面向“卓越工程师”目标 进行“信号与系统”课程教学改革

毕 萍， 刘 毓

(西安邮电大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710121)

0 引 言

“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)作为《国家中长期教育改革与发展规划纲要(2010～2020)》组织实施的一项重大项目，其主要目标是培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型高素质工程技术人才，即卓越工程师后备人才(以下简称“卓越工程师”)。“卓越计划”是我国高等工程教育的重大教学改革项目[1-4]。我校以资深的邮电通信行业背景，作为第二批试点院校入选“卓越计划”。“卓越计划”围绕工程能力这一核心问题，对人才培养模式进行了全方位改革，强化培养学生的工程能力和创新能力。

“信号与系统”课程是电子信息类专业的核心专业基础课程。它以高等数学、线性代数、复变函数以及电路分析等课程为基础，又同时是后续的数字信号处理、通信原理、数字图像处理、语音信号处理、自动控制原理等课程的先修课程，在教学环节中起到承上启下的作用，是工科学生的必修课。由于该课程理论性和工程应用性强，并且较为抽象，历来是一门难教难学的课程。国外知名高校如哈佛、麻省理工、斯坦福等都开设了本门课程，并出版了大量知名教材[5-8]。我国各工科高等院校对此课程也非常重视[9-11]，东南大学、北京交通大学、西安电子科技大学等知名高校的“信号与系统”课程都是国家级精品课程。我校“信号与系统”课程是省级精品课程，理论教学已经达到较高水平，但针对“卓越计划”的专业基础课程教学改革还是空白。本文以面向“卓越工程师”培养为目标，结合我校教学现状和教学资源[12-15]，围绕教学内容、教学方法、考核方式、教学材料建设以及师资队伍建设等多个方面进行该课程的教学改革。从而满足“卓越工程师”培养目标的要求，同时给后续专业基础课程教学改革提供借鉴范例，凝练和打造一支优秀教学团队。

1 教学内容顶天立地

“信号与系统”课程是工科学生的必修课，就理论学习而言，其主要内容可概况为两个任务(信号分析与系统分析)、两种系统(连续时间系统与离散时间系统)、两种方法(时域分析与变换域分析)和三大变换(傅立叶变换、拉普拉斯变换和Z变换)。为了适应“卓越计划”的要求，针对教学内容进行了多方面的改革，如图1所示。目的是重点培养学生的三个能力，即创新能力、动手能力和团队协作能力。

1.1 理论学习顶天

本课程的理论学习是根基，因此是必须重视的内容。理论学习共64个学时，完整讲授吴大正教授编写的《信号与线性系统分析》(第4版)中的八章内容。以前授课时，偏重于公式的推导和习题的计算，往往让很多同学误以为这门课程是一门数学课。改革后，对于知识点重点强调其物理意义和工程应用，例如，讲卷积积分的时候，将调制的概念引入，通过示例让同学们了解卷积积分的应用，为后续的“通信原理”课程做铺垫。这部分内容的加入，可以使知识点变得生动，理论不枯燥，这一数学运算可以解决实际的问题。只有让学生深入理解了所学的理论知识，才能在实践中进行创新，因此理论课程可以使学生所学内容顶天。

图1 教学内容改革

1.2 实验学习立地

在改革以前，我校的“信号与系统”课程没有专门开设实验课。但是，实验课对学好课程的知识起到举足轻重的作用。实验课可以帮助学生深入理解理论知识，只有真正掌握了理论知识，才能够完成实验内容；实验课可以将工程应用实例引入课堂，工科学生最重要的技能是应用能力和创新能力，例如观察男女声音的频谱实验，这就使得傅立叶变换的概念不再抽象，学生易于理解，继而可以要求学生提取出男女声音，给有兴趣的同学一个创造的机会或者可以留待“数字信号处理”课程时进行解决。实验课可以充分锻炼学生的动手能力调动学生学习的积极性，并能够验证理论知识的正确性和其物理含义，因此实验课程可以使学生所学内容立地。

1.3 研讨学习和网路学习并重

在对理论课程和实验课程内容进行改革的同时，还加入了研讨学习的内容，例如冲激信号和阶跃信号、傅立叶变换之我见等内容。这部分环节的加入是为了更有效地突出重点和难点问题，使学生全方位深入学习。通过各组同学去图书馆或者上网查资料进行总结研讨，既学习了知识，又激发了兴趣，例如有一半以上的同学知道了傅立叶和拉普拉斯的伟大成就，工科课程中也能融入人文知识。

这次改革从多方面搜集了各种知识内容，例如经典的外文资料[4]、各种经典教案和实验教材、考试试题和考研试题、精品课程视频资源和网站等等。通过学校的网络平台将这些信息发布，便于学生在课余时间自学，省去了自己查找资料的麻烦，同时使学生们开阔了眼界。对学习程度好的学生来说可以提高水平，对于学习程度较差的同学可以查漏补缺。

