信號與系統課程在應用型本科院校的教學改革

郭燕

（南京理工大學泰州科技學院，江蘇泰州225300）

信號與系統課程在應用型本科院校的教學改革

郭燕

（南京理工大學泰州科技學院，江蘇泰州225300）

針對信號與系統這門課的特點，結合應用型本科院校的實際情況，優化教學內容，改革教學方法與教學手段，使用MATLAB軟件仿真豐富課堂教學，加強了實踐教學環節。教學實踐表明，以上措施極大地提高了該課程在應用型本科院校的教學質量和效果。

信號與系統；應用型本科；教學改革

“信號與系統”是通信工程、電子信息工程、自動化及計算機等專業的一門重要的學科專業基礎課。在教學環節中起著承上啟下的作用，它的基本原理和分析方法會運用到通信工程、數字信號處理、數字圖像處理、自動控制等多個領域［1］。這門課把數學上的一些嚴謹的算法與工程應用相結合，通過這門課的學習，使學生掌握必要的信號與系統基本概念與基本理論，提高學生綜合分析問題和解決問題的能力，使學生能夠運用數學知識來解決工程中的一些實際問題。但是信號與系統這門課數學公式比較多，各種波形及其變換比較復雜，單靠板書結合PPT對應用型本科院校的學生接受起來比較困難，很難達到理想的效果［2］。因此，該課程需要在教學方法上進行改革。

一、傳統教學現狀分析

一方面，應用型本科院校的生源相對不及一般本科院校，學生數學基礎薄弱，求知欲望不強，分析問題解決問題的能力相對較弱。而信號與系統這門課的基本概論和基本理論又比較多，數學公式多，數學演繹復雜，物理概念比較抽象。傳統教學模式理論課與實驗課是分開的，理論課上，老師上課是純理論教學，板書結合PPT，實驗課是使用的信號與系統的實驗箱，學生一旦離開實驗室就無法進行實驗。信號與系統課程總學時為56，其中實驗學時為8學時，理論學時多，實驗課時少，大部分時間都花在公式的推導演算，不能真正理解這些公式所代表的物理意義。另一方面，實驗課程一般安排在理論課后，單純使用信號與系統實驗箱做實驗導致實驗形式單一，學生不能及時將理論和實踐相結合，造成學生不能學以致用，不利于學生的培養和發展。無論是從學生學的角度還是從教師教學的角度，這門課運用傳統的教學方法都有一定的難度，學生不容易接受。最后，考核方式需要改進。在傳統的教學模式下，采取的是（卷面考試+平時成績）來考核學生學這門課的成績。這種方法對于一般普通高校還是有可取之處的，因為信號與系統這門課是一門理論性很強的專業基礎課，而且很多學生考研會考這門課，而在應用型本科院校，更加注重培養學生的動手實踐能力，采用傳統的考核方式導致學生只學到理論知識，只會公式推導，不注重其中的物理應用，對后續的專業課學習非常不利。綜上所述，傳統教學方法有悖應用型本科院校培養學生動手能力和工程實踐應用能力的教學目的，不利于人才的培養，需要改進。

二、結合應用型本科高校的特點，進行教學內容和方法的改革

（一）選用合適的教材，完善課程體系

由于信號與系統這門課的知識點很多，同時又是一門十分重要的專業基礎課，一般普通高校會分兩個學期來細講這門課。而針對應用型本科院校學生的特點，更加注重學生的實踐能力，學時一般只有56，所以要充分利用這些學時，突出重點講解，教材的選用就顯得尤為重要。這里，推薦使用徐天成主編，電子工業出版社出版的《信號與系統》教材。這本書相對比較易懂，知識點全面，重點突出。主要表現在以下幾個方面：（1）信號部分與系統部分分開敘述；很多教材在結構上采用的是先連續、后離散、先時域、后變換域，但不管在連續還是離散部分，都是將信號與系統穿插在一起分析。對于應用型本科院校的學生很難接受這樣的教學設計，這本教材先信號后系統顯得脈絡清晰。（2）使用MATLAB驗證信號與系統的基本理論；這本教材每一章都使用MATLAB軟件對各知識點進行驗證與仿真，不僅大大提高了教學效率，而且更利于學生理解這門課。（3）突出傅里葉變換的應用；傅里葉變換時信號與系統的核心內容，這本教材為了強調傅里葉變換應用的重要性和具體問題具體分析的科學態度，單獨列出一章“傅里葉變換的應用”［1］。另外，考慮到后續課程“數字信號處理”專門會講述離散系統、Z變換及其性質、逆Z變換等知識點，在信號與系統這門課中可以對這些內容進行粗略的講解，這樣在課程內容教學中也省略了較多繁雜的數學推導，避免教學內容的重疊，教學資源的浪費。學生有更多的時間和精力投入對課程的實際應用方面。

