《信號與系統》課程教學研究與實踐

謝家興等

摘 要：《信號與系統》是我校電子信息工程、通信工程、電子科學與技術等電子電氣類專業本科生的專業基礎主干課程，是承上啟下的核心課程，講述了信號與線性系統的基本概念、原理、方法與工程應用，其課程實質是把物理系統抽象為數學模型，通過分析模型進而研究系統性能，具有抽象性強和枯燥乏味等特點，給教學帶來了一定的難度。本文針對信號與系統的課程特點，結合我校電類相關專業學生的特點，對信號與系統的教學提出了一些改進意見，以期提高信號與系統的教學質量。

關鍵詞：信號與系統 教學改革 實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098x（2014）01（a）-0164-02

1 我校信號與系統教學現狀

《信號與系統》是我校電子信息工程、通信工程、電子科學與技術等電子電氣類專業本科生的專業基礎主干課程，其中的概念和分析方法廣泛應用于通信、自動控制、信號與信息處理、電路與系統等領域，又與工程實際有著密切聯系，目前許多高校研究生入學考試專業課中都包含有該課程內容。該課程以《高等數學》、《電路分析》及《復變函數》等課程為基礎，同時又是學習后續《數字信號處理》、《通信原理》等必修課的基礎課程，在教學環節上起到承上啟下的作用，其教學質量的好壞直接影響到學生對信號和系統的時頻分析掌握，關系到后續課程的教學質量。該課程由于對數學有一定要求，理論性較強，概念抽象，公式多，學時少，所以一直存在“學生難學，教師難教”的問題，學生在學習過程中很容易鉆牛角尖，對內容也不是很理解。在理論教學過程中往往容易圍繞著數學推導進行，而忽略課程與實驗相結合的教學方法。如何提高學科的效果，看老師對學生的了解。作者從事這門課程教學九年，依托我校廣東省名牌專業電子信息工程專業、中央與地方共建電子資訊工程基礎實驗室信號與系統實驗室這個平臺，對信號與系統課程的教學內容、課程體系和教學方式上進行了調整，不僅提高了學生的學習興趣，而且教學效果也是突出。

2 運用多種教學方法和現代教學手段，提高課堂教學，提高教學成果

2.1 采用多媒體手段授課，提高學生學習興趣

信號與系統涉及很多公式、推導繁、概念抽象且不易理解與掌握，利用現代多媒體手段教學，將各種技術組合在一起，用計算機色彩、動畫、視頻、等有效地結合起來，形象的展示在學生面前，從而提高學生的學習興趣，也提高課堂效果，讓學生更容易記住并理解所學的內容，多媒體教學帶給學生的既有量的積累，也有質的飛躍[1]。

2.2 突出物理意義，淡化其數學推導，注重基礎課與后續專業知識點的結合

該課程涉及傅里葉級數、傅里葉變換、拉普拉斯變換及Z變換等內容，學生感到內容多且關系復雜，因此在推導公式時，一定要注意將公式的來源講清楚。另外，同學們也注意到傅里葉變換、拉普拉斯變換的性質大多是相似的，可大學生不明白是什么道理，他們心里有所疑惑，但如果讓學生理解傅里葉變換、拉普拉斯變換的共同前提就是正交變換，這兩個變換性質相似的根源是它們都是以指數函數為完備正交集的正交變換，只是指數的取值不同而已。這就是從全局上把握所學知識中最本質的東西，即尋找事物的共同點，從而起到事半功倍的效果[2]。

注重基礎課與后續專業知識點的結合，例如在講授信號與系統概念的過程中，引出通信系統和控制系統以及穩定性等概念。使學生用辯證發展的思維看待基礎課程中知識的學習，形成發散的思維；使學習的知識構成有機的整體。有利于學生對后續專業課程的學習和培養學生的能力。

2.3 利用網絡平臺，建立信號與系統課程網站

教學網站是網絡課程有效的載體和支撐平臺，是網絡課程的最佳的表現形式。網絡課程的教學網站是學生自主學習、個性發展、教學互動、學習交流、信息反饋、自我評價的重要平臺，對于實現傳授知識、培養能力、提高素質的協調發展將起到重要作用。為了提高信號與系統的教學質量，本著便于學生學習課程內容、查閱教學資料原則，利用軟件Dreamweaver設計和建立了信號與系統課程網站。該課程網站包括電子教案、作業習題、試卷樣題、實驗指導、課程復習、教學動畫等等學習資料，又包括供同行參考用的課程介紹、教學大綱、教學計劃、教師介紹等教學資料。讓學生邊學習、邊實踐、邊研討。通過相關連接把最新的發展、方法、概念、技術、器件展示給學生。網絡化的學習環境能改善學生“死讀書，讀死書”的狀況。

