基于移動網絡的信號與系統實驗教學改革探索

張強志 黃志芳 黃杰賢 朱向慶 龔昌來

摘要：信號與系統作為一門電子電氣類專業基礎主干課程，同時又是涉及多門數學課程的抽象課程，實驗教學對于幫助學生理解和掌握課程內容顯得尤為重要。針對傳統的“教師演示，學生圍觀”實驗教學方式存在的看不到、記不住等問題，基于移動互聯網絡環境，并借助簡單的設備，搭建了直播演示平臺，嘗試對傳統實驗教學方式進行改革探索。實踐證明，改革有助于實驗教學，有助于廣大學生理解和掌握課程內容。

關鍵詞：信號與系統;實驗教學;移動互聯;網絡環境;改革探索

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）21-0039-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

信號與系統課程是電子電氣類專業本科生的專業基礎主干課程，是一門承上啟下的課程，同時與很多課程（例如通信原理、數字信號處理、通信電路、圖像處理、微波技術等）有很強的聯系，是學習這些專業課程的重要基礎性先修課程，也是相關學科（如通信工程、信號與信息處理、電子信息工程等）的研究生入學考試的一門重要考察課程[1]。

在很多高校中，信號與系統開始是作為電子信息類專業（特別是通信類專業）的基礎課程開設的。隨著信息技術的不斷發展和信息技術應用領域的不斷擴展，其內容也從單一的電信號與系統分析擴展到非電信號與系統分析，課程也逐步擴展成電子信息、自動控制、電子技術、電氣工程、計算機技術、生物醫學工程等眾多電類專業的專業基礎課程，甚至在很多非電專業中也設置了這門課程。

由于課程內容涉及大量數學內容，例如線性微分方程、積分變換、復變函數、離散數學等多門數學課程的內容，信號與系統是一門很難學的抽象課程[1]。因此，實驗教學對于幫助學生理解和掌握課程內容顯得尤為重要[2]。何臘梅運用THKSS-E型信號與系統實驗箱來輔助信號與系統的實驗教學，不僅能夠快速得到準確而清晰的實驗結果，而且能給學生提供一個很好的二次開發平臺[3]。陳娟等人使用開源的Python語言和PyQt5設計出友好簡潔的GUI界面，并設計了信號與系統實驗仿真平臺，幫助學生在理解原理的基礎上很好地完成實驗內容，并提高了學生的工程實踐能力和編程能力[4]。徐曉雨等人利用MATLAB軟件與實驗教學相結合，幫助學生通過實驗鞏固理論知識，提高解決工程實際問題的能力[5]。

然而，盡管實驗工具不同，大部分還是采用的傳統實驗教學方式：總結起來就是“教師演示，學生圍觀”，如圖1所示。此方式主要存在以下兩點問題：學生人數太多，后面的同學看不到老師演示;學生上手做實驗時已經忘了演示內容。為了改善甚至解決上述問題，本文借鑒以往的先進經驗[6-9]，結合所在單位實際情況，嘗試基于移動互聯網絡環境，借助簡單的設備，對傳統的“教師演示，學生圍觀”實驗教學方式進行改革探索。

2 改革方案

結合以往的相關改革經驗[6-9]，本文總結和提出了如下三種方案：

1）使用錄像設備對實驗演示進行錄制，供學生學習參考。此方案需要購買錄像設備或聘請錄像團隊，投入較大，且不適合實驗內容變更較頻繁的情況。

2）搭建投影平臺，對每次實驗演示進行實時投影，全部學生均可跟著演示進行實驗。此方案需要購買并搭建投影平臺（包括攝像頭、計算機、投影機等），投入相對較大。

3）在移動互聯網絡環境下（移動網絡和智能手機在大學生群體已經基本普及[10]），基于直播平臺（斗魚直播等）或者線上會議平臺（騰訊會議等）對演示內容進行直播，學生可在實驗臺上跟著手機屏幕進行實驗操作。此方案基于現有資源，只需購買手機支架（淘寶和京東的調研結果顯示，只需100元人民幣以內），投入很小，且適合實驗內容變更較頻繁的情況。

作者所在單位，是一個地方性本科院校，教學設備相對落后，資源和資金比較有限，但已建成移動互聯網絡環境。因此，結合實際情況，考慮資金投入，本文采用“方案3”對實驗教學進行改革，即：基于移動互聯網絡環境，每次實驗課，教師搭好演示平臺（包括實驗箱、手機支架、直播平臺等），學生登錄直播平臺，教師邊講解邊演示，學生邊聽講邊實操，遇到問題可以即問即答。演示平臺如圖2所示。

