《信號與系統》課程教學的改革與實踐

劉文紅

摘 要 《信號與系統》是電子信息工程專業一門重要的專業基礎課。本文在對該課程研究的基礎上，給出了教學改革研究路線，對教學和實驗內容、教學方法、教學手段及考核方法等方面提出了一些改革措施，并在教學過程中加以實踐。本研究可以提升《信號與系統》授課教師的教學水平，促進學生對《信號與系統》核心內容的理解和掌握，提高學生理論與實際結合的能力；有利于《信號與系統》課程在應用技術性院校的教學。

關鍵詞 信號與系統 改革 實踐

中圖分類號：G642.421 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2016）24-0012-02

一、前言

《信號與系統》是信息類本科專業的專業基礎課，信息技術的迅猛發展與日益廣泛的應用是信息時代的主要特征。信息的獲取、存儲、傳遞、處理、識別與綜合是信息技術研究的主要內容。信號是信息的載體，系統是信息的處理手段。因此，以研究信號與系統理論的基本概念和基本分析方法為目的的《信號與系統》課程是通信技術、電子信息技術和自控技術各專業必修的主干基礎課之一，是電子信息工程專業一門重要的專業基礎課，也是碩士研究生入學考試的必考科目。

本課程是一門理論性很強的課程，通過這門課的學習，使學生理解信息的基本處理過程，能運用基本分析方法理解系統對信號所起的作用，為以后的設計系統打下理論基礎。與大部分工科課程相同，《信號與系統》課程作為面向電子信息類專業的基礎課程，也起源于歐美。在二十世紀五十年代，美國麻省理工學院總結二戰以來在通信、雷達和控制等領域廣泛應用的基礎理論，開設《信號與系統》課程，講授卷積、傅里葉變換、拉普拉斯變換、反饋分析等專業知識，我國在改革開放之后才開設《信號與系統》課程。

當前，信息技術飛速發展，新理論和新技術不斷涌現，學科交叉融合日益密切，《信號與系統》不僅是電子信息類專業核心基礎課程，也成為自動控制、汽車、車輛、網絡等相關專業的比較重要的專業基礎課。因此，《信號與系統》課程的教學也與時俱進，教學主體根據不斷發展的技術形勢，及時調整培養目標，在課程體系、教學內容、實驗手段、教學方法和考核方法等方面進行改革和實踐。

二、教學改革研究路線

雖然《電路分析基礎》《信號與系統》《數字信號處理》課程的教學核心，在國內已達成共識，但按照何種順序講解、附加在何種背景下講解、如何進行教學實踐環節等方面，不同的教材仍有不同的側重甚至完全相異的教學觀點，學生在學習這些課程時感到概念好懂，但如何用概念、理論來解決問題就比較難掌握。針對本課題的研究內容，本課題的研究工作采取理論——實踐——調研——再理論——再實踐的方案。

具體過程如下：

（一）理論

梳理核心內容的邏輯關系：關于連續變換和離散變換的講課順序。

挑選核心內容的側重點：拉氏變換講解的側重點。

實驗的內容、時機的考慮：學好信號與系統，實踐是必不可少的環節，實踐中，MATLAB軟件又是最重要的工具，針對此軟件是單獨開實驗課還是安排在課后習題中。

（二）實踐

在2015至2016學年第二學期開設相關課程的班級進行教學實踐，在不同專業的應用案例中融入本專業的特色，本學期已經考慮基于MALBA軟件進行實驗教學。

（三）調研

在2016年暑期，在上海本地相關院校和南京、北京、西安、武漢等有關院校，對相關課程的教學大綱、教學方法和手段、實驗內容等，以及開設專業、授課教師等情況的實地考察和學習。

（四）再理論

總結調研內容、取長補短，結合本校的教學實踐和相關院校的教學理論和實踐經驗，對之前的理論研究進行修正。中期成果為在撰寫調研報告的基礎上投稿至少一篇教研教改論文。

（五）再實踐

總結在2015至2016學年第二學期開設《信號與系統》課程的班級進行的教學實踐，在2016至2017學年第一學期開設《信號與系統》課程的班級進行進一步的教學實踐，撰寫教學教改論文。

通過對多個學校、多種教材的考察、多篇教學文章的學習，本課題組已經對如下問題進行了思考和預研究：連續變換和離散變換的講課順序；拉氏變換講解側重點；MATLAB軟件的使用：學好信號與系統，實踐是必不可少的環節，實踐中，MATLAB軟件又是最重要的工具，針對此軟件本學期主要以單獨開實驗課為主，安排在課后習題中為輔。經典例題的應用：以經典例題為主，輔以課堂講解，并更新一部分符合現代背景的例題，在興趣中講解，并在講解中產生興趣。實驗形式選?。簩嶒炇墙虒W中必不可少的環節，演示性實驗偏重原理講解，研究性實驗偏重提高學生分析問題和解決問題的能力。二者有機結合。