2.4 利用Authorware工具軟件，研究和開發信號與系統多媒體教學系統

信號與系統多媒體教學系統以Authorware為開發平臺，綜合運用圖像、文本、視頻、音頻等結合在一起，把抽象東西形象的表現出來，以大量視聽信息、高科技表現手段來沖擊學生的思維興奮點，加上虛擬現實技術和圖形、圖像、三維動畫使教學內容表現得豐富多彩、形象生動，讓學生通過多個感覺器官來獲取相關信息，提高教學信息傳播效率，增強教學的積極性、生動性和創造性，從而有效地提高《信號與系統》課程的教學質量，在今后教育教學中勢必發揮更大的作用[3]。

2.5 開設綜合性實驗

依托專業實驗室，利用現有儀器設備，結合教學內容開發綜合性和設計性實驗，學生以團隊合作的方式積極參與綜合性和設計性實驗，描述自己的方案并與其他小組討論。通過開設綜合型實驗，不斷開闊學生思路，使其對現有的各類信號與系統原理和方法有較全面的認識，提高學生綜合分析和運用知識的能力。通過開設設計型實驗，主要鍛煉學生獨立思考和解決問題的能力，拓寬就業渠道[4]。

2.6 利用MATLAB軟件改進課堂教學

信號與系統課程中的理論和結論大都是經過數學推導得來的，對學生來說比較抽象、也較難理解，同時作業也具有較多計算量，單純的筆算較為繁瑣。MATLAB語言能對信號產生、信號關于時間尺度變換、卷積和相關等時域運算，傅里葉變換和拉普拉斯變換的頻域計算，以及諸如調制、抽樣定理、信號無失真傳輸、濾波器設計等一系列的關于該課程的概念理解和計算問題都可通過圖形建模、數值計算使之具有可視化功能。因此，課堂上將多媒體教學與MATLAB圖形和動態演示結合起來，會使得課堂教學更加直觀、生動、緊湊，使學生易于加深對課堂抽象概念的理解，鞏固課堂上所學的理論知識，幫助他們很好掌握信號課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法[5]。

2.7 注重對學生知識運用能力的考核，重構考核評價體系

為了加深學生對課程知識的學習和掌握，注重對學生知識運用能力的考核，重構考核評價體系。課程考核成績，由期末考試成績與平時成績綜合評定。該課程期末考試成績占總評成績的50%（以前為70%），平時成績占50%（以前為30%）。平時成績考核內容包括對學生課堂考勤、隨堂測驗（至少三次）、課程作業、實驗成績等的綜合評定。通過兩年的考核實踐，學生普遍認為通過平時測驗和加大平時成績比重，有利于學生平時對知識的積累，可以有效避免部分學生期末考試前臨時抱佛腳的心理。

3 結語

信號與系統作為專業基礎課能夠在培養學生的工程能力和素質方面發揮相當的作用。通過九年來對信號與系統的教學和教學經驗的積累，本文論述了采用靈活的教學方法和手段培養學生的創新能力；突出物理意義淡化其數學推導、注重基礎課與后續專業知識點的結合；利用網絡平臺建立信號與系統課程網站；利用Authorware工具軟件研究和開發信號與系統多媒體教學系統；開設綜合性實驗；利用MATLAB軟件改進課堂教學；注重對學生知識運用能力的考核，重構考核評價體系等七個方面對《信號與系統》課程和教學內容體系改革和整體優化研究與實踐進行了探討，提高信號與系統的教學質量，為學生們學習后續專業課打下扎實的基礎。

參考文獻

[1] 胡金敏，謝雙維，丁振軍.工程光學教學中培養學生創新能力模式探析[J].中國成人教育，2010（2）：151-152.

[2] 馬紅梅，李鵬，黃成玉.提高《信號與系統》教學質量的探討[J].高校理科研究，2010（3）：480-480.

[3] 郭婧.運用現代教學手段，改進工程光學教學[J].中國現代教育裝備，2010（1）：57-59.

[4] 代秋芳，洪山，代芬，等.情感教育在《電磁場與電磁波》課程教學中的應用[J].武漢大學學報（理學版），2012，58（S2）：181-184.

[5] 高遠.基于MATLAB的信號與系統教學改革與實踐[J].柳州師專學報，2010，25（2）：99-101.endprint