3 改革效果和存在問題

3.1 改革成效

自2019年5月以來，我們教學團隊致力于本文的教學改革，取得了一定的改革成效。

1）上課秩序得到了很大的改善

改革前，上課時教師演示，學生圍觀，全部擠到一起，外圍的學生看不到演示內容，就會開始講話，導致環境嘈雜、秩序混亂，想聽的聽不到;改革后，上課時學生在各自的實驗臺看著手機屏幕跟著老師演示進行實操，學生變得專注安靜，上課秩序得到了很大的改善。

2）上課效率得到了很大的提高

改革前，教師演示完，圍觀學生再各自回實驗臺進行實驗，看了演示的學生可能已經忘了大部分的演示內容，沒看演示的學生可能完全不知道怎么操作，經常實驗課下課時還是有不少同學沒有完成實驗;改革后，學生跟著老師的演示進行實驗，基本上能夠提前不少時間完成實驗，上課效率得到了很大的提高。

3）學習成績得到了顯著的提高

對改革前（16級）和改革后（17級、18級）的年級進行成績統計對比，數據顯示：改革后，實驗成績平均增加約5分，考試成績平均增加約3分。另外，作者所在學院，2021年（17級）考研被錄取學生人數創歷史新高達30人。

對學生“改革實驗教學方式”意愿進行問卷調查，結果顯示，18級共147名信號與系統學生，其中，145名學生更愿意采用改革后的實驗教學方式，占比高達98.6%。

3.2 存在問題

改革實施過程中，也遇到了一些問題：

1）網絡問題：由于視頻直播需要占用比較高的網絡帶寬，當全體師生一起登錄直播平臺，難免導致較高的網絡延遲，甚至無法登錄。解決辦法是，以小組為單位，組內只需一位同學登錄平臺，從而降低網絡占用。

2）嘯叫問題：登錄直播平臺后，學生一般會同時打開揚聲器和麥克風，此時由于師生均在同一實驗室內，容易導致自激嘯叫，產生刺耳的噪音。解決辦法是，全部學生關閉揚聲器和麥克風，破壞自激條件。

4 結束語

信號與系統作為一門電子電氣類專業基礎主干課程，同時又是涉及多門數學課程的抽象課程，實驗教學對于幫助學生理解和掌握課程內容顯得尤為重要。本文針對傳統的“教師演示，學生圍觀”實驗教學方式存在的一些問題，并考慮經濟欠發達的地方性本科院校的現實情況（資源和資金均比較有限），進行了基于移動互聯網絡環境的信號與系統實驗教學改革探索。實踐結果表明：本文采用的改革方案以很小的投入取得了很好的效果，有助于實驗教學，有助于廣大學生理解和掌握課程內容。另外，本文的改革經驗可供其他課程乃至其他院校的實驗教學參考借鑒，投入很小，容易實現，效果良好。

參考文獻：

[1] 胡沁春.信號與系統[M].重慶：重慶大學出版社，2015.

[2] 張昱，周綺敏，史笑興.信號與系統實驗教程[M].2版.北京：人民郵電出版社，2011.

[3] 何臘梅.THKSS-E型實驗箱在“信號與系統”實驗教學中的應用[J].隴東學院學報，2016，27（5）：17-21.

[4] 陳娟，陳雯，石飛，等.基于Python的信號與系統實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理，2021，38（5）：196-200.

[5] 徐曉雨，王淑玉.工程教育認證背景下的《信號與系統》實驗教學改革研究[J].課程教育研究，2018（14）：240.

[6] 宋宏彪，賀達江.信號與系統課內實驗教學方式改革與實踐[J].科技風，2020（1）：197.

[7] 牛曉偉，李洪兵，陳強，等.理實融合信號與系統實驗教學研究[J].考試周刊，2018（74）：27.

[8] 王仲根，聶文艷，王智，等.基于實驗工坊的“信號與系統”實時遠程實驗教學研究與實踐[J].蚌埠學院學報，2021，10（2）：103-107.

[9] 劉青芳.“信號與系統”課程虛擬實驗教學系統設計與應用[J].現代信息科技，2020，4（11）：106-107，110.

[10] 方獻梅，高曉波，覃琪，等.基于智能手機的移動學習在大學生群體中的應用研究[J].電腦知識與技術，2017，13（4）：94-95.

【通聯編輯：王力】