民辦高校信號與系統課群課程建設的研究與實踐

【摘要】信號與系統是電氣信息類專業本科生必修的專業基礎課程，針對民辦學院教學現狀、學生特點、教學資源情況建立信號與系統課群，從教學課程、教學方法、實驗手段、課程體系的整合方面做出大膽改革方案，理論上注重學科的互動使學生的基礎理論知識得以有效的提升；實踐方面分別安排驗證性實驗和綜合設計性試驗。分層次進行教學嘗試，實踐證明該項課群建設會大大的改善教學效果。

【關鍵詞】信號系統 課程建設 教學改革

【中圖分類號】G65 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）01-0031-02

1.引言

《信號與系統》是電氣信息類專業本科生必修的專業基礎課程，目前許多重點高等院校將它作為相關專業碩士研究生入學考試的課程。《信號與系統》這門課程體現了事物本質在物理概念、數學概念、工程概念三者相結合的產物。該課程以高等數學、復變函數、電路原理、概率論與數理統計課程為基礎，是學生在學習后繼專業課程如數字信號處理、DSP原理及開發應用、現代信號處理、通信原理、自動控制原理等課程的先修課程，所以《信號與系統》這門課程在教學環節中起著承上啟下的重要作用，其教學質量不僅直接影響到學生對后續課程重要概念的理解和分析解決工程問題的能力，也對通信、雷達、測試、控制、生物醫學工程等眾多學科和工程領域起著不可低估的作用[1]。有必要建立《信號與系統》的課程群。

2.針對民辦高校信號與系統課群建設亟待解決的問題

《信號與系統》和《數字信號處理》作為我院電子信息工程專業的專業基礎平臺課，目前授課對象僅為電子信息工程專業，專業涉及面窄，與其自身的強大功能不相符；其次信號與系統作為學科基礎課和數字信號處理作為專業主干課在課程開設時，為求自身體系的完整性，存在有內容重復，銜接不合理、內容綜合不夠、理論與實踐嚴重脫鉤等問題；再次隨著信息技術的快速發展，正面臨著“教什么，如何教；學什么，如何學”的嚴峻挑戰和實現從知識型人才轉變為應用型、綜合型、創新性人才培養模式的思考，如何實現《信號與系統》和《數字信號處理》的授課內容與學科的發展同步及如何有效利用科學技術的發展實現理論與實踐的統一是急待解決的問題。根據民辦高校的招生生源與辦學目標及就業方向的現狀，以期通過對現有資源進行整合同時增開一些新的課程，解決上述問題，有效地提高信號與系統的教學質量。

2.1課群建設的總體思路

⑴教學課程的改革與整合：系統的分析《信號與系統》和《數字信號處理》兩門課程自身的特點，進行有機的整合，信號與系統與數字信號處理兩門課程的教學內容有著密不可分的內在聯系，其中心是通過對各種不同信號的分析，實現信號的處理，達到所希望得到的信號，注重學生綜合應用知識能力和自主學習能力的培養；同時針對信息技術的發展，介紹其在新興學科和領域中的應用，進一步激發學生的學習興趣。

⑵教學方法的改革：針對《信號與系統》和《數字信號處理》兩門課程計算公式多、概念多、變換多等特點，注重能力培養與和學科互動，充分利用計算機技術、多媒體技術和各類仿真軟件的最新成果，采用靈活的教學手段，既能展現課程的重點難點問題，又能實現師生互動，突出基本原理中所蘊含的數學概念、物理概念和工程概念，實現學生能力的提升[2]。

⑶實驗手段的改革：實驗課時的安排是提高學生學習興趣和學習能力的重要環節，是實現理論與實踐有機結合的重要保證，因此針對兩門課程的特點，分別安排借助Matlab編程知識進行驗證性實驗和綜合設計性試驗，解決理論與實踐，強化學生的自我學習能力。

⑷課程體系的改革：針對信息處理技術的發展，在兩門課程的基礎上，增加Matlab應用、EDA技術和DSP技術等，形成完善的課群體系。

2.2課群內各課程之間的優化整合關系

2.2.1優化信號與系統和數字信號處理兩門課程的學習內容

信號與系統主要講授兩大信號（連續時間信號與離散時間信號）的時域與變換域、兩種系統（連續時間和離散時間系統）、三大變換（傅里葉、拉普拉斯、Z變換）的具體知識點需要重點講授，系統的狀態變量分析只做一般講解。數字信號處理主要講述離散時間信號的時域和變換域分析、離散傅里葉變換（DFT）利用時域抽樣定理和頻域抽樣定理實現時域到頻域的映射關系、基于時間和頻率抽選奇偶分解的快速傅里葉變換（FFT），接著講述無限和有限沖激數字濾波器對信號的具體實現，完成信號濾波處理的功能。

