應用型本科高校《信號與系統》課程教學改進及探究

林宏翔　史洪宇

摘? 要：《信號與系統》這門課程包含較多的數學理論推導，對學生的數理基礎有一定要求。對于應用型本科大學生而言，畢業生的培養目標更偏重于技術應用，因此在《信號與系統》的教學過程中，應當因材施教適當變革。文章從教學內容、教學技巧兩個方面出發，結合應用型本科畢業生的培養目標，論述如何培養學生創造性思維和自主學習的能力，總結了《信號與系統》課程教學改進的一些經驗及技巧。

關鍵詞：信號與系統課程教學;教育技術;教學技巧

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）16-0138-03

Abstract： The Signal and System course contains a lot of mathematical theory derivation， which has certain requirements for the mathematical basis of students. For applied undergraduate college students， the training objectives of graduates are more focused on technical applications. Therefore， in the teaching process of signal and system course， appropriate changes should be taught according to their aptitude. Based on the teaching content and teaching skills， this paper combines the training objectives of applied undergraduate graduates， discusses how to cultivate students' creative thinking and self-learning ability， and summarizes some experiences and techniques of signal and system course teaching improvement.

Keywords： signal and system course; educational technology; teaching skills

《信號與系統》作為電子信息科學技術專業的核心基礎課，在培養學生專業知識體系上有著重要的基礎地位。[1-3]由于課程自身的特點，在教學過程中，學生普遍反映數學推導過于繁重，教學內容略顯枯燥。因此在教學過程中，如何有效激發學生自身興趣顯得尤為重要。通過長時間的教學經驗積累，反復與學生進行溝通交流，了解到學生更希望通過一些形象的工程實例來幫助理論知識的理解。為了提高學習效果，對教學內容進行反復甄選，結合教師自身的工程項目經歷，在課堂教學中與學生分享的工程案例，培養學生創新創造思維和自主學習能力。

一、教學內容的選取

《信號與系統》是一門內容繁多的基礎理論課，通常由于課時數限制，任課教師不可能在有限的課時內講得面面俱到，需要對課本內容進行必要的甄選，選擇其最為精華的部分進行最深入的講解，保證絕大部分學生能夠掌握基本理論，完成電子科學技術專業基本科學素養的培養。對由相對次要的內容任課教師要能夠大膽舍去，因為這些知識技能，學生可以在今后的實際工作中進行學習，暫時的缺失不會對學生未來的職業上升空間造成很大限制。這樣就對教師的教學水平提出很高的要求。教師需要了解整個電子信息技術行業的發展歷史，準確分辨各個知識點在整個《信號與系統》知識體系中的重要性，完成重點、難點的突破;此外，任課教師需要在若干個科學領域都有所涉獵，以信號與系統的知識作為立足點，將各個學科知識融會貫通，并在信號與系統課程中進行交叉，培養學生的創新創造能力。

（一）適當減少數學推導，加強學生對原理的理解

專業基礎主要是指學生應該具備的專業素質、技能，應用型本科院校在重視學生實踐技能的同時，不能完全忽視專業理論的教學，而是應該通過不同的教學方式減少或者替代單純的數學理論推導，這樣才能夠更好地對其進行專業知識培養。只有在扎實的理論知識基礎上，才能夠更加準確地對專業技能知識進行理解，從而不斷成為社會所需要的應用型人才。

《信號與系統》作為電子科學技術專業的核心基礎課，是電子科學技術專業理論基石，課程內容中含有大量的數學公式。應用型本科高校生源相對于985、211重點高校的生源，其數理基礎較為薄弱，但對于應用型技術卻有著濃厚的興趣。倘若教師僅僅按照書本內容，進行枯燥的數學公式推導，容易導致學生喪失信心，并且僅僅講授書本上的數學公式推導，并不符合應用型本科高校的辦學理念，對于應用型本科高校生源應當更加注重應用型技能的塑造。但是，如果完全不了解學科的理論基礎，必然對畢業生的職業生涯造成很大的限制。因此在教學過程中我們減少了大量繁雜的理論推導，嘗試用一些精巧的模型或簡單而不完備證明來幫助學生對基本理論的理解。為此我們嘗試采用各種不同的方式，盡可能幫助學生更加深刻的理解信號與系統的本質原理，為其今后的工作提供充足長久的競爭能力。