2 教学方法优势互补

教学方法是教学改革的核心。课堂教学必须以学生为主体、教师为主导，师生互动，知识传授与能力培养相结合，如图2所示。为此，我们进行了深入的探索与实践。

图2 教学方法改革

2.1 学生由被动变主动

(1) 课堂小老师。工科的理论课程多数以教师的讲解为主，学生作为知识的接受方一直处于被动的位置，如果教师讲授时理论推导和数学公式过多，往往导致学生注意力不集中，且讲课效果不理想，学生仅仅记住了结论。针对这一现象，我们推出了课堂小老师的教学方法。每堂课都有一位同学做小老师，到讲台上来讲解本节课中与前续知识相关的知识点，这样既迫使学生认真复习所学知识，同时提前预习课上内容，进而锻炼了学生的逻辑思维能力和表达能力，让学生参与到教师的课堂教学中来。

(2) 网路实验课。本次改革，在教学内容上增加了实验课程，但是总学时量并不允许占用课堂时间。因此，实验课程通过网路进行。将需要进行实验的题目、目的、内容、步骤、资料等发布在网络平台中，设定实验报告和仿真程序的提交时间，同时在指定时间教师可以进行指导交流。利用网络平台解决了课时紧张的问题，同时学生有更多自主安排学习的自由，便于学生学会自我管理和自我约束，提升了学习效率。

(3) 问题研讨课。在教学内容改革时提到了，对重点和难点知识点增加了研讨课。这一教学形式，以学生为主体，充分发挥创造力和团队协作能力，以分组答辩的形式对某些知识点进行讨论。课堂成为了学生们发挥聪明才智的舞台，例如，一组学生以生动的话剧形式，表现了信号卷积与傅立叶变换之间的关系，获得了一致好评。在这一环节中教师作为主导，把握研讨的内容，并对学生讨论时遇到的疑问和错误进行讲解。通过这种形式的教学，充分调动了学生的学习热情，同时也能够使教师掌握学生的学习状况，并从学生的辩论中学到知识，与学生进行深入互动。

2.2 教师再学习再深造

(1) 示范教学课。对本课程进行教学改革，不仅从教学内容和和方法上进行改革，同时教师也必须不断提高自身的知识水平、教学水平和教学技巧，才能胜任本课程的主讲教师工作。为了使授课教师不断学习，“信号与系统”课程教学团队，每2周组织一次示范教学课，就一个知识点，请2或3位有经验的教师进行讲解，请部分学生参加。这样，通过教师之间的研讨，可以提高教学水平，把握知识点讲解的角度，尤其使青年教师受益匪浅，有经验的教师也可以吸取青年教师的长处。学生的参与，能够从接受对象的角度对教师的授课方法提出中肯的意见和建议，效果非常显著。这一环节为打造和凝练优秀教师团队奠定了坚实的基础。

(2) 教学督导组。教学督导组作为把握教学质量的重要角色参与到教学改革中。教学督导组聘请离退休教授，对任课教师进行随机听课，并在课后提出不足之处，任课教师针对问题提出整改意见。在整个课程进行中，教学督导组给学生发放问卷调查，对教师的教学进行总体评价。通过这种手段，可以实时监控整个教学环节，同时提升教师的能力水平，也是教师与学生沟通的重要桥梁和纽带。

3 考核方式灵活多样

考核体系的科学性，对提高学生学习的积极性、养成正确的学习方法与正确的考试观，都具有重要的意义。同时，考核的结果在一定程度上反映了教学效果的好坏，能够帮助我们重新制定或调整改革方案，起到导向标的作用。改革以前本课程的最终成绩包括：30%的平时成绩，70%的期末考试成绩。学生平时不扎实学习，但为了通过考试，到了考前突击复习，做大量的历年题，往往也能通过考试，甚至取得不错的成绩。但是，学生真正掌握了这门课程的知识点了吗？学生掌握的是应试技巧而不是知识点，因此当后续课程用到本门课程的知识点的时候，学生一脸茫然，影响了后续课程的学习效果。分析了考试效果后，我们改革了课程评价体系。目前，本课程的评分标准为：出勤率和平时课后作业占10%，实验成绩占20%，研讨会成绩占20%，期末考试成绩占50%。这样，减少了期末考试所占比重，增加了平时成绩的比重，同时偏重了实验动手能力和讨论自主学习能力。经过一学期的试点，两个卓越班的同学取得了教好的学习效果，成绩在同年级同专业中排名第一和第二，且不及格率远远低于平均水平。

4 结 语

本文全面而系统地阐述了面向“卓越工程师”培养的“信号与系统”课程教学改革，从教学内容、教学方法、考核方式三方面进行论述。“信号与系统”课程是电子信息专业专业基础课程群中的一门呈上启下的课程，通过本门课程的教学改革，可以总结得失，为后续的同类专业基础课程的教学提供借鉴。面向卓越工程师培养的课程改革才刚刚开始，还需在此基础上不断总结，不断创新，培养出合格的“卓越工程师”。

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