應(yīng)用型本科院校“信號系統(tǒng)”課程群教學(xué)內(nèi)容的整合優(yōu)化

王澤勛.

摘要：“信號與線性系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”是電子、信息、通信等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。這兩門課程在內(nèi)容上存在許多相互交叉相互重合的地方，對于應(yīng)用型本科院校來說，這兩門理論性較強的課程占用了較多課時。所以根據(jù)近些年的教學(xué)經(jīng)歷與體會，進(jìn)行了一些課程教學(xué)的改革探索，希望通過整合兩門課程的教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量與效率。

關(guān)鍵詞：本科院校;信號系統(tǒng);整合優(yōu)化

中圖分類號：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）04-0106-02

收稿日期：2019-11-02

“信號與線性系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”是大部分高校電子專業(yè)的專業(yè)必修理論課程，也是一般院校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、通信工程等相關(guān)專業(yè)的主要專業(yè)課程[1]。由于這兩門課程理論性強，對學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，獨立院校學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)普遍不是太好，不利于學(xué)生宏觀地理解和分析實際中涉及的抽象的信號處理理論問題。尤其對于應(yīng)用型本科院校，占用了較多課時，鑒于以上問題，通過對課程內(nèi)容整合、授課方法優(yōu)化方面，研究和探索兩門課程在應(yīng)用型本科院校的教學(xué)[2]。

兩門課程的教學(xué)內(nèi)容存在不可分割的聯(lián)系，但在教學(xué)安排上分為兩個學(xué)期教學(xué)，這就使學(xué)生學(xué)習(xí)過程中容易遺忘學(xué)過的知識，同時由于兩門課程的內(nèi)容有相同相似的地方，比如離散時間信號、離散時間系統(tǒng)、離散信號卷積和等。這就在講授兩門課程過程中，出現(xiàn)了知識點與內(nèi)容重復(fù)的情況，浪費了大量的授課學(xué)時。所以，在實際教學(xué)過程中，對兩門課程的內(nèi)容適;當(dāng)篩選，從整個知識體系上進(jìn)行整合，使專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容趨于合理化，更加接近實際應(yīng)用。這樣在節(jié)省了授課時間下，還可以有效減輕教師的授課負(fù)擔(dān)，同時提高教學(xué)效率。

結(jié)合近三年兩門課程的教學(xué)，在理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，授課方法進(jìn)行多種嘗試等方面進(jìn)行了一定探索研究。

1 教學(xué)內(nèi)容的整合

1.1 “信號與線性系統(tǒng)”主要內(nèi)容

（1）連續(xù)時間信號概念及運算、連續(xù)時間系統(tǒng)基本概念;（2）連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析方法;（3）傅里葉級數(shù)、傅里葉變換、連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析方法;（4）拉普拉斯變換、連續(xù)時間系統(tǒng)的s域分析方法;（5）系統(tǒng)函數(shù)以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.2 “數(shù)字信號處理”主要內(nèi)容

（1）離散序列基本概念以及基本運算;（2）離散時間系統(tǒng)的時域分析;（3）Z變換;（4）離散時間傅里葉變換;（5）離散傅里葉變換和快速算法;（6）數(shù)字濾波器級聯(lián)、并聯(lián)等結(jié)構(gòu);（7）無限脈沖響應(yīng)（IR）和有限脈沖響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器設(shè)計原理。

“信號與線性系統(tǒng)”與“數(shù)字信號處理”兩門課程教學(xué)內(nèi)容是相輔相成的，研究對象處理除了常見的三角函數(shù)信號外，還包含兩種奇異信號：沖激信號和階躍信號。連續(xù)時間系統(tǒng)主要針對的是線性時不變系統(tǒng)（LTI）?？偠灾?，兩門課的整體思想是解決已知輸人信號前提下，經(jīng)過一個線性時不變系統(tǒng)的輸出求解問題，如圖1所示。

1.3 整合后教學(xué)內(nèi)容

經(jīng)過課程內(nèi)容的適當(dāng)裁剪選取，“信號與線性系統(tǒng)”教學(xué)內(nèi)容以三種連續(xù)時間系統(tǒng)分析方法（時域頻域、s域）為主線，“數(shù)字信號處理”則以離散時間系統(tǒng)的時域、頻域（DTFT）、復(fù)頻域（Z變換）為主體，同時結(jié)合DFT以及快速算法、FIR和IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計等實際應(yīng)用相輔助。這樣兩門課程的系統(tǒng)性更強，學(xué)生學(xué)完“信號與線性系統(tǒng)”后，自然而然將內(nèi)容遷移到“數(shù)字信號處理”的課程學(xué)習(xí)中?？傊?，兩門課程的核心是系統(tǒng)（微分方程和差分方程）的求解，以及頻域分析和復(fù)頻域分析方法，授課教師需要在面對同一問題時，通過變換域的思想將兩門課程聯(lián)系在一起，有效提高教學(xué)效果。