《電路分析基礎》《信號與系統》《數字信號處理》是理論與實踐緊密結合、應用廣泛、交叉滲透了許多學科的課程。其中《信號與系統》是以信號與系統特性以及信號處理等工程問題為背景，經數學抽象及理論概括而形成的一門課程，任何事物都可以看做是一個系統，用系統模型的建立和系統分析的理論，對其進行定量分析。因此，本課程所采用的分析概念是許多工程學科的組成部分，尤其重要。

了解相關大學，包括985、211院校的有關課程的培養目標、教學大綱、教學內容、實驗內容等；交流對于不同學科專業有關課程的基本教學要求；了解對于以培養應用能力為主要目標的學校，該課程教學中的側重點。學習和交流有關課程對學生學習效果的評價方式、課堂教學方法、教學內容中重點和難點的處理方式。了解相關大學有關課程教學教師的情況以及團隊建設的措施；了解其學校對教師教學能力、教學效果的評價方法。

外文教材與中文教材的選用：外文教材具有幫助閱讀和寫作的優勢，中文教材具有幫助理解的優勢。大班教學與小組討論：教學過程中，以大班教學為主，以小組討論形式為輔。

相關院校調研，有關課程的教學大綱、教學方法和手段、實驗內容等，以及開設專業、授課教師等情況的實地考察和學習。調研軟件實驗與硬件實驗，目前有多所學校在MATLAB基礎上增加FPGA實驗更進一步驗證真實環境下的理論知識，也有多所學校仍堅持軟件驗證為主。

將新的教學理念、方法、案例等應用于實際教學。對核心教學內容進行整合?？紤]到學生前序課程復變函數理解可能不夠透徹，將三個變換并行講解模式改為串行講解模式，即先讓學生切實掌握傅里葉變換，然后以傅里葉變換為基礎，讓學生理解其它變換。也同樣由于前序課程復變函數課程學生可能理解不夠透徹，加重零極點內容教學，因為這個方面的分析對后續課程有很大幫助，如數字信號處理等。

對練習內容進行調整和加強。考慮到學生目前對公式推導更多在于形式上的理解而不是概念上的理解，所以在作業中布置MATLAB編程和畫圖的題目，學生通過MATLAB畫圖，可以直觀的理解公式所表達的物理含義。例題的使用考慮到《信號與系》這門基礎課對后續課程的鋪墊作用，以不同專業后續課程中的實際應用為基礎，講解對應的例題。

三、教學方法、手段及考核方法

采用多種教學方法和手段，如講授法、談論法、演示法、練習法、課堂討論法、實驗法等。實驗法是學生在教師的指導下，使用一定的設備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從觀察這些現象的變化中獲取新知識或驗證知識的教學方法。而本門課程的特殊性，采用的實驗法是指通過計算機進行仿真實驗，所采用的軟件為MATLAB，利用該軟件，學生在教師的指導下，可對所學的理論進行仿真驗證，對深刻理解所學知識大有裨益。

建立多專業授課教師合作工作室。為了深入探討各個專業的特色，并根據特色突出相應的理論重點，實現本門課程和專業的無縫對接，本項目擬定建立多專業授課教師合作工作室。該工作室的建立面向學生及講授該門課程的教師。在工作室環境下，以項目為依托，便于學生與教師及教師之間的交流、溝通，并使學生充分認識到“理論用于指導實踐，實踐可用于驗證理論”，從而避免以往的理論教學與實踐相脫離的現象，縮小理論與實踐的距離，充分有效利用高校資源。在該平臺上，可結合各專業的技術需求情況，制定授課計劃，實際項目，在課程的整個學習過程中，可使學生與教師零距離接觸，便于專業知識的吸收和轉化，既可以提高學生的理論，又可以培養實踐能力。

對于課程的考核方式，基于學校對考查課的要求，可采取試卷考核、大作業、小論文、調研報告、上機操作、現場技能操作、答辯、實驗測試等方式與日常表現結合的考核方式。

關于評價體系，課程的評價體系采用學生評價、教師評價、學校評價，三者結合的方式，對該課程的教學進行評定。所評定的內容包括教學方式，教學方法，教學態度，教學效果。

四、結束語

對《信號與系統》課程的研究、改革與實踐，可以提升《信號與系統》授課教師的教學水平，促進學生對《信號與系統》核心內容的理解和掌握，提高學生理論與實際結合的能力；有利于《信號與系統》課程在應用技術性院校多專業的教學。

參考文獻：

[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.

[2]李建華，馬曉紅，邱天爽.“信號與系統”課程體系剖析[J].電氣電子教學學報，2010，（04）.

[3]張小虹.信號與系統（第三版）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2014.

[4]鄭君里.信號與系統（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[5]陳后金等.我?！靶盘柵c系統”課程的改革與建設[J].電氣電子教學學報，2004，（12）.

[基金項目：上海電機學院2016年校級重點教研教改項目（項目名稱：寬領域專業基礎課程群教學的研究改革與實踐）；上海電機學院2016年校級重點課程建設項目（課程名稱：信號與系統）。]

（責任編輯 劉 馨）