“信号与系统”课程探究式学习的研究与实践

李 敏，张维维，刘 燕，姜明新

(大连民族学院信息与通信工程学院，辽宁大连 116605)

“信号与系统”课程探究式学习的研究与实践

李 敏，张维维，刘 燕，姜明新

(大连民族学院信息与通信工程学院，辽宁大连 116605)

在“信号与系统”课程的教学过程中引入探究式学习的教学方法和教学理念，实践于课堂教学、实践教学、课外双语教学及知识拓展训练等各个教学环节中，激发了学生的学习兴趣，收到了良好的效果。

信号与系统;探究式学习;教学方法;教学改革

“信号与系统”是高校电气信息类专业的核心专业基础课，它以高等数学、工程数学和电路分析为基础，同时又是后续专业课的基础，在课程结构中起着承上启下的作用，是学生合理知识结构中的重要组成部分，在发展智力、培养能力及综合素质方面，起着极为重要的作用。著名教授Alan V.Oppenheim在他所著教材《Signals and Systems》的前言中指出，该门课程能够成为工程大学生在大学教育阶段所修课程中最有得益而又引人入胜和最有用处的一门课［1］。该门课程的重要性是其它课程不可替代的，因此，在全国的硕士研究生统一考试中，该课程一直被通信与信息系统、电路与系统、信号与信息处理等研究生专业列为考试科目。

1 现状分析与研究目标

1.1 现状分析

“信号与系统”课程既涉及“高等数学”“电路分析”等先修课程的内容，又为后续“数字信号处理”“随机信号分析”“通信原理”及“自动控制原理”等专业课程的学习奠定基础。因此，学生对该门课程掌握的程度将直接影响高校对学生的培养质量。但以往的教学效果并不理想，学生对该门课程学习的兴趣不高，究其根源，主要体现在以下几个方面:

(1)该门课程的特点是理论性强、技术性强、应用背景强，其课程内容抽象、概念多、方法多、数学公式多，要求学生有较扎实的数学基础，被誉为是21世纪信息化时代打开电子信息科学的一把钥匙［2］。因此，由于该课程知识点多、覆盖面广，历来是教学中的难点，长期以来一直存在着难学、难懂和学了不会用的问题［3］。

(2)由于该课程中涉及到的一些基本而重要概念，应依靠教师在教学过程中的深刻理解和引导来建立，不宜完全通过学生自学来掌握，因此，教师在教学中重视知识的继承，把精力大多停留在算法的理论及其推导上，较小涉及实现方法及相关的软硬件技术，导致学生被动接受知识，缺乏知识的应用方面训练，当然也谈不上创新意识和创新能力的培养。

(3)学生普遍缺少甚至没有最基本的专业知识，加之近些年的扩招使入学学生的素质平均水平相对下降，学生的数学基础相对薄弱，繁杂的数学内容和数学结果使学生往往停留在脱离实际地从数学到数学，导致数学模型多、抽象难懂，使理论联系实际比较困难，甚至学完了课程还不知道什么叫系统，形成了公式多难记忆、脱离应用难理解的恶性循环。

1.2 研究目标

为了提高该课程的教学质量，针对以上三个方面的问题，笔者根据大连民族学院信息与通信工程学院的实际情况，对该课程的教学模式和教学方法进行了不断的探索与改进，改变传统的“以知识为本”的教学模式，逐步转化为“以学生发展为本”的教学模式。在教学过程各个方面采用探究式学习方式，强调学生的主体地位，其主要目的是，在分析问题与解决问题的过程中有利于启发学生思路，加深对原理、方法所依据的理论的理解，培养应用知识的能力和独立思考能力，从而使学生学到的不是一堆僵化的理论而是有用的活知识。

2 探究式学习的研究与实践

探究式学习作为一种科学、先进的学习方式而存在，是指学生围绕一定的问题、文本或材料，在教师的帮助或支持下，自主建构答案、意义、理解或信息的活动过程。在探究式学习中，学习不再是知识的传输过程，而是知识的建构过程，教师根据一定的教学目标，有计划地组织、帮助和引导学生合理有效地开展学习。在基于探究式学习的教学活动过程中，教师、学生组成自主平等、相互尊重、相互协商、相互质疑与批判的知识共同探究体，学生完全享有和承担自主构建个人知识的权力和责任，以培养学生独立思考、批判性思维、创新性构建知识的能力为目标。在探究式学习过程中，学生由于知识积累不足和生活经验贫乏以及探究能力所限，形成错误的结论在所难免，教师要合理、适时地引导学生进行反思。反思对学习质量的提高是很关键的，反思不仅是对现时进行的探究学习活动的回顾，以加深认识，找出偏差与不足，而且是对学生本身认识问题能力的一个提高和升华［4］。我院在“信号与系统”课程教学过程的各个环节尝试使用探究式学习方法，收到了较好的效果。

