“信號與系統”實驗教學改革探索與成效

高諾+耿淑娟+楊紅娟

摘要：信號與系統課程的實驗教學體系的水平決定著學生對該門課程的掌握情況以及最終將所學知識應用到實踐中的能力。針對目前實驗教學存在的問題和實驗條件的限制，本課程組從實驗室改造、實驗教學體系設置和實驗內容安排等三個方面進行了信號與系統課程的實驗教學體系的改革。改革后的實驗教學在培養學生的學習興趣、工程實踐素養和創新思維等方面都明顯優于傳統實驗教學手段。

關鍵詞：信號與系統；教學改革；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）19-0152-02

一、引言

“信號與系統”是通信和電子信息類專業的核心基礎課，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。該門課程的實踐教學體系十分重要，決定著學生對該門課程的掌握情況以及最終將所學知識應用到實踐中的能力[1-3]。

目前大多數“信號與系統”課程的實驗教學體系的建立受兩方面限制：（1）學時受限：由于目前高校普遍壓縮學時，信號與系統學時一再壓縮。在這種情況下，能夠分配給實驗的學時越來越少；（2）實驗設備的欠缺與老化：“信號與系統”實驗室的設備老化與欠缺維護是目前大多數高校普遍存在的問題。由于上述兩方面的限制，目前“信號與系統”課程的實驗設置大多不理想，學生的實際動手能力與操作能力得不到充分的培養與提高[4]。

針對目前“信號與系統”課程實驗教學體系存在的問題，本課程組進行了該門課程的實驗教學改革并取得了一定的成效，在一定程度上推進了該課程理論教學與實驗教學的結合程度，提高了學生的實際動手能力與實驗操作能力。

二、實驗教學改革內容

（一）實驗室改造

我校信號與系統實驗室始建于2002年，基本配置是20臺信號與系統實驗箱，獨立電源和示波器，能夠完成基本的信號與系統實驗，例如，信號的分解與合成，抽樣定理與信號恢復等。由于多年的使用，很多實驗箱的部分元器件已經損壞，無法更換。因此，學生在做實驗時，很多實驗無法觀測到理想的結果與波形，影響到學生對課程和實驗原理的理解與掌握，實驗效果不甚理想。

針對這種情況，我課程組向學校申請進行了實驗室的升級改造。將原有實驗箱全部報廢，重新購置了20臺南京潤眾科技有限公司的RZ8664型信號系統與語音信號處理實驗箱。同時購置了20臺與實驗箱配套的臺式計算機、示波器和獨立電源。RZ8664型信號系統與語音信號處理實驗箱，不僅可以完成傳統信號與系統實驗箱所能完成的所有實驗，還能與計算機匹配，進行諸多演示性實驗和綜合性實驗，為后續的實驗課程的重新設置提供了條件。

（二）實驗課程體系的建立

傳統信號與系統實驗配置，限于學時的限制，只有少量學時的實驗箱實驗和少量學時的上機實驗。如何合理解決實驗學時少和提高學生實驗動手操作能力之間的矛盾，是信號與系統實驗課程改革所需要解決的重要問題。本課程組針對此問題進行了如下改革。

1.信號與系統實驗分為三個部分：實驗箱實驗、上機實驗和綜合實驗。

2.實驗箱實驗：學生進入信號與系統實驗室，利用實驗箱完成簡單的觀測與演示性實驗，實驗箱實驗的目的是對課程中所學的基本理論與概念的驗證。

3.上機實驗：學生進入機房，利用Matlab編程，完成編程實驗，上機實驗的目的是綜合編程能力與基本理論，完成信號與系統的基本功能。

4.綜合實驗：為了增加學生實驗時間，而不增加信號與系統的學時，本課程組在實驗教學改革中為該門課程建立了一個獨立設課的綜合實驗。該門綜合實驗不占用信號與系統學時，不安排固定實驗時間，實驗時間可依據老師與學生的時間和課程進度靈活安排，只要完成了綜合實驗內容即可。綜合實驗分為兩個學時的小實驗和四個學時的綜合實驗，內容由淺入深，綜合利用Matlab和實驗箱，充分調動了學生的實踐和動手能力，為今后的課程的學習打下堅實的實驗基礎。

（三）實驗內容安排

實驗箱實驗：主要是信號與系統課程基本的演示性實驗。實驗內容見表1。

同學們可以根據自身的能力與興趣，在提供的三個實驗中任選兩個進行實驗。

上機實驗：主要是利用Matlab編程完成基本信號的演示與系統的求解。實驗內容安排見表2。

與實驗箱實驗相同，上機實驗也提供三個可選實驗，能力較好的同學可以在4個學時的上機實驗中全部完成。

綜合實驗：綜合實驗占用學時20個，但不集中安排時間，由任課教師與同學根據各自時間靈活安排。20個學時，可以依據實驗大小，安排占用2個學時的小實驗和占用4個學時的綜合性實驗。實驗內容及學時安排見表3。

三、實驗教學改革效果

本課程組在實驗室改造、實驗課程體系建立和實驗內容重建等方面，對信號與系統的實驗課程重新進行了設置。在不增加課程學時的情況下，給信號與系統課程增加了一個獨立設課的綜合實驗，其優點是：（1）給學生提供了一個實際動手操作實驗儀器的機會；（2）不占用信號與系統實驗學時；（3）不固定實驗時間，時間安排靈活；（4）信號與系統實驗室能夠得到充分利用；（5）有能力、有興趣的同學得到一個將信號與系統課程理論與實驗相結合的機會。

本專業自2014級開始，采用新的信號與系統實驗課程設置。與老生相比，2014級學生有如下特點：（1）對信號與系統課程的興趣明顯提高；（2）對待課程的態度不再只專注于解題，更多的同學把精力放在實驗結果與理論驗證是否一致上面；（3）對信號與系統課程的學習目的更加明確。上述特點說明，本課程組進行的信號與系統的實驗課程體系的改革是較為成功的，對提高本門課程的綜合學習能力是有幫助的。

四、結束語

信號與系統課程的教學目標是培養學生具有堅實的理論基礎，又能應用理論解決各種實際問題的能力。為了達到這個目的，應不斷地通過實驗教學內容與方法的改革，加強實驗教學與課堂理論教學之間的結合，提高課程教學效果，努力把它建設成為具有特色、學生愿意學習并真正能夠應用到實踐中去解決實際問題的課程。