2 教學(xué)方法的優(yōu)化

2.1 采用現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)手段

除了利用現(xiàn)代化多媒體影音資料，利用視頻圖片將抽象的數(shù)學(xué)推導(dǎo)形象地展示給學(xué)生外，還要充分利用大量網(wǎng)絡(luò)的資源。比如利用線上線下的時間加強師生之間學(xué)生之間的交流，錄制微課等，有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)同時加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握。近些年，使用了藍(lán)墨云班課進(jìn)行兩門門課程教學(xué)，界面如圖2所示。這款A(yù)PP不僅可以很好與學(xué)生在課堂交流互動，還有助于學(xué)生利用碎片化時間進(jìn)行自我提升，同時還可以通過軟件隨時監(jiān)測學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時針對學(xué)生出現(xiàn)的問題進(jìn)行跟蹤提醒。

2.2 利用仿真實驗平臺進(jìn)行實驗教學(xué)

矩陣實驗室（MATLAB）是一款功能強大，學(xué)習(xí)起來比較簡單的交互式語言。其中具有可擴(kuò)展性和較高的編程效率[3]。為了加深課堂學(xué)習(xí)效果，利用MATLAB開發(fā)了信號系統(tǒng)仿真實驗平臺，學(xué)生可以在課余時間結(jié)合課堂內(nèi)容進(jìn)行實驗操作。如圖3所示，為IR數(shù)字濾波器設(shè)計平臺，學(xué)生可以通過修改濾波器參數(shù)，設(shè)計需要的濾波器，同時通過可視化方法觀察濾波器的性能。為了與實踐相結(jié)合，在進(jìn)行教學(xué)過程中，指導(dǎo)學(xué)生利用MATLAB利用課堂所學(xué)內(nèi)容，嘗試解決一些實際問題。比如，利用數(shù)字濾波器的設(shè)計進(jìn)行信號的簡單去噪，利用頻譜分析方法設(shè)計一個信號識別系統(tǒng)。這樣既加深了學(xué)生的對授課內(nèi)容的掌握，又訓(xùn)練了學(xué)生結(jié)合理論運用計算機(jī)解決實際問題的能力。

3 教學(xué)效果

在18-19學(xué)年第二學(xué)期，兩個教學(xué)班同時進(jìn)行數(shù)字信號處理課程教學(xué)，17通信班上學(xué)期學(xué)習(xí)過“信號與線性系統(tǒng)”，而18電子轉(zhuǎn)班級是專升本學(xué)生，學(xué)生普遍數(shù)學(xué)基礎(chǔ)更為薄弱，在校時間只有兩年，所以本學(xué)期同時學(xué)習(xí)兩門課程。針對這些問題，利用有限課時，整合了兩門課程的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合藍(lán)墨云班課對兩個班級進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)效果利用藍(lán)墨云班課統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示。

可以看出即使專升本學(xué)生基礎(chǔ)較平行班薄弱-些，但是最后教學(xué)效果明顯優(yōu)于通信班，因為避免了學(xué)生經(jīng)過一個假期忘記了前面課程的內(nèi)容的情況，還利用整合教學(xué)內(nèi)容后，同時學(xué)習(xí)兩門課程，可以讓學(xué)生做到舉一反三的效果，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。

4結(jié)論

本文針對應(yīng)用型本科理論課時少，學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱等特點，整合了兩門課程的教學(xué)內(nèi)容，同時利用藍(lán)墨云班課APP優(yōu)化了教學(xué)方法，使學(xué)生能切身體會兩門課程的關(guān)聯(lián)，有助于提高加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和提高學(xué)習(xí)積極性。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐榮輝“電路分析”“信號與系統(tǒng)”及“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)內(nèi)容的整合優(yōu)化[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2018，31（6）：42-43，45.

[2]代萌，徐燦華，夏軍營，等.本科生與研究生數(shù)字信號處理課程差異化教學(xué)模式分析[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2018，39（5）：87-89，102.

[3]沈再陽.精通MATLAB信號處理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[通聯(lián)編輯：光文玲]