信号与系统课程教学改革探索

徐树生

(青岛农业大学 机电工程学院，山东 青岛 266109)



信号与系统课程教学改革探索

徐树生

(青岛农业大学 机电工程学院，山东 青岛 266109)

摘要：针对信号与系统课程目前教学内容与其他课程重复过多、实践能力培养欠缺、理论和实践教学时间安排不合理等问题，从提高教学质量、培养学生工科思维、增强学生感性认识的教学目标出发，提出了优化教学内容、改革教学方式以及加强实验教学等一系列具体教改措施。

关键词：信号与系统；教学改革；教学内容；教学方法

0引言

信号与系统课程是高等学校电气类专业重要的主干基础课之一。该课程以高等数学、工程数学及电路原理等课程为基础，是后继的数字信号处理、通信原理、自动控制原理等专业课程的先修课程，在教学环节中起着承上启下的作用，其教学质量的好坏直接关系到学生对信号、系统等重要概念的理解和分析解决问题的能力，关系后续课程的教学质量。但是长期以来，由于信号与系统课程本身的特点及教学方法和手段的单一，信号与系统课程一直处于教难、学更难的状态之中。为此，许多学者对本课程的教学改革进行了深入的研究探讨[1-3]。经过多年该课程的教学实践，我们发现本课程教学主要存在以下四个方面的问题：

(1)教学内容与其他课程存在重复，工程性和前沿性不够强。本课程开设时间为大三第一学期，学生已经学过《高等数学》和《电路基础》等课程且正在学习《自动控制原理》课程，这些课程与本课程有部分内容重合。另外，解决工程实际问题的方法以及学科领域的最新进展往往因学时所限不能在课堂上介绍，难以激发学生求知欲和对专业课的学习兴趣。

(2)该课程内容抽象，公式和理论推导相对较多。由于抽象、繁琐、理论性强，学生觉得本课程内容枯燥，产生难学、厌学情绪。

(3)教学时间和内容的安排不尽合理。普遍存在教学内容多和教学学时少之间的矛盾，使得学生只能靠做习题来巩固和理解教学内容，缺乏本课程与相关课程间的整体考虑，不利于综合培养学生的能力和素质。

(4)实践教学环节不足。学生缺乏实际动手操作经验，对课程中大量的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试和分析，不能学以致用。

本文针对这些教学问题，综合考虑本课程的地位和作用，提出该门课程在教学内容、教学方法、考核评估等方面的一系列改革思路。

1优化教学内容

1.1整体规划教学内容

通过压缩、删减、整改等多种方式，精选基本教学内容，重组基础知识点、知识单元或模块。将本课程与《电路原理》《自动控制原理》作为系列课程进行整体规划，避免内容上的重复，促进学生对重点内容的掌握。同时,加强本课程与《数字信号处理》、《传感器与检测技术》等课程的衔接与横向联系，便于学生综合运用相关的课程知识进行课题研究，提高学生的综合应用能力。

1.2教材与工程实例相结合

把教材与工程实例相结合作为课堂教学的内容，重点讲授信号与系统与处理的基本概念，以工程实例串接各个知识点，充分体现信号与系统与处理技术在工程中的应用，使学生系统地掌握典型测控系统的数据分析与处理方法。同时，拓宽学生知识面，不断引入前沿新技术的发展和应用，激发学生的学习热情。

1.3强化物理思想，淡化数学推导

在教学活动中采用弱化数学公式的推导，强化物理意义的基本教学理念。不但让学生对基本概念有深入理解，而且要把每个知识点可以解决哪些实际的问题给学生讲解，培养学生处理数据的能力，增强学生的求知欲，激发学生的学习兴趣。这样，才能避免学生的学习只停留在对数学知识理解这一层面上，进而使之把数学知识当作处理实际数据的一个强有力工具。例如，在讲述傅里叶级数时，要把周期信号的频谱分析作为重点，让学生理解图谱所包含的信息，然后再结合实例加以分析。

2调整教学方法和手段

2.1数学推导与物理概念相结合

由于信号与系统是一门数学公式推导多、理论性强的课程，因此应把教学重点放在由数学模型、数学公式、数学表征等体现的信号与系统理论与方法的物理内涵上，注意纠正和克服学生学习时停留在数学理解这一弱点上。虽然信号与系统内容体系成熟完整，其理论和方法都可以用严密的数学理论来描述、表征和抽象，但它有很强的物理背景和应用。教学中一方面要利用数学工具引导学生很快地抓住信号与系统理论和方法的本质；另一方面，把重点放在讲透由数学抽象所反映出来的物理概念和方法上。这样，才能使学生由抽象到具体来理解课程内容的本质，掌握课程精髓。例如，在学习线性时不变系统的稳定性时，如果输入有界，输出也有界，则系统稳定。许多学生难以理解此概念，可以用能量有限的观点引导学生，从而加深对物理概念的理解。