對于信號與系統和數字信號處理內容之間的聯系應各有側重，做好前期課程的基礎知識與后續課程的綜合知識的過渡，有效解決課程的交叉問題，比如在信號與系統的課程中重點講解三大變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換）的基礎知識，化繁為簡地講解公式的推導過程，重點講解變換對及性質的應用。而在數字信號處理中對于離散時間信號與系統的時域分析是重復知識點，要依據知識體系的完整性、課程群內課程的知識銜接、學生的掌握程度進行交叉知識的處理，以總結性質重點闡述以抽樣定理為橋梁講解這三大變換之間的關系將其從點到面的知識擴展就是信號分析的主線，從微觀到宏觀的把握知識脈絡。簡單介紹用純數學的方法求解系統的時域響應，突出卷積方法求解差分方程的優越性等，整體介紹連續周期信號、連續時間非周期信號、離散周期信號和離散非周期信號的頻譜的表示形式，即都是將信號表示為正弦信號不同頻率的線性組合，更能直觀的介紹四種信號的頻譜特點，使其Fourier的數學概念和物理概念得以更好的體現。在兩門課程之間做到既有分工又可以視為整體，不重不漏，逐步加深，融會貫通。

2.2.2基于Matlab的仿真實驗在課程群建設的重要性

Matlab仿真的應用中數字信號處理工具箱的運用使得系統分析、信號的譜分析、數字濾波器的設計方面應用更為普及和廣泛，應用 Matlab可以很容易地進行信號與系統的傅立葉分析、卷積運算、濾波器設計、信號濾波等工作，在信號系統的課程中安排驗證性實驗偏重于理論與實驗的統一，在數字信號處理課程中安排綜合性實驗偏重于創新能力的培養。[3]Matlab基礎及應用的理論與實踐教學能夠有效提高學生對數字信號進行處理的應用能力，對于分析問題、解決問題、創新能力的培養有很大的積極作用。

2.2.3 EDA課程設計在課程群建設中的主導性

EDA課程設計，主要通過應用兩個工具軟件——Protel2004和MATLAB7.0，完成電子線路的制版和線路仿真工作，圖文并茂、易學易懂，在課程設計的選題方面學生自主性選題、集思廣益的探討方案，教師以啟發為主、指導為輔。學生能夠有效地完成信號與系統的整機軟硬件聯調工作，提高自身的學習能力。課程設計的題目難度適中，展示課群的實踐性和實用性，激發學生真正體會到成就感。

建立《信號與系統》課程群，使理論課與實驗課相互補充，加之課程設計做為實戰性的鍛煉，學生的學習更加系統化、體系化。課群建設前后的課程對比如圖1所示。

圖1 課群建設前后的課程對比

2.3課群的主要教學方法

⑴調整課程教學內容，加強基礎，更新內容，拓展知識面，及時與學生溝通，了解教學效果，及時修正教學內容和課時安排。

⑵配合教學內容，具有直觀教學效果的板書結合具有立體演示效果強特點的CAI多媒體課件，理論聯系實踐實現互動式教學，達到最佳的教學效果。比如公式的推導過程和例題、習題的講解最好采用板書的形式。而對于采樣定理、周期延拓、數字濾波器、卷積定理等內容用多媒體進行動畫演示信號的變化過程和系統的響應結果，使之更生動，感性認識更強。

⑶加強實踐環節，提高學生動手能力，通過舉行“信號與系統及Matlab應用知識競賽”等，通過自己動手完成系統的設計和仿真，拓展傳統實驗的廣度和深度，激發學生學習興趣，提高軟硬件聯調能力，完成綜合素質的培養。

⑷在網絡平臺上提供多媒體電子教案、CAI課件、網絡視頻等，將全部的授課內容擴展上網，實現網絡與實際教學的同步更新，并開設獎勵機制、網上問答機制等，鼓勵學生通過網絡學習加深認識，加強理解， 鼓勵學生自主學習，有效解決實際教學中課堂人數過多，師生溝通不便、自學通道不暢等問題，增強學生學習的主動性。

3.結語

隨著電子科學和與計算機技術的發展，本文對于信號與系統課群的建設從研究目標、研究內容、教學方法提出了大膽的嘗試，課群的建設“以學生為根本，培養能力為核心”，筆者通過在教學實踐中不斷地摸索與實踐，對于學生學習的主動性與創新性已經取得了階段性的成果，但還需配合教學體制的多方面協調才能取得最佳效果，為適應時代科學技術的飛速發展與大量的應用性人才培養做出自己的貢獻。

參考文獻：

[1]王穎，胡學友.“數字信號處理”教學改革初探[J].合肥學院學報，2007，17（1）：82-84.

[2]鄭海峰.獨立學院數字信號處理教學改革思路[J].科技資訊，2010，20：184.

[3]叢玉良，王宏志.數字信號處理原理及其MATLAB實現[M].北京：電子工業出版社，2009.