（二）用書本知識，解釋日常生活現象

《信號與系統》雖然作為一門電子科學技術專業課程，但其中也包含了很多最基本的自然規律，能夠用來解釋日常生活中諸多的自然現象。在課堂教學中，適當引入一些學生日常生活能夠遇到的現象，能夠很有效地激發學生的課堂積極性，與任課老師形成較多的互動環節。例如在課堂教學中以雨過天晴出彩虹為例子，講解《信號與系統》中傅里葉變化。天空中出現彩虹其實白光的傅里葉變化，雨后由于空氣濕度大，空氣中含有較多水汽發生折射，形成不同顏色光的分離。彩虹是自然界中常見而美好的現象，利用彩虹的現象來說明傅里葉頻譜，能夠給學生帶來更為直觀、感性的認識。

（三）跨學科內容交叉

從當代大學教育的調查中了解到，大部分大學生在學習某些專業課后，如果畢業后沒有從事相關領域的工作，所學知識基本在一兩年內就會遺忘，當然這也是符合人類記憶的客觀規律的。但是，如果大學教育中采用網狀知識結構進行傳授，將大大提高學生對知識的理解和長久記憶時間。腦科學的研究表明，人們對于點狀、線狀的知識往往能夠很快接受，但同時也較容易被遺忘，而網狀知識結構有著多重知識的交叉，各個知識點之間有著緊密聯系，相互支撐、相互補充，一旦知識網絡形成，不容易被遺忘。

此外，對于應用型本科教育來說，拓展學生專業的寬度，幫助學生將技能在不同學科領域進行延伸，有助于學生對相關領域的了解。作為一名基礎課教師，應當站在學科的制高點，具有縱觀全局的眼光、科學的態度以及務實的作風，探索基礎課程教學的新方法和新思路。在教學過程中，適當添加多學科交叉類的具體實例、多領域融合的學習內容，幫助學生建立交叉學科的知識體系。例如在信號與系統的教學過程中，講授帶寬的概念時，嘗試引入一些光纖通訊的實際工程應用，達到了較好的教學目的。

二、教學技術技巧的改進

學生的在校內的實踐環節主要集中在實驗、課程設計兩個方面。部分學生反映實驗課上按指導書完成相應的各種操作， 實驗中驗證性多，創造性動手性的實驗偏少， 因此學習印象不深;在課程設計環節， 理論設計多，實踐過程少，涉及基本技能的不足。作為應用型本科高校，最重要的就是學生應用技能的培養，力圖使學生在基本工程技能方面加強鍛煉， 以適應社會的需求。因此任課教師需要緊跟技術應用前沿，了解企業的技術更新，將先進的應用技術和工程實例帶入課堂。其次合理安排課堂時間、注重實驗教學，采用微課、反轉課堂等教育技術，也能較好地提高《信號與系統》的課堂教學。

（一）生動有趣的工程實踐案例

應用型本科大學與高水平綜合性高校的培養目標有一定區別，其生源自身素質也有一定差距，因此應用型本科院校的高校教師更應該注重教學技巧的使用。以《信號與系統》這么課程為例，教師需要更多地引入案例，適時結合圖像處理，高頻電子線路等多門課程，減少理論公式推導。這主要是由于應用型大學本科生源數理基礎較為薄弱，過多的理論公式推導然后使學生喪失學習信心和興趣。在《信號與系統》的教學過程中，通過引入之前的科研工作實例，向同學們展示了信號分析在合肥光源高頻系統中的具體應用，發現能夠有效吸引學生的課堂注意力。

（二）合理安排課堂時間、注重實驗教學

根據學生課堂注意力曲線[4]，可知學生注意力在5-35分鐘階段達到最高峰，相對而言在課程的開始和末端時，學生的注意力相對較差，因此任課教師應當將最重要的教學工作安排在這個時間區間內，利用這段時間進行新知識、難點的學習。在課堂時間的兩頭，由于剛進入學習狀態和經歷了較長時間的學習，學生注意力相對較差，任課教師可以利用這段時間進行上一章節的知識回顧，及本節課程的內容總結。課堂中適當留出一部分隨堂練習時間，能夠幫助學生加深課程知識的理解。選題上一定要注意練習題的針對性，能夠與本節課學的知識內容緊密結合，重點突出。此外練習的另一個目的在于了解學生對本節課所學的知識掌握程度，作為教學反饋的重要手段之一。練習的形式則應多樣化，可小組討論一人發言交流;可學生獨立完成，教師不提供任何形式的指導，選取多個代表交流發言[5]。通過恰當的課堂練習，能夠滿足學生學到知識的成就感，充分調動學生積極性和主動加入教學的互動環節，還減輕學生的課外負擔。