2.2实验教学与理论教学相结合

信号与系统是一门实用性较强、涉及面较广的专业基础课，课程的教学对于理论和实践两个体系都有很高的要求。如何把课程中的重点概念、基本理论和其在现代社会信息技术各个方面的应用紧密结合起来，使学生在理论学习的同时建立与实际应用的联系是该课程实验体系的核心要求。MATLAB强大的数值分析和图形化功能，为该课程的实验体系提供了强大的支持[4]。借助MATLAB进行学习，可以简化求解，快速分析，得出有助于理解的、形象逼真的图形，从而可以把学习重点放到抽象概念、重点原理的理解上，减少不必要的烦琐推导与运算。因此，在实验教学过程中，可采用软硬结合的实验模式。在软件实验方面，基于学院计算机软件仿真平台，通过采用MATLAB软件工具，学生不仅可以随意修改参数，比较实验结果，而且还可自行设计系统进行模拟，加强了学生的综合设计能力。在硬件实验中，依托学校现代测试技术实验中心，进行相应的硬件实验，提高学生的动手能力及分析问题的能力。通过软件仿真实验和硬件实验的有机结合，不但提高了学生的实践能力，加深了对理论知识的理解，而且使学生尽早地接触先进的设计工具，调动他们的积极性和主动性，激发他们的学习欲望。

2.3板书与多媒体教学有机结合

信号与系统课程中包含大量的数学公式及理论推导，学生对于公式推导过程的认知将直接影响学生对本部分内容的理解，也间接影响后续内容的学习。因此，传统的板书式教学必不可少。然而，随着近些年互联网及多媒体技术的普及，多媒体式教学也逐渐成为教学的主要手段。多媒体式教学生动形象，信息量大，能直观展示出复杂的频谱图形及其变化过程，使学生更容易理解课程中抽象的概念。这种集视觉、听觉、触觉多种感官一体的现代教学方式，一方面能极大激发学生的学习热情，另一方面，也能提高有限学时的教学效率。然而，单一的多媒体式教学也存在着一定的弊端。过多的动画展示一定程度上使学生对教学内容的理解较为肤浅，不利于学生课后的复习回顾。为此,合理有效地结合板书和多媒体教学，丰富教学手段[5]，增强学生对这门课的认识，是提高教学质量的重要途径之一。首先，教师可借助多媒体展示本节课程的目录和要点内容，使学生对本学时课程有一定的感性认识，激发学生的学习兴趣。其次，教师在黑板上对公式进行理论推导，使学生能掌握课程内容。再次，教师再利用多媒体等辅助教学手段，将复杂的理论抽象化，使学生对课程内容有感性认知。最后，由教师将课程内容以板书形式进行概括总结，使学生对知识的掌握得以巩固。为此，在日常课堂教学过程中，教师要合理安排板书教学与多媒体教学，要做好板书书写与多媒体播放的完美衔接，充分发挥二者各自的教学优势，增进学生对信号与系统课程知识的理解与掌握。

3完善考核评估方式

在考核评估方面，主要做以下改进：第一，增加实验课程考试在总成绩里比重，大力鼓励学生自主学习、提高其动手能力；第二，提高笔试考试题目的灵活性，尽量避免单调的公式推导，注重学生对所学知识的理解与掌握。

4结语

信号与系统课程在电气类专业本科生的培养中有着重要的地位与作用，但是由于该课程的特点及教学中存在的问题，使得本课程的教学效果不太理想。为此，探索有效的教学改革模式对提高教学质量、丰富教学内容及提高学生素质是非常必要的。针对该课程教学中存在的问题，本文对教学内容、教学方法及考核评估方式这三个关键环节进行了思考与探索，为进一步促进信号与系统课程的改革和实践提供经验。

[参考文献]

[1] 毕萍,刘毓.面向“卓越工程师”目标进行“信号与系统”课程教学改革[J].实验室研究与探索, 2014, 33(1):190-193.

[2] 刘永祥,吴京,黎湘.面向国际一流大学的信号与系统课程教学模式研究[J].高等教育研究学报, 2011, 34(2):77-79.

[3] 崔琳莉,朱学勇.“信号与系统”课程设计的实践与探索[J].实验科学与技术, 2012,10(1):99-102.

[4] 武红玉.基于MATLAB的“信号与系统”实验教学改革[J].科技信息, 2012(12):182-183.

[5] 石颖,宋利伟,李婷婷.“信号分析与处理”课程教学改革探索[J].重庆科技学院学报:自然科学版, 2014(5):140-142.

Exploration of the teaching reform of signal and system course

XU Shu-sheng

(College of Electromechanical Engineering，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，China)

Abstract：With regard to problems in the teaching of the Signal and System course，such as severe overlapping of the contents with other courses，insufficient cultivation of practical experimental analysis，irrational time arrangement for theory and practice teaching and so on. In order to improve teaching quality, cultivate students' engineering thinking and enhance students' perceptual knowledge, the paper proposes a series of concrete measures, including the optimization of teaching contents, reform the teaching methods , strengthening experiment teaching.

Key words:Signal and system;Teaching reform;Teaching content;Teaching methods

中图分类号：G642

文献标识码：A

文章编号：2095-0063(2015)06-0108-03

收稿日期：2015-09-25

基金项目：青岛农业大学博士基金项目(6631430)。

作者简介：徐树生(1966-)，男，山东淄博人，青岛农业大学机电工程学院副教授，博士，从事信息处理、智能控制和水下机器人研究。

DOI10.13356/j.cnki.jdnu.2095-0063.2015.06.028