工程教育認證背景下的《信號與系統》實驗教學改革研究

徐曉雨 王淑玉

【摘要】在我國高等教育工程認證中，實驗教學是認證專家考量學生是否能夠達到畢業要求的重要依據。信號與系統這門課程是電子信息類的專業基礎課，教學改革的目標是把課程實驗分為驗證性、研究性和綜合性實驗三大類。利用MATLAB軟件與實驗教學的結合，可以使學生通過實驗鞏固理論知識，能夠解決工程實際問題，從而達到教育工程認證中的相關指標。

【關鍵詞】工程教育認證 信號與系統 實驗教學 MATLAB

【基金項目】本文為牡丹江師范學院教學改革項目：信號與系統課程教學改革研究與實踐，項目編號為16-JG18030。

【中圖分類號】TN911.6-4；G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）14-0240-01

1.引言

中國工程教育認證是得到公認的一種國際標準和要求，是由中國工程教育認證協會組織實施的認證。此認證的宗旨在于實現我國工程教育的國際互認，實現我國工程教育與國際接軌，從而提升工程教育質量。在工程認證中，認證專家考量學生是否符合畢業要求的重要一環就是實驗教學。因此，把握好工程認證標準，落實指標體系的新要求，將有利于進一步完善信號與系統課程實驗教學，提升實驗教學質量并為畢業要求提供支撐。

2.問題的解決思路

在工程教育認證通用標準中，有這樣的說明：能利用MATLAB軟件進行仿真分析，對滿足一定要求的信號和系統建立模型，并在計算機上實現模擬、預測和評估。由于信號與系統是一門理論和實踐結合較緊密的學科，因此實驗在教學中占有十分重要的地位。但由于教學學時不足等原因，很難達到實驗教學要求及效果等問題。基于在實驗教學中碰到的實際困難和問題，我們利用MATLAB軟件來完成信號與系統的實驗教學。學生可以利用其強大的仿真功能將理論課程中的重點、難點用MATLAB編程進行仿真，以達到把抽象的概念形象化、具體化、可視化的目的。加深對理論課程基本概念、基本原理、基本分析方法的理解。利用MATLAB軟件仿真，完成信號與系統的實驗教學是一種很好的途徑。

3.實驗教學改革方案

實驗課程開設的目標就是培養學生將理論知識應用于實踐中，實現這一目標的工具就是MATLAB軟件，可以把信號與系統實驗以MATLAB軟件為主進行仿真。將實驗分為三種類型：驗證性實驗、研究性實驗、綜合設計性實驗。

驗證性實驗一般是針對相對抽象的知識點，進行直觀的演示，比如觀察具體的波形圖。這樣的實驗在操作的時候比較簡單，主要是要加深學生對理論知識的理解。例如抽樣定理實驗，對于信號的抽樣，學生并沒有直觀的認識。通過本次實驗可以使學生觀察到不同采樣頻率下，輸出信號的波形圖。可以清晰的看到信號混疊和不混疊的明顯差異，深刻理解采樣定理的重要意義。

研究性實驗目的在于使學生掌握研究問題的方法，培養分析問題，提出解決方案的意識。通過實驗操作，激發學生的學習興趣。可以讓學生先從理論進行分析，接著設計多組實驗，比如通過改變實驗參數，來觀察多個實驗現象。對這些現象進行分析比較。例如，研究一階電路的零狀態響應實驗。在相同的輸入信號的激勵下，系統不同時，得到的rzs（t）不相同。同樣地，限定了一個LTI系統時，當輸入的e（t）不同時，所得到的rzs（t）也不同。

綜合設計性實驗往往會和其他前導課程或者后續課程相聯系，拓寬學生的知識面，培養學生的科學研究素養。例如在濾波器設計的實驗中，學生可以在MATLAB軟件中，按照實驗指導書上的提示設計出低通濾波器的頻率響應代碼。畫出低通濾波器的頻率響應特性曲線。具體過程是：在MATLAB信號處理工具箱中，有一個稱為freqs的函數，能夠計算系統的頻率響應。如果直接調用freqs函數，則MATLAB軟件會在繪圖窗口中自動地描繪出幅頻特性曲線和相頻特性曲線。通過頻率特性曲線就可以直觀地、清楚地觀察到低通濾波器的特點。同理，相應地也可以設計出高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等。

4.結束語

以工程教育認證為背景，評價工科專業的辦學質量，是今后高等教育發展的新趨勢。以學生為主體、確定可以量化的教學目標，把信號與系統實驗與MATLAB軟件結合，通過做實驗，使學生加深對理論課程的理解。同時可通過學習MATLAB編程語言，加強學生的編程能力。最終對工程認證各項指標的達成，提供強有力的支持。

參考文獻：

[1]李志義.適應認證要求推進工程教育教學改革[J].中國大學教學，2014.

[2]閆紅梅，吳冬梅，吳延海.MATLAB 在周期信號分解及頻譜中的應用[J].實驗技術與管理，2016.

[3]沈莉麗.信號與系統實驗課程的教學思考與探討[J].實驗室科學，2016.

[4]范芳.高校實驗教學評價體系現狀與分析.實驗科學與技術，2016.