生物醫學工程專業《信號與系統》課程的探索與實踐

杜麗莉

【摘要】《信號與系統》是生物醫學工程等電類專業的一門重要的專業基礎課程，在生物醫學工程專業本科教學階段具有極為重要的作用。為了提高本課程的教學質量，有必要加強課程體系建設。本文結合專業特點和課程特點，主要從教學內容的設定和教學方法選擇等方面進行了探索和研究。

【關鍵詞】信號與系統? 生物醫學工程? 教學內容? 教學方法

1.《信號與系統》課程特點

《信號與系統》是一門理論性較強的專業基礎課程。該課程主要是研究信號的表示和系統的描述，通過信號表示和系統描述分析信號與系統在時域、頻域以及復頻域的作用機理，從而得到不同域中輸入、輸出、系統之間的相互關系。其主要的教學目的是讓學生掌握信號與系統的基本理論、基本原理和基本分析方法。該課程在本專業的教學體系中起著承前啟后的作用。其先修課程包括，高等代數、線性代數、復變函數、電路分析等;其后續課程包括，數字信號處理、自動控制原理等。本課程在專業人才培養上具有相當重要的地位。《信號與系統》是數學性很強的一門專業基礎課，它的理論體系極為嚴謹，并且涉及到的教學內容較多，課程理論較為抽象，數學公式和推導過程較為復雜，也是學生第一次接觸信號及系統和變換域分析的理論知識，所以學生在學習過程中經常表現出諸多的不適應。本課程存在“難學難講”的問題。

2.合理選擇教材

目前，《信號與系統》課程適合本專業使用的教材有很多，國內比較經典的教材有由高等教育出版社出版清華大學鄭君里教授主編的《信號與系統》（第三版，上、下冊），是“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，該教材是很多高校選擇的主教材，也是很多高校研究生專業課考試的參考教材，它主要以通信和控制工程作為應用背景。此外，還有由清華大學出版社和北京交通大學出版處聯合出版，由陳后金教授主編的《信號與系統》（第三版），該教材是國家精品課主教材，書中建立了較為完整的課程體系，突出了各課程的內在聯系及相互關系，體現了局部和整體的統一，內容深入淺出，詳略得當。國外較為經典的教材是由奧本海姆主編的《信號與系統》（第二版），是美國麻省理工學院（MIT）的經典教材之一，書中作者使用了大量的實例，并行討論了連續系統、離散系統、時域系統和頻域系統的分析方法，使讀者能透徹地理解各種信號系統的分析方法并比較其異同。上述教材都為經典教材，我校《信號與系統》課程結合本專業特點，以及目前課時較少的現狀，綜合考慮選擇由陳后金教授主編的《信號與系統》（第三版）作為本課程的主教材，其他兩本教材作為推薦教材，供學生自行學習，以提高自身對知識體系的掌握能力。

3. 合理制定教學內容

我校《信號與系統》課程定為本科三年級第一學期開設，學生在此之前已經學習了高等數學、復變函數、電路分析等基礎課，具備了學習本課程的知識基礎。同時，為了與同階段的其他專業課協調有序開展，本課程大大縮短了課時，受到了只有54課時的限制。由于本課程涉及的理論知識范圍較大，而課時較少，這也增加了教師講課和學生聽學的難度，在這種情況下，合理的制定教學內容顯得尤為重要。

首先，要對本課程內容有整體的把控。課程名為《信號與系統》，那么即可將內容為“信號”和“系統”兩大方面。此外《信號與系統》課程知識有著很好的“對稱性”：對于“信號”部分來說，教學內容可分為信號的時域分析，信號的頻域分析，信號的復頻域分析;對于“系統”部分來說，同樣可分為系統的時域分析，系統的時域分析，系統的復頻域分析。上述“信號”和“系統”的時域和變換域分析中又可以分為：連續時間信號的分析，離散時間信號的分析，連續時間系統的分析以及離散時間系統的分析。在教學順序上，先講信號，再講系統，先講連續，再講離散，先講時域，再講變換域，可以讓整體知識結構更加清晰，使學生更容易理解。

其次，要明確本課程重點內容。由于課時較少，該課程不可能詳解所有的知識點，所以在制定教學內容時，需要結合教材和本專業特點，定位重點內容于掌握分析信號與系統在時域、頻域、復頻域的作用機理及其涉及到的工程實踐中的問題，簡單介紹或刪除不重要的知識點。

最后，要注重理論與實踐相結合。本課程的特點是理論性較強，且較為抽象，這也是很多學生反映課程難學的主要原因，所以需要有實踐練習來鞏固支撐理論知識的學習，提高學生分析和解決問題的能力。為了培養學生的這種能力，本課程設計了基礎性練習、工程性練習和綜合性練習。另外，還利用MATLAB進行實驗教學，將理論知識中的重難點進行展示，將抽象的理論可視化，還可以指導學生自主分析問題，激發學生的學習興趣和動手能力。

4.合理選擇教學方法

4.1 教師講學。傳統教學方法是“老師講，學生聽”，這種方法雖然存在一定的弊端，但是仍然是當下主流的教學方法。結合本課程課時較少的特點，這種講學的方法毫無疑問是最省時最有效的方法。為了改善傳統講學中課堂沉悶的現象，我們采用多媒體和板書結合的方式進行講學，利用多媒體形象展示理論知識和工程實例，利用板書梳理知識結構以及重點理論分析。

4.2小組學習。將班級學生分為若干個學習小組，在每一階段的理論知識學習完成后，針對每個學習小組制定不同的基礎性練習、工程性練習和綜合性練習，此外，MATLAB的實驗教學也以小組的形式進行，所有的實踐練習成果以小組的形式提交，由教師評價學生學習成果，并將結果反饋給學生。

4.3教學質量調查。設計教學質量調查問卷，在課程開展一定時間后，請學生對本課程的教學質量做出評價，評價內容包括：教材、課程內容、教學方法、教師職業素養、課堂氣氛、授課效果、課程意見和建議等方面。目的是使任課教師和教學組及時了解到學生的學習情況和對課程學習的訴求，并及時合理的調整教學方案。

參考文獻：

[1]陳后金，胡健，薛健.信號與系統第二版[M].北京：北京交通大學出版社，2017.

[2]陳琦瑋，張靜亞.《信號與系統》課程教學的探索和實踐[J].中國電力教育，2008（21）.

[3]鄭君里，應啟珩，楊為理.信號與系統第三版[M].北京：高等教育出版社，2011.

[4]奧本海姆.信號與系統第二版[M].北京：電子工業出版社，2013.