（二）教學手段多樣化

傳統的“教師講課——PPT（板書）——學生記筆記”的教學模式已經不再適應應用型本科院校的教學發展。必須將課堂搬到機房，實施全方位“PPT、黑板、仿真演示、上機操作”的教學方法。這樣的教學改進有以下幾方面的優勢：（1）可以利用黑板進行數學公式的推導，信號與系統這門課數學共識多，避免不了數學公式的推導；（2）教師在教師電腦上用MATLAB仿真的過程跟結果可以同步顯示到學生電腦上，這等于“手把手教學”，更重要的是這樣的教學方法會讓學生更容易理解接受，學生不再覺得信號與系統是一門單調無味的數學公式推導課，不會覺得所學的知識無實際應用價值。（3）學生可以現場動手練習，并提交作業。這樣有利于提高學生學習的積極性和提高實踐操作能力。學生看完老師演示后都迫不及待地自己操作起來，修改程序看結果。

圖1　連續時間系統的幅頻特性和相頻特性圖

舉個例子，在講連續時間系統的頻域分析的時候，經常需要求系統的頻率響應。傳統的方法是通過借微分方程的方法進行數學推導，而應用MLTLAB仿真可以得到很好的解決。例如，已知一個連續時間LTI系統的微分方程為y“（t）+10y”（t）+8y‘（t）+5y（t）=13x’（t）+7x（t），求該系統的頻率響應，繪出其幅頻特性和相頻特性圖。傳統的方法有兩種，一種是經典法求解，不作任何變換直接求解系統的微分方程。另一種是先進行拉氏變換，進行代數求解，再進行拉式逆變換。無論哪種方法，都離不開數學推導，即使學生能夠計算正確也未必能夠畫出正確的圖形。而使用MATLAB仿真，只要輸入正確的命令語句，即可出來正確的圖形。

命令語句如下：

運行結果如圖1所示：

這種方法有效解決了傳統教學太過抽象，難以理解和記憶的問題，激發了學生的學習興趣，提高了學習效率，有助于加深學生的理解和記憶，提高了課程教學效果。

（三）考核方式多元化

（1）卷面考試：信號與系統是一門理論性很強的課程，而且很多學生考研會選擇考這門專業課，所以卷面考試必不可少。卷面考試主要由判斷題、選擇題、填空題、小計算、綜合題組成。卷面考試主要是對學生基本概念和綜合應用能力的考核。但是卷面考試由傳統的70％降低到50％。

（2）上機操作：學生應用MATLAB軟件在機房進行現場操作，解決一些綜合性的大題。通過綜合性的題目考察學生的編程能力和信號與系統的實際應用能力。上機操作占比30％。

（3）平時成績：平時成績由上課的出勤率、課堂表現情況、課后作業完成情況決定。平時成績是對學生的學習態度、學習過程以及學風的考核。平時成績占比20％。

三、結束語

文章結合應用型本科院校學生的特點，結合應用型本科院校的人才培養目的，對“信號與系統”這門課進行了全面的課程改革。以培養學生的現場應用能力為出發點，更加注重實踐環節，采取理論與實踐相結合的教學方式，既提高了學生信號與系統理論知識的掌握程度，又能夠增強學生的實踐環節，培養學生的動手操作解決問題的能力，實踐證明，這種教學模式取得了不錯的效果。無論為今后學生其他專業課的學習還是今后走向工作崗位都打下了良好的基礎。

［1］徐天成.信號與系統［M］.電子工業出版社，2013.

［2］張燕.應用型本科院校“信號與系統”課程教學現狀及對策研究［J］.教育現代化，2016（14）：110-111.

According to the characteristics of the course of"Signals and Systems"，combined with the actual situation of practical colleges，the paper optimizes teaching content，reforms teaching methods and teaching means，uses software MATLAB to enrich the classroom teaching，strengthen the teaching practices.Teaching practices shows that these measures have greatly improved the teaching quality and effectiveness of the course in the pracyical colleges.

signals and systems；practical colleges；reform in education

G642

A

2096-000X（2016）22-0136-02

郭燕（1986，10-），女，漢族，江蘇泰州，碩士研究生，助教，南京理工大學泰州科技學院，研究方向：通信技術。