面向應用型人才培養的信號與系統課程教學改革研究
——以黃山學院為例

呂軍，寧仁霞，孫劍，呂海江

（黃山學院信息工程學院，安徽黃山245041）

面向應用型人才培養的信號與系統課程教學改革研究
——以黃山學院為例

呂軍，寧仁霞，孫劍，呂海江

（黃山學院信息工程學院，安徽黃山245041）

以滿足市場崗位需求的應用型人才為培養目標，針對目前“信號與系統”課程教學存在的問題，在教學內容、教學方法、實驗教學環節和考核方式等方面進行改革。具體改革思路是根據信號分析與處理課程群建設要求優化教學內容；構建線上、線下和項目驅動式教學模式；由驗證性實驗向設計性、綜合性實驗過度；注重過程主動性學習的考核方式。將應用型創新型人才培養理念貫穿整個教學改革過程，切實提高學生的工程應用能力和創新能力。

應用型人才；信號與系統；項目驅動教學；教學改革

0 引言

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》中明確指出：將改革創新作為教育發展的強大動力，改革教學內容、方法和手段，加快改革步伐，形成高質量、多樣化的應用型人才涌現的局面。黃山學院作為古徽州區域唯一的高等本科院校，始終以地方應用型高水平大學建設為總攬，全面建設應用型人才培養體系，推進課程內容、教學方法、實踐教學等環節的改革。

《信號與系統》課程是電子信息類、光電信息科學和自動化等專業的重要學科基礎課，以電路分析、工程數學等為先修課程，具有很強的理論性和抽象性[1]。在傳統的教學過程中，學生往往是在教師的填鴨式教學中被動學習，側重于對數學公式的推導、記憶和使用，缺乏與工程實踐的聯系，導致學習枯燥，學生無法明確學習的目標與意義。為積極推進應用型人才的培養，通過深入調研和對實際教學情況的剖析，對《信號與系統》課程在教學內容、方法、實踐教學和考核方式等方面進行改革。

1 優化教學內容，加快信號類課程群建設，促進學生綜合協調發展

《信號與系統》課程以信號、系統為研究對象，圍繞連續和離散兩大系統展開，利用時域和變換域兩大分析方法求解系統響應。作為《數字信號處理》的先修課程，內容上有一定的重復，且受學時所限，缺乏對實際工程應用的講解。為培養綜合型應用型人才，加強課程之間的銜接和整合，以“信號分析和處理”課程群[2，3]建設為目標的基礎上，調整《信號與系統》課程教學內容，主要圍繞連續時間系統的分析與應用進行講解，具體修訂如表1所示。

表1 《信號與系統》課程理論教學內容調整表

2 基于“翻轉課堂”教學模式，提高學生學習積極性

教學方法是教學改革的核心。針對《信號與系統》課程中基本概念高度抽象，難以理解等問題，采用線上和線下相結合的“翻轉課堂”[4]教學模式，使課堂教學能夠滿足生動、直觀化教學要求，又能提高學生課下學習互動性和積極性。

2.1 線下課堂教學

1.完善教學筆記，豐富和鞏固課堂教學。通過不斷地總結往屆的教學問題，提出需要翻轉的內容，改進相關教學筆記，更新教學案例。

2.采用舉例、打比方和字面理解等形式將自然語言和數學公式相融合，淡化公式的記憶難度。例如：由外加激勵（輸入）或起始儲能（0_狀態）對系統的作用可以將系統完全響應分解為零輸入響應（zero-input response,rzi(t)）和零狀態響應（zero-state response,rzi(t)），由字面的意思來理解兩者的概念、差異以助于后續求解。零，直譯為沒有，零輸入響應意味著該響應沒有輸入，則由起始儲能引起；零狀態響應意味著沒有0_狀態，則由外加激勵引起。

表2 零輸入和零狀態響應直觀化教學表

3.鼓勵學生課堂認真聽講和思考、課后認真回顧、練習和總結。在日常課堂教學中，學生大部分時間花費在抄寫筆記，不僅無法突出難點重點，還使學生無法集中注意力。鼓勵學生課堂以聽為主，在課后溫故知新的基礎上，采用簡短、直白的語言將知識點簡化以幫助理解和記憶。

4.善用方框圖，以提高知識的可懂性和銜接性。《信號與系統》課程中有很多抽象的概念，自然語言描述或數學公式表達都無法直觀的闡述知識點。該課程連續時間系統分析主要圍繞表3中的4個方框圖展開。

表3 《信號與系統》內容方框圖示意表

2.2 線上教學

1.分享網絡資源：在超星泛雅網絡教學綜合服務平臺上分享麻省理工學院奧本海姆教授的《信號與系統》教學視頻，分享課堂教學PPT和筆記，積極調動學生學習興趣。

2.建立網絡考試系統（http://www.tzwan.cn）：作業是反饋教與學活動的重要方式之一。利用Web2.0技術開發的《信號與系統》課程考試系統，不僅可以手動編輯習題，也支持word、pdf等格式文件上傳，以保證習題的數量和全面。該系統具備時間限定、習題隨機性、成績統計等功能。

3.建立班級網絡交流平臺：QQ、微信、微博等通信工具已經廣泛應用于日常生活中，通過建立課程交流群，及時地反饋和解答學生疑惑。

3 項目驅動教學，切實提高學生的實踐能力

實踐教育是高等教育的重要組成部分，是應用型人才培養的重要基礎。項目驅動式教學[5]是加強學生實踐能力的重要方法之一。所謂項目驅動式教學是將課程所授知識點融入到具體實踐項目中，以項目為載體，講解知識點之間的銜接、遞進和應用。傅里葉變換涉及大量的推導、計算和公式、知識點零碎、記憶量大，以傅里葉變換內容（如表4）為例，通過常見的數字處理系統中A/D和D/A轉換詳細介紹傅里葉變換所有章節的遞進聯系。