2.1 基于探究式学习的课堂教学

课堂教学不能一味地强调教师的“教”，更要关注学生的“学”，不能只有教师的声音，要经常刺激引导学生的思维，激发学生的积极性和创造性。探究式学习可营造课堂教学中教师与学生民主平等的合作氛围，教师是课堂活动的组织者和引导者，学生不再是知识的被动接受者，而是知识的构建者，这种课堂氛围可培养学生勤于思考的习惯，勇于创新的精神。比如在讲解拉普拉斯变换的“初终值定理”时，教师首先在课堂上介绍该定理的内容并完成数学推导，为学生建立起该定理的前提基础，创造探究式学习的内在条件;然后让学生在课后认真研究该定理的使用条件及注意事项，并在下次上课时让学生到讲台上为大家讲解自己的理解;最后教师对学生的讲解进行点评和总结，合理评价学生的探究结果，引导学生进行探究学习中的反思。通过在课堂教学中引用探究式学习，收到了较好的效果，学生的体会主要表现在:一是他们不再觉得公式和定理难懂、难记、难用了;二是体会到听课要比自学节省很多时间;三是自己学习理解的知识没有老师讲解的深刻透彻。最终的效果是学生懂得珍惜课堂时间，提高了上课的听课效率和出勤率，习惯了课后自己看书消化理解课上所学的知识和内容。

2.2 基于探究式学习的实践教学

实践教学要着眼于工程应用和科学研究能力的训练，即应具有多样化、多层次、综合化、重能力培养的目标，同时还要给学生提供个性发展的空间。不能局限于对理论教学的验证和补充以及从理论到理论的设计与综合，应开发一些贴近生活实际、能让学生感受到的“信号与系统”的理论在实际中应用的实验项目。比如傅里叶分析的知识一直是“信号与系统”课程的重点和难点，也是学生们在学习中最感到头疼和抽象的部分，是建立频域概念的敲门砖，就好像是该门课程的瓶颈一样，这部分内容学好了，整个课程内容就感觉轻松了。针对傅里叶分析的原理，我院教师开发了“音乐的分析与合成”“语音信号的采样及频谱分析”“心电信号各波频谱分析”“强噪声背景下语音信号的检测和提取”等精品实验项目。这些精品实验项目属于开放性实验，由学生自由组成实验小组，在教师的指导下利用课外时间通过探究式学习来完成。通过这些精品实验使学生对频谱、频域等概念都有了深刻的理解，他们开始了解傅里叶分析应用范围的广，那种以往学习这门课就好像是在学数学的感觉没有了，对这门课程也产生了深厚的兴趣。所以，联系专业应用实际使“信号与系统”课程充满了生机，还原了其应有的生命力。

2.3 基于探究式学习开展本课程的双语教学

双语教学是我国高等教育教学改革的一个热门话题。实施双语教学是我国高等教育适应经济全球化趋势，培养具有国际合作意识、国际交流与竞争能力的外向型人才的重要途径。在高校开展双语教学，尤其是理工科专业课程的双语教学，为的是让学生从外语原版书籍中接触到本专业的一些前沿知识和最新研究进展，同时也是为了提高学生阅读外文科技文献和资料的能力，了解本专业在世界上的地位和发展情况，开阔学生视野。为此，必须为双语教学配以适当的课外实践环节，为学生提供一个多样化、互动性强的课外学习环境，以增强学生的探究式学习和合作式学习能力。比如在教师讲授完傅里叶分析的知识后，为学生提供一些有关傅里叶分析在专业实际中应用的英语专业文献，让学生在接触外语文献的过程中增长专业知识，了解本学科的最新发展趋势，了解国外专家解决问题的思路和方法。在指导学生阅读时，要明白这样的观念，阅读的目的不止是为了提高语言水平，阅读的过程首先是吸收知识的过程，通过这种吸收知识的过程，学生自然而然地提高语言水平。探究式双语教学活动有效带动学生阅读专业英语文献的热情，极大地提高了学生们的专业英语翻译能力，同时开拓了学生们的专业视野，了解了本课程教学内容所体现的专业领域，激发了学生学习本门课程的积极性。

