独立学院本科“信号与系统”课程教学研究

夏峻，彭飞，孙玲

摘要：本文首先分析了独立学院“信号与系统”课程教学所面临的困难，在此基础上结合本人实际教学经历提出了一些个人的建议，以期能够达到提高独立学院“信号与系统”课程教学质量的目的。

关键词：独立学院；信号与系统；教学研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）30-0137-02

自从各高校逐步扩大招生规模以来，我国高等教育已从精英教育走向了大众教育，高校入学人数大幅度增加。学生人数的增加带来一个较大问题就是学生整体素质的下降。特别是作为第三批次录取的独立学院本科学生，其基础更为薄弱，在思维理解能力、学习习惯等方面与一本或二本学生相比差距较为明显。这必然要求各高校，尤其是独立学院，在课程教学方面进行必要调整，以适应新的形势。对于一些理论性强、知识点多、覆盖面较广的课程尤其如此。“信号与系统”就是这样一门课程。下面笔者结合近几年来在独立学院讲授“信号与系统”课程的感受谈几点关于独立学院“信号与系统”课程教学的想法。

一、“信号与系统”课程的研究范围及定位

从20世纪70年代末期开始，在管致中、常迥、冯秉铨及黄席椿等著名前辈学者的推动下，我国高等院校在主要借鉴美欧课程改革经验的基础上，结合国情陆续开设了“信号与系统”这门课程。此后，我国大多数院校形成共识，逐步确定了“信号与系统”课程的研究范围和基本教学要求[1]：研究确定性信号经线性、非时变系统传输与处理的基本概念和基本分析方法；介绍从时域到变换域、从连续到离散和从输入输出描述到状态空间描述。“信号与系统”是电子、通信、信息等相关专业的重要专业基础课，也是国内众多院校相应学科专业的重点主干课程，同时该课程也是相关专业招收攻读硕士学位研究生的必考课程之一。它以“高等数学”、“复变函数”及“电路分析”等课程为基础，是数字信号处理、数字图像处理、随机过程、通信原理及自控原理等后续课程的理论基础，在教学环节中起着承上启下的作用。该课程的基本分析方法和系统原理广泛应用于通信、自动控制、信号与信息处理、电路与系统等领域。因此，如何有效地提高“信号与系统”课程的教学质量，改进教学效果，培养和提高学生独立分析、解决问题的能力，对于电子、通信及信息等类专业人才培养是一项具有重要意义的工作。

二、独立学院“信号与系统”课程教学的困难

由于“信号与系统”课程理论性极强且较为抽象，即便是对于一、二本院校而言，“信号与系统”也向来是一门教师难教、学生难学的课程。从笔者近几年来在独立学院从事该门课程实际教学的情况来看，独立学院“信号与系统”教学的主要困难在于：

1.课程自身因素：“信号与系统”课程内容过于抽象，数学能力要求比较高，很多重要公式、定理和性质涉及微分方程、积分变换、差分方程、无穷级数、复变函数和线性代数等众多数学知识，容易使学生觉得该门课程内容枯燥，从而产生放弃学习该门课程的心理。

2.学时因素：一方面由于“信号与系统”课程内容多、定义多、概念多、性质多、推导多，学时本就比较紧张；另一方面，目前国内各高校“信号与系统”课时数普遍被压缩，基本上都是从原先72或64学时被压缩到48学时甚至32学时。这使得教学内容多与学时少的矛盾更加突出，给教师授课带来更大的困难。

3.生源因素：独立学院作为我国高等教育的一种新模式，招收的学生除少数因偏科外，大部分高考成绩较低，学习基础差，尤其是数学基础较为薄弱，学习方法不当且缺乏自我调控能力，对理论学习缺乏兴趣。当看到教材中充满数学公式时心中立刻就会产生畏难情绪。

4.教材因素：教材是否合适对于教学质量的影响也是不可忽视的。目前，市面上可选用的“信号与系统”课程相关教材可谓繁多。其中，国内教材以东南大学管致中等编《信号与线性系统》、清华大学郑君里等编《信号与系统》及西安电子科技大学吴大正等编《信号与线性系统分析》等最为著名。而国外教材则以麻省理工奥本海姆教授所著《信号与系统》（中译本：西安交通大学出版社，刘树棠译）最为经典。以上各教材内容丰富、论述详尽，几乎涵盖了该门课程所有知识点，教材的理论体系架构也非常完整。对于基础较好的本科生而言选用上述这些教材进行学习非常合适，但是，对于基础较差的独立学院学生，若选用以上教材进行学习会感觉压力倍增，加重他们的畏惧心理，导致学习效果更差。

三、独立学院“信号与系统”课程教学方法的改进

以上我们从课程自身、学时、生源及教材等各方面分析了独立学院“信号与系统”课程教学中所面临的困难。从中，我们可以看出独立学院“信号与系统”的教学不能照搬一、二本高校的教学模式，必须从实际出发，针对以上的困难，从教学内容的安排、教学方法以及加强理论联系实际等方面进行改革，建立适应独立学院学生的“信号与系统”教学体系和教学模式，提高本课程教学质量，从而有利于学生更好地完成各自专业后续课程的学习。以下是笔者的几点建议：