表4 傅里葉變換章節內容

數字信號處理系統（如圖1所示）要求輸入、加工處理和輸出的整個過程都是數字信號，而自然界中大部分存在的是隨著時間變化的模擬信號，因此在整個過程當中，可以將知識點進行分解如下。

圖1 數字信號處理系統框圖

圖2 傅里葉變換內容關系圖

1.模擬信號的數字化過程：抽樣、量化和編碼，可見抽樣是信號數字化的第一環節，一般利用周期信號對模擬信號進行等間隔抽樣。主要涉及內容為周期信號的傅里葉變換、抽樣原理和抽樣信號的傅里葉變換。

2.模擬信號的無失真恢復過程：伴隨著時域信號的等間隔抽樣，頻域上發生了周期延拓。主要涉及內容為無失真恢復的條件、抽樣定理、奈奎斯特頻率和奈奎斯特間隔。

4 加大設計性、綜合性實驗比例，提高學生的工程實踐能力

《信號與系統》課程實驗教學主要是基于實驗箱的硬件實驗，以驗證性實驗為主，主要項目有信號的分解與合成、信號的抽樣與恢復和有源無源濾波器等。學生按照實驗指導機械式連線，僅需要調節示波器等電子設備讀取和記錄數據，缺乏綜合性和設計性實驗，不利于培養學生的工程實踐能力。為培養綜合型創新型應用型人才，積極靠攏市場需求，打造由驗證性向綜合性設計性過度、軟硬件結合和開放團隊設計的多課程融合實驗體系。實踐項目調整如表5。

表5 《信號與系統》實踐教學調整表

5 改革考核方式，注重過程性學習

《信號與系統》是電子信息類重要的專業基礎課程，綜合成績由平時成績和期末考試成績組成，其中平時成績主要考查出勤和作業，期末考試成績是閉卷考試的卷面成績。該模式忽略了學生日常學習的實際情況。為提高學生自主學習和實踐能力，采用全過程、多樣化的PSF考核方式。具體如下：

P（participation）學生課程參與度評價：考勤、日?；訛橐罁?/p>

S（serial process evaluation）過程系列評價：作業、課堂章節檢測和課后歸納性筆記為依據；

F（final examination）期末考試：以閉卷形式考核，主要考察知識點的應用，淡化公式推導。

6 結語

高校是為了培養與社會接軌、畢業后能夠勝任工作崗位的應用型人才。以應用型創新型人才培養為目標，對電子信息類《信號與系統》課程進行改革。第一，以信號類課程群建設為目標，優化課程內容；第二，豐富教學方法，建立線上和線下多融合的教學模式，構建良好的學習氛圍；第三，項目驅動式教學，將理論講授和實際操作、項目相結合，最大限度的減少課程的枯燥性，充分調動學生自主學習的積極性；第四，加大綜合性、設計性實驗比例，提高學生多學科交叉學習和研究的綜合能力；第五，改進考核方式，注重過程學習和自主學習的能力。以應用型人才培養的課程教學改革，理論結合實踐，實踐促進理論，便能夠很好地促進學生在未來新的經濟結構和就業模式下的應用能力。

[1]陳從顏,費樹岷,柴琳.“信號與系統”課程教學改革趨勢探究[J].電氣電子教學學報,2014,36(1):13-14.

[2]王艷芬,張曉光,王剛,等.電子信息類專業信號處理課程群的建設與改革實踐[J].實驗技術與管理,2015,32(4):11-14.

[3]羅朝明,陶揚威,胡順超,等.基于應用型人才培養的信號與信息處理課程群建設和探究[J].中國電力教育,2013,(32):115-117.

[4]肖芳.翻轉課堂在《信號與系統》教學中應用研究[J].黑龍江科技信息,2017(2):79.

[5]唐家能.項目驅動式教學在信號與系統課程中的探索和實踐[J].科教文匯,2017(1):66-67.

Research on Teaching Reform of Signals and Systems for Training of Application-oriented Talents——A Case Study of Huangshan University

Lv Jun,Ning Renxia,Sun Jian,Lv Haijiang
(School of Information Engineering,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

Aiming at training application-oriented talents in order to meet the market demand,this paper analyzes the current problem in teaching Signals and Systems and makes an exploration into the teaching reform from the aspects of teaching contents,teaching methods,practical teaching process and evaluation method.The specific reform ideas are as follows:the content is optimized according to the requirement for the construction of the course group for signal analysis and processing;the online,offline and project-driven multi-teaching modes are constructed;confirmatory experiments are changed to designing and comprehensive experiments;the assessment method focusing on the process and learning initiative is adopted.Running the concept of applied innovative talents training throughout the process of teaching reform can improve students’engineering application ability and innovation ability.

application-oriented talents;Signals and Systems;project-driven teaching;teaching reform

G642

A

1672-447X(2017)05-0122-004

2017-08-07

安徽省專業綜合改革試點（2014ZY067）；安徽省教育廳教學研究項目（2016JYXM0985）；黃山學院示范性課程改革項目（2015SFKG03）；黃山學院教學研究項目（2016JXYJ01）；黃山學院精品資源共享課（2016JPKF06）

呂軍(1986-），河北滄州人，黃山學院信息工程學院助教，研究方向為信號處理。

責任編輯：胡德明