2.4 借助互联网开展探究式学习

学好基础理论和学以致用是本课程学习目的的一个方面，如果局限在“学好”基础理论或片面强调从实际出发，用什么学什么，都不是本课程的学习目的。“信号与系统”课程强调理论联系实际，原理、方法与应用三结合，强化内在联系，在“结合”上狠下工夫。这种“结合”除了体现在实践教学环节上，还可以通过在课外开展探究式学习与研究的方式实现。一门课程在专业中所处的位置及重要性仅凭教师在课堂上讲是不能让学生信服的，而且课堂教学的时间毕竟是有限的，一些内容没有充足的时间在课堂上展开。为了有效地拓展课外探究式学习和研究，弥补课堂教学的不足，以网络资源为补充，营造培养学生自主学习和自主创新能力的环境。具体做法是，在课程教学进行的每一个阶段，教师都要引导学生利用互联网查找资料、展开学习与研究，了解该阶段教学内容在实际中的应用情况，不同学派的不同观点、看法甚至质疑，学会发现问题，学习和借鉴前人的研究思想和方法。借助互联网开展探究式学习，既训练了学生查找资料的能力，同时也使学生通过网上的相关内容了解到“信号与系统”课程对理工科大学生的知识、能力及综合素质的培养有着重要和深远的影响，及其在信息与通信工程中的重要地位。

通过在“信号与系统”课程中开展探究式学习之后，学生们对这门课程产生了深厚兴趣。在此，摘录一些学生在座谈及问卷调查中的感想来说明探究式学习的效果。“信号与系统这门课程光靠自我学习是不够的，如果课上不能与老师的思路同步，课下很难自己做到每一个重点难点的解析。”“信号与系统课程不是在一个方面的知识深度研究下去，而是大范围的研究知识，这就需要一种综合探究能力，在任何一个方面的瘸腿都有可能导致这门功课学习的偏颇。”“通过在实验中对实际语音信号的采样分析和处理之后的明显效果，内心充满了好奇，感到所学到的知识越跟实际联系就越会激发人的好奇心和学习的欲望，我们应该学会如何把所学理论知识转换成实践性的技术而产生价值。”“在用MATLAB分析信号时，当我真正的得出正确的输出波形时，心中充满了成就感，并从中获得很多快乐，所以我对信号分析也产生了一定的兴趣。”

3 结语

时代在前进，培养目标与培养模式也在前进。当前高校教学工作应该如何进行，才能跟上前进的步伐，培育出高素质的创新型人才?这的确是每位教师共同关心的问题，也是教育工作者深化改革的永恒主题。本文通过在“信号与系统”课程的教学过程中采用探究式学习的教学方法和教学理念，动态地完善教学手段，再配以期中、期末的考试手段，能够在一定程度上提高教学效果，激发学生的学习兴趣。但还不够成熟，还要不断地探索与实践，希望通过和相关的教师们共同研讨、改革、实践来促进“信号与系统”课程教学质量的逐步提高，以实现我们共同的愿望。

［1］OPPENHEIM A V，WILLSKY A S，NAWAB S H.Signals and Systems 2nd ed［M］.刘树棠，译.西安:西安交通大学出版社，1998.

［2］吴湘淇.信号与系统［M］.3版.北京:电子工业出版社，2009.

［3］李敏，陈兴文.信号分析与处理的软硬件实现［M］.大连:大连海事大学出版社，2009.

［4］齐雪林.浅析基于探究式学习的大学课堂教学［J］.高等理科教育，2011，(1):93－96.

Research and Practice of Inquiry－based Learning in Curriculum of Signals and Systems

LI Min，ZHANG Wei－wei，LIU Yan，JIANG Ming－xin
(College of Information and Communication Engineering，Dalian Nationalities University，Dalian Liaoning 116605，China)

Signals and Systems is a core basic course of Electrical Engineering and Information Professional.In order to improve the quality and effectiveness of the teaching and cultivate the high－quality innovative talents，Inquiry－Based Learning is introduced into the teaching process of Signals and Systems as new teaching method and concept.The teaching process includes various teaching such as classroom teaching，practice teaching，extra－curricular bilingual teaching and knowledge development training.Inquiry－Based Learning stimulates students＇interest in learning and has good teaching effectiveness.

Signals and Systems;inquiry－based learning;teaching methods;teaching reform

G642.0

A

1009－315X(2012)05－0498－04

收稿日期:2012－03－30

李敏(1962－)，女，辽宁开原人，教授，主要从事信号及信息处理方面的教学与研究工作。

(责任编辑 刘敏)