信號與系統課程的教學實踐與探索

任蕾

摘要：信號與系統課程是電子信息類專業的基礎課，該課程理論性強，學習難度較大。筆者在多年教學實踐中，對該課程的教學方法和教學手段進行了積極探索。本文從教學內容與教學安排、先修基礎課程的訓練、教學過程管理、線上交流平臺的應用、案例教學等方面，總結了信號與系統的教學實踐。

關鍵詞：教學實踐;信號與系統;教學過程管理;線上交流平臺

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）01-0129-02

信號與系統是電子信息類專業的基礎課，在本科生培養體系中地位重要，起到承前啟后的作用，是數字信號處理、通信原理等課程的基礎。但由于該課程理論性強，因此教學難度大，學習難度也大。同時，近年來，信號與系統課程的理論學時不斷減少，由最初的72學時降至目前的48學時，而教學內容并沒有減少太多，因此這一矛盾導致教學難度進一步加大，對教學方法和教學手段均提出了更高的要求。

筆者在近年來的教學中先后參考了多本教材和高校的教學模式，并結合本校辦學特色，提出了有針對性的教學方法和教學手段。李濤等從課程基礎、教學手段和在線學習平臺等方面進行信號與系統課程教學的探索，并提出了教改方法和措施。筆者聯系自己的教學實踐介紹在信號與系統課程的教學方法與教學手段等方面的探索。

1教學實踐與探索

1.1教學內容和安排

信號與系統教材編寫一般分為先連續后離散、連續與離散并行兩類，教學順序也多以這兩類為主。筆者在多年教學實踐中先后采用過上述類型的教材，考慮到目前課內教學學時數量大幅度減少，在近三年教學中，筆者采用了混合模式，即在信號與系統概論、線性時不變系統的時域分析這兩個部分中采用并行模式，即同時介紹連續與離散信號與系統的相關分析方法，而后續線性時不變系統的變換域分析則采用先連續后離散的教學模式。這主要考慮到連續系統的分析是本課程的重點內容，同時為與后續數字信號處理課程進行合理銜接，且考慮到離散信號與系統分析的方法與連續信號和系統是類似的，在本課程中僅對離散線性時不變系統的變換域分析做初步介紹，精選教學內容，詳細分析方法等在數字信號處理課程中講解，詳細的教學學時安排見表1所示。

同時，考慮到卷積的重要性且先修課程中已學習過微分方程求解方法，筆者在課內大幅度刪減了線性時不變系統的時域經典分析方法，這部分內容改為課后自學。上述教學安排可保證核心知識點有充裕的教學學時。此外，部分理論推導以作業的形式留在課后完成，不再占用課內學時，例如三大變換的部分性質和推論的證明等。

1.2加強先修課程基礎的訓練

筆者在教學實踐中發現，部分學生信號與系統課程的學習效果差，其根本原因是基礎薄弱，因此筆者將相關前續課程（包括高等數學、線性代數、復變函數與積分變換、電路分析原理）涉及的知識點提前布置學生進行復習，將需完成的練習任務在課程正式開始之前發布在交流群內，并在開課的第一周對完成的作業并進行批改和講評。對完成度不佳的個別學生布置額外任務。經過教學實踐，這樣安排可以在一定程度上改進聽課質量。同時，筆者也給出最直接相關的先修課程知識點梳理，包括：常用的微積分運算、微分方程求解的一般方法、矩陣的基本運算、復數的表示方法、傅里葉變換及其性質、拉普拉斯變換及其性質、基本電路分析方法和定理、電容器和電感器的伏安關系等等。

1.3注重教學過程管理

近五年來，信號與系統課程實施小班化教學，每個班級人數約30-35人（僅指應屆，不包括重修學生）。這樣每位主講教師可更熟悉教學對象，也能針對其特點及時調整教學進度和教學方法。

教學過程管理還體現在課內提問上，筆者每次課會預留前五分鐘時間，用以已學知識點梳理，并對個別學生進行提問，例如，在最近教學實踐中，筆者講解信號與系統概論部分時，部分提問如下：周期信號如何描述、連續復指數信號與離散復指數信號有何異同、給定信號如何計算其能量和功率、給定某分段線性信號如何利用奇異信號對其描述等。筆者還盡可能通過一個實例，將所有知識點貫穿從而達到綜合復習的效果。例如，已知某余弦信號x（t）=COS（t），畫出其波形，判斷其周期，說明該信號是否能量信號？并畫出復合函數y（t）=u cos（t）I的波形，說明其周期性;若x（t）是某系統的激勵信號，y（t）是響應信號，則判斷該系統是否線性系統？該例題涉及的信號波形如圖1所示。這樣的方式可以幫助學生進行知識點的銜接，提高聽課效率。

再次，筆者在近期的教學實踐中，不僅要求學生提交常規作業，還要求其提交指定題目的語音匯報作業。筆者給每位學生指定了不同題目并要求學生，將該題目的解決思路和過程以語音結合圖像的形式發布在學習群內。筆者會檢查其對所學知識點的掌握情況，并及時糾正解題過程中的問題。考慮到部分學生會繼續攻讀研究生，因此，筆者在作業中進行了分級處理，對這部分學生布置額外作業。

此外，為加強教學過程管理，我們近十年來均安排期中測試，考核以開卷為主，難度高于期末測試，目標是督促日常學習，盡量減少在期末考試之前臨時抱佛腳的情況。

1.4充分利用線上交流平臺

目前，筆者每周有固定的線下答疑時間和地點（每周6小時），但是來線下面對面交流的學生很少，且僅集中在期末考試之前。而線上交流平臺一般是班級QQ群或微信，學生更多地會選擇線上交流互動，最近一個學期的線上互動次數突破50人次。同時，每章節作業的完成情況和出現的主要問題，筆者會批改完畢后，統一整理并發布在QQ群內，指導學生訂正作業中的錯誤。作業情況反饋的形式包括題目解析過程的圖解、語音講解等多種形式。筆者也利用線上交流平臺及時收集教學中的反饋意見，并對教學進度進行調整。實踐證明，線上交流是學生普遍喜歡的教學互動方式。在近三年該課程評教中，筆者的評教成績分別為B、A+、A+。

1.5案例教學

為幫助學生理解和掌握信號與系統分析的基本方法，筆者在教學過程中，將教學案例融入日常教學中。例如在系統的定義與性質講解中，以圖像濾波及數據的平滑濾波作為實例，首先建立描述此類系統的模型，同時分析系統的各類性質，包括線性性、時不變性、因果性、穩定性和可逆性。講解連續系統的頻域分析時，筆者以測溫系統為例，介紹系統頻域分析的基本方法，以及逆系統、解卷積的分析方法。在采樣定理的教學中，筆者以采樣示波器為例介紹欠采樣的具體應用，加深學生對采樣定理的理解。反饋系統的講解中，筆者以功率放大器中接入反饋電路講解系統函數、頻率響應以及系統穩定性的分析方法。

2結束語

目前，筆者已制作了部分微課視頻，以此作為信號與系統課程教學的輔助教學資源，未來擬完成課程全部微課視頻的制作，進一步推進線下教學與線上教學的結合，改進教學效果。同時，考慮到學生的基礎不同、目標不同，筆者還將在分級教學方面做進一步的嘗試。