（三）采用先進的教學手段

應用型本科高校注重學生實踐技能的培養，學生實習實踐環節較長，因此理論課程教學環節的課時略顯不足。微課教學最大優勢在于能夠有效利用碎片時間，幫助學生自主學習。如前文所述信號與系統課程是電子信息類專業的學科基礎課，特別是在應用型本科高校，專業理論課程教學內容多、學時少，一直困擾著授課教師。隨著互聯網技術的發展，國內高校一直在探索創新教學模式，“慕課”、“微課”和“翻轉課堂”等新理念不斷涌現。此類創新教學模式能夠很好地彌補信號與系統課時不足的教學問題，教師可以將部分知識內容放在微課中由學生自主學習，從而節省寶貴的課堂時間。對于信號與系統這門課程，國內已經有很多大學教師都進行了微課改革實踐，例如魯小利等針對信號與系統課程，進行微課改革[6]，他們以周期矩形脈沖的頻譜特點及信號帶寬知識點為例詳細闡述了微課的設計。任蕾等從微課的教學內容和教學方法等著手，介紹信號課程的微課設計，并以一階 RC 串聯電路分析為例詳細闡述微課的設計過程[7]。這些寶貴的課程教學經驗技巧都值得廣泛借鑒。

三、教學效果分析

通過教學方法改進后，對學生的出勤率和位置分布進行了抽樣統計。選取其中兩組比較具有代表性的數據進行說明。圖2的（a）（b）分別為教改前后的學生課堂位置分布圖，其中深色表示位置被學生占據，白色表示位置空缺。圖3為教改前后學生在各排各列的分布數量，從兩次抽樣的結果對比中不難發現，教改后的學生出勤略高于教改前學生出勤率。其中學生總人數為113人次，教改前學生出勤率為104/113=92.03%，教改后學生出勤率為109/113=96.46%。此外，我們根據學生課堂的二維位置分布分別統計了學生在各排的分布情況，如圖3所示，由統計數據可知，教改前后學生大致都成正太分布形式，但教改后正太分布整體向Y軸方向移動，即前排上座率有所增加，學生更愿意坐在前排位置。客觀的統計規律從側面反映了教改后學生總體的學習興趣有所增加。

四、結論

經歷多個學期的摸索，總結了一套關于《信號與系統》教學改進的技巧。通過期末的教學反饋，學生表示在教學過程，課本中的數學公式基本原理轉換成形象的模型實例，相對而言更容易理解記憶，大部分學生對《信號與系統》的教學效果較為滿意。教學中引入先進的教學技術手段——微課，讓學生能夠在課余時間自主進行學習，增強學生對知識的理解。

五、結束語

由于教改前后抽樣調查的樣本數量較少，并不能完全反映教改前后的差異，在后續的教學過程中，我們將會增大統計抽樣的樣本，嘗試在其他學科的教學過程中采用類似的教學方法，分析這種教學技巧的普遍適用性。同時也會繼續完善微課教學，為學生提供更多的微課教學資源。

參考文獻：

[1]馬賽，李方能，吳正國，等.《信號與系統》課程群的建設與教學改革探索[J].高等教育研究學報，2010，33（1）：102-103.

[2]張利紅，周子昂.高校信號與系統教學改革探討[J].中國教育技術裝備，2009，27（33）：69-71.

[3]楊亞萍，姚競紅，鮑程紅.信號與系統教學方法探析與思考[J].寧波工程學院學報，2006，18（1）：107-110.

[4]丁瑩瑩.談注意力曲線與學習金字塔理論對課堂教學設計的啟示[J].才智，2018（8）：35-36.

[5]俞如明.優化課堂時間安排提高物理教學的效率[J].文理導航，2012（14）：77-77.

[6]魯小利，李麗芬，趙燕.微課《信號與系統》改革實踐[J].信息與電腦（理論版），2015（2）：86-87.

[7]任蕾，薄華，金欣磊.信號與系統課程微課的設計[J].大學教育，2017（4）：35-36.