要求比較好，我們課題組在實驗部分，對某些實驗由驗證性實驗變為探索性實驗，增加學生設計實驗的環節，所有的實驗內容均為設計性的。每個實驗只給出課題，只提供基本的設計思想，不提供具體的電路與程序。教師組織學生分析實驗設計情況，對分析正確的實驗再設計方案實施，這種學生設計的實驗，具有隨機性和不確定性，可以將不同學生的思維整理放大，并相互學習具有很好的價值。實驗課的特點就是學生可以自己動手，信號與系統課程的驗證性的實驗比較簡單，實驗目的和實驗過程以及實驗步驟都是設計好的，學生只要按照要求做，實驗結果可以和標準答案比較。實驗的過程就是探索的過程。

二 培養學生的創新性思維

為了培養學生的創造性和發散性思維，［6］我們增加了創新性實驗的比重，用創新性實驗輔助理論知識的學習，在教學的過程中以開拓學生的思維為主。對綜合性實驗題目，不能遵循已有的定理和公式，不提前為學生提供答案，學生在解答了問題后急于知道的是其標準答案。而對于和實際問題結合緊密的信號與系統是沒有標準答案的，在不同的條件認定下，在對問題從不同的角度審視時，解決問題的方式和方法是不同的，對結果優劣的評價也是相對而言的。

在實驗過程前首先提出問題，讓學生從不同角度提出不同的解決方案，共同討論在處理問題時可能出現的情況，在討論中得到有創造性的思想和獨到的見解，比較不同解決方案的優缺點，逐步培養學生的創新性思維。通過這種方法提高了學生的學習熱情，不斷發現在學習上存在的不足，拓展了學習思路，這是運用創新性思維教學的成果。

1.從不同角度分析實驗結果。

信號與系統課程是專業基礎課，實驗內容主要訓練學生通過觀察實驗結果，分析實驗數據，從而找出事物之間相互的關聯。例如在分析一個實驗的信號電流時，就從不同測量時刻的影響因素，電路的輸入端，中間干擾環節等幾個方面著手，通過學生自己去調研及合理設定來分析。在不同的假設下，模型與結論可以是完全不同的，培養學生全面分析問題的思維。

學生在做完實驗后，都要安排對實驗結果的分析，我們認為對試驗結果的分析和做實驗是同等樣重要的，可以使學生在相互評議中了解別人的想法并從中得到啟發。尤其是在設計實驗階段，由同學分析別人設計的實驗，教師點評，然后和得到的實驗結果分析比較，學生能從這個過程中學會很多，當然這對教師的要求也相應提高了。

2.從模仿到創新。

對工科類的學生，要學會創新，首先是模仿，模仿是創造的基礎，目的是要逐步培養學生豐富的想象力，能利用實驗研究一些未知的事物，比如，在試驗中，可能會得到預先沒想到的結果，對這些結果的分析，就需要從模仿開始學起。在學生具備了初步的設計實驗能力以后，就要開始學習設計探索性的實驗。模仿同時也是學習的過程，每做完一個實驗，相當于完成一個小課題的研究。這種全新的設計性實驗。首先要將已有的實驗，從實驗目的到實驗過程，以及實驗結果一步一步地分析，看這個實驗是要揭示什么原理，為什么要這樣設計，具體要利用什么電路元件，學會了這些，基本就熟悉了本實驗的設計過程。然后再用逆推法，設計新的實驗。我們課題組用這個方法兩個學期以來，效果很好，這些學生參加大學生電子設計大賽的成績普遍比較好。

3.學會查閱資料。

本科生不是研究生，做研究的時間比較少，還不會主動地查閱資料，在我們做創新性實驗的過程中，發現很多學生由于知識的局限影響了對實驗結果的分析。所以我們要求學會利用圖書館工具查閱資料的方法。有目的的讓感興趣的學生針對某一主題查閱資料，讓學生學會有鑒別的搜索和學習，網上資源越來越豐富，可利用的學習手段也越來越多，我們的課堂作業中就包括結合課題收集相關資料及參考書籍，并學會使用已有的知識體系求解問題的方法。

三 培養學生的合作意識

信號與系統的實驗要依靠小組成員的相互配合。我們從學期開始就逐步培養學生的合作精神，學會分工合作，學會資料共享。在實驗過程中，發現有些學生和小組其他成員不能有效合作，或者分工后合作不融洽，在對實驗結果做分析時不能較好地展開交流，比如討論時不講話或講不清要表達的意思等現象。通過教師地逐步引導，不斷培養學生的合作精神，在做實驗時大部分學生都能很快商議、分工并進入工作狀態。教師在每次試驗后，會要求實驗小組成員做反饋，每個學生就自己負責的部分做出總結，小組寫出一份實驗總結。

四 總結

為保證提高信號與系統的實驗效果，提高教學質量，在學校質量工程項目基金的資助下，我們課題組不斷進行實踐與探索，并有針對性地對學生進行培訓，結果表明我們的創新性思維方法，可以使學生的動手能力、實踐能力得到很好的提高。教學效果反饋表明這種實驗理念的運用，大大增強了學生的動手能力，促進了理論教學的發展，使實驗教學和理論教學相互促進，整體教學質量不斷提高。

如何更好地把創新性思維運用到實驗教學中，充分調動學生的積極性和創造性，發掘學生的能動性，開發學生的潛力，是我們下一步要繼續做的工作。

［1］鄭君里.教與寫的記憶—《信號與系統》評注［M］.北京:高等教育出版社，2005:271－273.

［2］唐鳳娥.高校實驗教學管理中存在的問題及對策［J］.長江大學學報(自然科學版)，2010(33):2:96 －97.

［3］倪鳳祥.現代設計教育改革的再思考［J］.首都師范大學學報:社會科學版，2007，4:21－24.

［4］陳傳聯.大學教育必須注重大學生實踐能力的培養［J］.求實，2004(11):264 －265.

［5］張林.實驗課程體系改革的探討.實驗室研究與探索［J］.2001(4)，14 －16.

［6］薛長虹，于凱.談大學生科研能力的培養［J］.山東大學學報(理學版)，2004，39:102 －104.