1.选择合适教材：前文提到的“信号与系统”课程各经典教材虽然很好，但并不适合独立学院学生选用。从教学角度看，教材的选择完全可以依据“必需”、“够用”原则[2]。“必需”就是为专业课程学习所要打好的必需的基础；“够用”就是掌握了该课程的基本知识和基本分析方法，突出专业基础。对于条件较好的独立学院完全可以考虑自编教材。对于条件有限的独立学院，各任课教师可以依据上述原则选择教材。

2.合理编排教学内容：教材选定后，还需要对教学内容进行合理的编排。首先，由于“信号与系统”课程内容太多，而学时数有限，可以结合各专业特点合理安排教学内容。例如，对于电子信息各相关专业，状态空间分析就可以不讲。有些过于强调数学的内容也可以舍去，例如，在逆Z变换一节，幂级数展开法及留数法等内容就可以不讲，而只讲部分分式展开法。其次，对于教学内容的讲授顺序不必完全拘泥于教材。我们知道，几乎所有国内“信号与系统”教材都遵循从连续到离散的编写顺序。而时域分析的核心卷积分析的实质是将信号分解为简单信号的和，分别求出简单信号的响应进而根据系统线性时不变性质对简单信号响应进行叠加。这里，如果按教材顺序先讲连续时间信号的卷积，学生对于将有限信号分解为冲激信号这一涉及无穷大概念且包含积分的分解方式感到很难接受。而如果先讲离散部分，学生对于任意离散序列分解为单位样值信号的加权和接受起来就容易很多，从而能够很快抓住卷积分析的本质。在此基础上，再去理解连续时间卷积积分就会变得比较容易。endprint

3.适度弱化数学，突出物理含义：由于独立学院学生的数学基础较一、二本学生薄弱，在“信号与系统”课堂教学中进行繁琐的数学推演已不适应独立学院学生的实际情况。“信号与系统”课程自身特点决定了在教学中不可能完全摒弃数学，只是对教师的教学方法提出了更高的要求。在教学中，更重要的是对数学公式给出相应的物理解释。例如，在时域分析中，介绍卷积性质的时候，对于卷积运算的微积分性质，可以完全不做数学上的推导而描绘出其物理图像。以微分为例，参与卷积运算的两个信号，一个表示输入，一个表征了系统的特性。对卷积结果做微分，就是在系统后再增加一个微分电路。而在电路中，这个微分电路可以加到系统的输入端，或者移到系统中。加到系统输入端，实际就是对输入信号进行微分。移到系统中就是在系统中增加了一个微分电路，那么就是对系统冲激响应做微分，显然从物理上看这三种情况是完全等价的，这其实就是卷积的微分性质。类似的，这种方法还可以解释卷积的延时性质。又如，三大变换的性质基本都是通过数学公式表示，对于这些性质，在讲课时完全可以不做数学上的推演，把这留给学有余力的同学自行推导。而讲清楚这些性质背后的物理含义才是关键。

4.采用合适的方法进行教学：“信号与系统”课程内容多，但实际各个部分并不各自独立，而是一个有机的整体。因此在教学中采用合适的教学方法讲解有利于在有限的学时内让学生掌握更多内容。采用比较法就是一个非常好的想法。在时域分析中，连续与离散的很多内容非常相近，在教学中进行比较教学可以让学生温故知新。而对于三大变换，由于其内在的关联性，虽然各变换性质较多，但是让学生采用比较方法非常有利于学生记忆。此外，在课堂上采用板书推导结合多媒体动画演示，利用MAT LAB软件辅助教学，多举实例、“举三反一”等其他效果很好的教学方法已有其他老师专文介绍[3]，在此不再赘述。

四、结语

随着高等教育改革的不断深入，独立学院“信号与系统”的教学改革也是一个需要不断探索的过程。在教学中，必须围绕独立学院的人才培养目标，根据“信号与系统”的研究范围及课程定位，针对独立学院“信号与系统”教学中面临的困难，以工程应用为中心选择合适的教材，对教学内容进行合理编排，重点讲清公式背后的物理含义，结合合适的教学方法有利于提高独立学院“信号与系统”课程教学质量。当然，本文仅是引玉之砖，如何更好地激发学生学习主动性和积极性，进一步改善教学效果，强化学生独立分析问题和解决问题的能力值得在今后的教学实践中进一步研究。

参考文献：

[1]郑君里，等.信号与系统课程历史变革与进展[J].电气电子教学学报，2012，（2）.

[2]江凤兵.关于独立学院《信号与系统》课程教学改革的思考与探析[J].福建电脑，2012，（5）.

[3]马逸新.独立学院“信号与系统”课程的教学探讨[J].中国电力教育，2009，（8）.

基金项目：本文系南通大学校级教学研究立项课题，编号2010B23、2011B93。

作者简介：夏峻（1971-），男，江苏南京人，博士，助理研究员，研究方向：“电路”、“信号与系统”等课程教学工作。endprint