面向“卓越班”的信號與系統課程的教學改革

余潔

摘 要：在當前自動化專業“卓越班”本科教學中，信號與系統課程的傳統教學與“卓越工程師教育培養計劃”的目標和要求有所偏離。本文以上海電力學院自動化專業“卓越班”本科教學為例，探索“信號與系統”的全新教學模式，以增強學生的理論基礎和工程實踐這兩方面素質，促進學生全面發展。

引言

“信號與系統”課程理論性很強，傳統的課程教學重視理論和計算，概念抽象，教學難度大。卓越班的主要側重點為工程應用，課時僅僅32學時，必須有效的利用短課時，做到有的放矢，教學目標明確，與卓越工程師教育培養計劃相匹配才可能起到良好的教學效果。

一、教學改革措施初探

根據多年的教學實踐，本文總結了“卓越班”課程教學改革應做到的幾個方面。[1]

1.壓縮過時內容，淡化計算公式，整合教學內容

在短課時課程教學中，應淡化計算公式的證明，刪除技巧類的理論證明題及計算題的講解。引導學生借助MATLAB等軟件編程進行相關原理方法的論證及應用，突出強調基本理論和方法的物理概念和工程意義。例如，卷積積分的計算求解題及證明題，涉及到積分上下限的判定和求解，一直是常規班學生頭痛的內容。在教學中應降低計算要求，強調卷積積分的意義在于確定了時域系統的零狀態響應的求解方法，是為在變換域分析中順利的引入了系統函數的概念服務的。[2]

在實際教學中，拉氏變換手工求解電路的教學內容也應減少篇幅甚至不講。拉氏變換應用與信號與系統的分析，主要價值是基于其性質及數學優勢，可以快速求解并分解系統響應，并且引入了極為重要的復頻域系統函數的概念，完成對系統的分析、設計的概念的確立。大多數教材中采用了不少的篇幅進行電路系統應用拉氏變換系統求解的講解，反而阻礙了學生更深入的理解拉氏變換的實際應用意義。[3]

離散信號及系統部分應刪減離散系統算子法求解的篇幅。利用算子法求解離散系統的響應繁瑣，概念抽象易于混淆，目前已極少在工程上采用。因此可簡單的介紹概念，刪除求解過程的講解。

2.推進課堂翻轉

《信號與系統》的課程教學改革已經推進多年，主要的側重點在于教學手段和條件的改革。例如大多數院校已經推廣實施多媒體教學，但以教師為主導進行課程講解仍然是授課的主要形式。多年的教學實踐證明，學習態度端正、集中的學生，會吸收程度高，而注意力不集中的少部分同學，仍然參與度不夠，缺乏信心。

對此，可根據“卓越班”基本為小班（少于30人）規模，將填鴨式的教學模式，轉換為以學生為主體的教學模式。例如提前將課堂中的備用內容，梳理并分解，以5至6人為組組建課程小組，布置準備相關內容，鼓勵學生在課堂上積極參與。近兩年的教學實踐中，在進行傅里葉變換、拉氏變換的講解及應用時，均采用了上述方法進行知識點的引入和講解，以小組為單位解決變換域的性質應用。翻轉課堂收到了很好的效果，學生的積極性一下子提高了，抬頭率和積極性得到了明顯的提升，對自己負責的那部分知識點都掌握的非常好。

3.理論教學結合工程應用，加強實踐課教學

《信號與系統》的課程內容，一方面為學習后續專業課《自動控制原理》、《信號處理》等做好理論準備，另一方面《信號與系統》是一門實踐性很強的課程，結合卓越班的“卓越工程師教育培養計劃”的目標，在教學過程中，必須堅持理論與實踐并重，將工程實例與理論教學緊密融合，拓展學生的工程實踐思維，培養學生的工程實踐能力。

在教學過程中，通過工程實例與課程知識點有效結合，培養學生的發散思維，提升學生分析、解決問題的能力。例如，在課程開學的第一課，就以語音信號、工程實際信號為例開展信號的時域描述的教學。在近兩年的教學中，第一節課就引入電廠脫硫脫硝系統的工程背景知識，并以現場測試信號為案例，講解信號的主要概念。第三、四章的信號及系統的頻域分析，結合前面采用過的語音案例及工程信號案例，分析信號的頻譜、特征，結合工程實際需求，提出信號減噪處理的基本方法，引入濾波器。這種案例和實踐教學，不僅可將多個相關知識點貫穿起來，也可以讓學生在實踐中吃透知識，培養動手操作能力。學生覺得該課程不僅僅是公式計算，還可以解決實際的工程問題。

理論教學的同時，也應充分利用工程分析的思維模式與手段，加強《信號與系統》課程的工程背景的闡述。精心設計具備綜合性和設計性的較強的有工程背景的實驗主題，利用MATLAB完成有效的虛擬實驗演示和實踐。通過多環節的實踐及探討，從理論與實踐、學習方法與與科研態度、學習興趣與價值觀等方面全面提升學生的專業能力和科研素養。

4.注重過程性評價，合理制定成績評定標準

傳統的“信號與系統”考核方式以閉環考試為主，而題目以數學計算試題為主。要實現應用型專業人才的教學目標，應在考試形式上，淡化數學運算難度，加強實際應用考核。

首先，不能忽視基礎知識的考核，對一些基礎性概念，學生要加強理解，這對后續學習相關專業基礎課至關重要。結合本課程的知識結構考核可分階段評價。例如整個學期分三個階段進行測評。分為時域+頻域、復頻域、離散信號及系統分析。三次測試具有一定的獨立性，各占總評分的一部分。分階段考試減小學生復習的壓力，淡化了一次型閉卷考試的數學運算難度。

其次，將數個知識點結合起來，組合成案例，讓學生完成設計。這個環節讓學生將理論知識學以致用，學會分析和解決實際工程問題。設計成果可通過提交報告等形式記入總成績，做到課程考核理論與實踐并重。

結語

自動化學院“卓越班”的《信號與系統》教學，不應以選擇短學期制的教材，降低對學生的要求為導向，更需要在教學方法、教學模式各方面勇于創新，精心設計。短課時的課程教學改革是勢在必行的。課程改革應以學生為主體，通過課堂翻轉加強互動，達到加強學生自主學習、歸納知識點的能力。教學過程應緊密結合工程需求，通過案例進行知識點的導入和鞏固，開拓學生視野，激發創新意識從而提高學生解決工程實際問題的能力?？己艘髲膫戎財祵W計算的準確性轉變為過程性測評、實驗實踐能力的測評的綜合，重視理論與實踐的結合。在當今日新月異的社會發展中，國家及時代對于專業人才的培養也在不斷變化。作為一線教師，必須與時俱進，更新專業知識和提升專業能力，不斷的探索和實踐，達到更好的教學效果。

參考文獻

[1]高志遠，昝鵬，苗中華.短學期制下“信號與系統”課程教學改革的探索，廈門城市職業學業學報，2016年第18卷第4期，46-48.

[2]趙萬明，蔣林，邱存勇.基于卓越工程師培養的信號與系統教學改革與實踐，科教導刊，2017年第34期，131-134.

[3]羅麗平，韋文山.基于翻轉課堂的信號與系統課程教學模式改革，中國教育技術設備，2018年第4期，96-98.