西部地區信號與系統實驗教學改革與探索

肖林　周文輝　金杰

摘 要：信號與系統作為通信電子類專業的學科基礎課程，在專業課程學習過程中起著承上啟下的作用，是諸多后續課程如通信原理以及數字信號處理課程的基礎。該課程本身具有很強的理論性，學生在學習課程會感覺到一定的難度，為了能幫助學生更好地學習好這門課程，我們將從實驗教學的角度來改善整個信號與系統的教學質量。一方面著手教師本身備課方面的質量，一方面想辦法提高學生的學習積極性以及培養學生的創新精神。

關鍵詞：西部地區；信號與系統；改革

一、引言

信號與系統是通信、電氣等專業的學科基礎課，本身具有一定的抽象性，在專業課程學習過程中起著承上啟下的作用，一方面作為對過往知識的檢查，要求學生具有良好的高等數學基礎和簡單電路分析的能力，然后能夠靈活的運用在對信號的時域分析和頻域分析之上。另一方面也是后續課程如數字信號處理、通信原理、DSP的啟蒙課程，對培養學生的分析信號以及簡單系統的能力起著重要的作用。在學習這門課的過程中，學生會感覺到一定的壓力，尤其是在傅里葉變換、拉普拉斯變換的學習上，這些知識涉及繁重的計算量和許多性質并且在理解上也比較抽象，很多學生望而生怯。因此，這門課程的教學質量就顯得尤為重要。

為了能更好地幫助學生理解在課堂上所學的理論知識，我們將在實驗教學中采取相對以前來說更為有效的措施來提高對某些概念的感性認識以及對理論知識的靈活運用能力。通過自己動手做實驗的方式，學生會更加深刻的理解和運用書本知識，從而從整體上改善這門課程的教學質量。因此對實驗教學的改革與探索應該以改善教學質量和提高學生的運用理論知識而自己動手做實驗為目標，而做實驗對學生來說本身就有一定的趣味性和挑戰性，我們可以抓住這點來提高學生的學習積極性，加深對理論知識的理解程度。因此如何更加科學有效的開展實驗的改革與探索成為了我們工作在一線的教師的重要課題。

二、傳統實驗教學現狀以及存在的問題

由于我校本身地處湘西，交通不便，經濟相對欠發達，教學資源比較匱乏，教學條件比較艱苦，教學器材也相對陳舊。所以，從客觀的角度來講我們本身具有一定的劣勢。相對來說，作為一線工作者，我們就要付出更多的努力來提升教學質量。在信號與系統實驗這門課中，我們使用的是“DJ-XH3”實驗箱，這是通過收集諸多院校大量的反饋信息后不斷改進而研制成功的，是專門為《信號與系統》課程而設計的，提供了信號的頻域、時域分析的實驗手段，增加了數字信號功能處理。同時，我們必須充分發揮學生的主觀能動性，培養學生對知識的渴望，一切的教學目標也都應該以學生獲取知識為中心開展，這既是我們開展工作的目標，也是作為一名教師的職責和義務所在。然而，過去的經歷告訴我們，在這方面我們做得還遠遠不夠。在很多次的實驗過程中，學生都以抱怨學校教學器材的質量為由，比如說實驗精度不夠啊、導線接觸不良等，然后舉手示意老師過來幫忙檢查問題，實驗集裝箱在老師的操作下，很快就出現了理想的結果，為什么？其實在這些過程中我們發現本來不是實驗器材的問題，是有些學生抱著投機的心理找老師解決問題然后他就可以以“完成實驗”為由提早走出實驗室。往深里說，還是我們的學生做實驗的積極性不高，不肯去鉆研問題，只是形式上的走走過場，可能在他們心里想的是，不就是一次實驗嗎，對我以后的發展有什么作用嗎？還不如早點出實驗室早回寢室早玩游戲早休息。所以，筆者覺得，本課程的實驗教學改革主要應該從兩方面著手，其一是教師如何更加高質量的教學，更加有針對性的備課，其二是如何高效培養學生的學習積極性。怎么樣讓學生養成良好的學習態度，既有利于教師高效開展相關的教學工作，也能幫助學生在學習過程中減輕壓力。

三、實驗教學改革的探索

（一）培養明確目標和指導思想

加強和突出對學生創造性思維方式的培養；突出對學生科學研究工作的方法、規律及手段的訓練；積極將經典課程與現代通信、信息處理等技術密切結合。學生做實驗不能沒有目標而只是純粹模仿老師的動作，我們的高等教育不能知識培養一批手工匠、技術工，更應該把人的思維釋放出來，這才是教育應有的本質。而這體現在學生對實驗原理的把握程度上。

