工程教育認(rèn)證背景下的《信號與系統(tǒng)》實驗教學(xué)改革研究

徐曉雨 王淑玉

【摘要】在我國高等教育工程認(rèn)證中，實驗教學(xué)是認(rèn)證專家考量學(xué)生是否能夠達(dá)到畢業(yè)要求的重要依據(jù)。信號與系統(tǒng)這門課程是電子信息類的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)改革的目標(biāo)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(xué)的結(jié)合，可以使學(xué)生通過實驗鞏固理論知識，能夠解決工程實際問題，從而達(dá)到教育工程認(rèn)證中的相關(guān)指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】工程教育認(rèn)證 信號與系統(tǒng) 實驗教學(xué) MATLAB

【基金項目】本文為牡丹江師范學(xué)院教學(xué)改革項目：信號與系統(tǒng)課程教學(xué)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(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）14-0240-01

1.引言

中國工程教育認(rèn)證是得到公認(rèn)的一種國際標(biāo)準(zhǔn)和要求，是由中國工程教育認(rèn)證協(xié)會組織實施的認(rèn)證。此認(rèn)證的宗旨在于實現(xiàn)我國工程教育的國際互認(rèn)，實現(xiàn)我國工程教育與國際接軌，從而提升工程教育質(zhì)量。在工程認(rèn)證中，認(rèn)證專家考量學(xué)生是否符合畢業(yè)要求的重要一環(huán)就是實驗教學(xué)。因此，把握好工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，落實指標(biāo)體系的新要求，將有利于進(jìn)一步完善信號與系統(tǒng)課程實驗教學(xué)，提升實驗教學(xué)質(zhì)量并為畢業(yè)要求提供支撐。

2.問題的解決思路

在工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中，有這樣的說明：能利用MATLAB軟件進(jìn)行仿真分析，對滿足一定要求的信號和系統(tǒng)建立模型，并在計算機(jī)上實現(xiàn)模擬、預(yù)測和評估。由于信號與系統(tǒng)是一門理論和實踐結(jié)合較緊密的學(xué)科，因此實驗在教學(xué)中占有十分重要的地位。但由于教學(xué)學(xué)時不足等原因，很難達(dá)到實驗教學(xué)要求及效果等問題。基于在實驗教學(xué)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(tǒng)的實驗教學(xué)。學(xué)生可以利用其強(qiáng)大的仿真功能將理論課程中的重點、難點用MATLAB編程進(jìn)行仿真，以達(dá)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(tǒng)的實驗教學(xué)是一種很好的途徑。

3.實驗教學(xué)改革方案

實驗課程開設(shè)的目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實踐中，實現(xiàn)這一目標(biāo)的工具就是MATLAB軟件，可以把信號與系統(tǒng)實驗以MATLAB軟件為主進(jìn)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(shè)計性實驗。

驗證性實驗一般是針對相對抽象的知識點，進(jìn)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(xué)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(xué)生并沒有直觀的認(rèn)識。通過本次實驗可以使學(xué)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?zāi)康脑谟谑箤W(xué)生掌握研究問題的方法，培養(yǎng)分析問題，提出解決方案的意識。通過實驗操作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。可以讓學(xué)生先從理論進(jìn)行分析，接著設(shè)計多組實驗，比如通過改變實驗參數(shù)，來觀察多個實驗現(xiàn)象。對這些現(xiàn)象進(jìn)行分析比較。例如，研究一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)實驗。在相同的輸入信號的激勵下，系統(tǒng)不同時，得到的rzs（t）不相同。同樣地，限定了一個LTI系統(tǒng)時，當(dāng)輸入的e（t）不同時，所得到的rzs（t）也不同。

綜合設(shè)計性實驗往往會和其他前導(dǎo)課程或者后續(xù)課程相聯(lián)系，拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究素養(yǎng)。例如在濾波器設(shè)計的實驗中，學(xué)生可以在MATLAB軟件中，按照實驗指導(dǎo)書上的提示設(shè)計出低通濾波器的頻率響應(yīng)代碼。畫出低通濾波器的頻率響應(yīng)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(shù)，能夠計算系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。如果直接調(diào)用freqs函數(shù)，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(yīng)地也可以設(shè)計出高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等。

4.結(jié)束語

以工程教育認(rèn)證為背景，評價工科專業(yè)的辦學(xué)質(zhì)量，是今后高等教育發(fā)展的新趨勢。以學(xué)生為主體、確定可以量化的教學(xué)目標(biāo)，把信號與系統(tǒng)實驗與MATLAB軟件結(jié)合，通過做實驗，使學(xué)生加深對理論課程的理解。同時可通過學(xué)習(xí)MATLAB編程語言，加強(qiáng)學(xué)生的編程能力。最終對工程認(rèn)證各項指標(biāo)的達(dá)成，提供強(qiáng)有力的支持。

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