（二）做好基礎性實驗，重在能力培養

“工欲善其事必先利其器”，我們學校采用的是“DJ-XH3”實驗箱，“DJ-XH”系列“信號與系統實驗箱”是在收集了許多院校大量的反饋信息后，經過不斷改進而研制成功的。是專門為《信號與系統》課程而設計的，提供了信號的頻域、時域分析的實驗手段，增加了數字信號處理功能。利用該實驗箱可進行階躍響應與沖擊響應的時域分析；連續時間系統的模擬；抽樣定理與信號恢復的分析與研究；一階、二階電路的暫態響應；二階網絡狀態軌跡顯示、AM調制與解調，FDM頻分復用、借助于DSP技術實現信號頻譜的分析與研究、信號分解與合成的分析與實驗；各種濾波器（模擬、數字）的設計與實驗等內容的學習。

針對信號與系統的實驗課時相對偏少的問題，我們可以精選一些基礎性強的實驗來重點突破，由于信號與系統的教學內容包括連續信號與系統的分析和離散信號與系統的分析，所以在課時的分配上要兼顧“連續”和“離散”兩部分內容。由此我們精選出了實驗內容并作出了相應的課時安排，重在把握基礎。同時也要加強組員、同學之間的交流與協作。此外，考慮到有些同學可能在規定時間內完不成實驗以及那些對做實驗非常有興趣的同學，我們實驗室應該在課余時間多開放，并且采取一定的手段鼓勵學生常去實驗室。

此外，一個相對準確的成績評定也是實驗教學過程中的一個非常重要的參考指標。目前大都數的學生成績評定都是以期末成績來衡量。這對于實驗教學來說很顯然是不科學的。在成績分配這一塊當中，我們應當把注意力放到學生的平時的學習過程中去，尤其是對于創新的同學來說，應該設置一個最高分不超過10分的附加分。基于公平的原則，教師可以在每次實驗做完后立即給學生評定當次的實驗情況，保證時效性。這里筆者做了一個實驗成績分項考核記分表表1如圖.

（三）注重設計型實驗的質量

實驗教學的主要目的是使學生鞏固所學理論知識，鍛煉學生應用所學知識分析問題和解決問題的能力，培養科研素質和創新意識。在實驗教學過程中，將理論知識與硬件實驗有機結合，有利于學生更加透徹的理解知識的要點以及運用知識處理實際問題的能力。通常，信號與系統課程的很多概念都是比較抽象的，如果能用更加通俗或者實例化的例子來幫助學生理解，一方面會降低學生理解的難度，同時不斷地獲取新知識的過程也會給了學生學習提供良好動力的源泉。比如說在模擬調制系統，要求給給定的信號進行調幅、調頻等過程，其中涉及DSB、SSB、AM等調制模型。相應于上面說的，學生在剛開始接觸這些知識的時候，面對大量的專業術語，可能會有點畏手畏腳從而打不開自己的思維。這時候我們教師首先應該做的就是要幫助學生克服心理上的一定障礙，想盡辦法找到一種讓學生更好理解知識點的方法，而不是照著書念。比如說信號的幅度調制與解調過程吧，調制就是把要調制的信號加載在載波信號的幅度上，解調是從載波上取出調制信號。其實，說的通俗點，頻域上調制就是把調制信號“搬出去”，解調就是把已調制信號“搬回來”。通過這樣更加生活化的詞語加以描述，學生就會在心理上放下包袱，從而也就提升了學習的動力。對于學生我們應該做到因材施教，設計型實驗，我們可以根據學生的實際情況以及實驗內容適當的調整實驗難度。這樣，我相信實驗成功的機率和質量也就上來了。

（四）信息時代，注重網絡資源利用

現在是互聯網信息時代，通信業及其發達。借助互聯網，我們可以找到豐富的學科資源，我們在課堂上沒有獲取的知識或者書本上沒有的知識完全可以在網上得到。現在知識更新的速度也是驚人的，網上學習就顯得尤為重要，筆者覺得在線教學會成為未來教育的主流趨勢。比如說最近國內外許多高校都在做的Massive Open Online Course即大型開放式網絡課程（MOOC）。

四、結語

教育的步伐可能有些緩慢，我們的祖先在2000年前也是圍繞著大講堂聆聽孔子或者蘇格拉底，而現在的大學課堂還是基本如此，只是多個話筒和PPT的演示。比爾蓋茨曾經說過：“人們往往高估了未來2年而低估了10年內的變化”。教學改革與探索不是一兩天就能夠完成的，實踐證明，高職演講與口才課程的教學改革還有許多艱苦細致的工作需要我們去思考、去探索。作為教師要不斷更新教學理念，優化教學模式，創新教學方法，改革考核方式。這是一個長期的艱巨的任務。

（作者單位：吉首大學信息科學與工程學院）