结合问题驱动教学法的无失真传输课程教学研讨

朱莹++贾永兴++岳振军++薛红

【摘要】本文以信号与系统课程中无失真传输知识点为例，从教学方法使用、教学内容的安排和课堂教学实施等方面详细阐述了如何利用问题驱动式教学法开展课堂教学的过程，并对该知识点需要强调的一些基本思想方法，以及对学员的知识掌握要求进行了探讨，以突出以学生为主体的教育理念。

【关键词】信号与系统 无失真传输 教学内容设计 问题驱动式

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）01-0017-02

“信号与系统”作为电子信息类各专业的一门专业基础课程，其概念、理论和方法在后续专业课的学习有着广泛的应用。但是由于课程内容较为抽象，概念多、公式多，使得难以调动学员的兴趣。如何通过教学内容和教学模式的设计，从学员身边的事物和现象着手，让一些基础概念与实际发生联系，使学员带着问题来学习，通过发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的过程，既理解了概念，掌握了知识，也实现了能力和素质的提高，是课堂教学亟需解决的问题。

一、问题驱动式教学法

“问题驱动式教学法”是一种建立在建构主义教学理论基础上，以具体问题作为教学的出发点，以学员主动学习和教员充分引导相结合为主要特征的教学方法。这种教学法通过教员巧妙提出问题，引起学员的兴趣，利用问题形成的认知冲突，激发学员熟悉知识、掌握知识、运用知识解决问题的主动性，通过问题的展开、分析、补充、解决、深化、引申，帮助学员逐步理清思路、方法和知识脉络，引导学员通过自己解决问题的过程来加深其对知识的理解、构建和实践经验的积累，培养学员归纳、抽象和创新的思维能力。

“问题驱动式教学法”的教学过程，一般可分为确立研究问题、开展问题解析或研究、讨论交流和解答、总结评价等四个环节。

1.确立研究问题

由教员根据教学内容和目的要求，设计并提出合适的问题。设计的问题应具有以下四个特点：一是要有明确的针对性，要围绕重要的、不易理解的概念去设计；二是要符合学员特点，重点让学员在分析问题时能够跟上进度；三是要做到趣味性与复杂性相结合，问题抛出时，要能够先提起学员兴趣，吸引学员积极开动脑筋思考；四是要具有渐进性，让学员对知识的理解、消化和应用有一个逐步深入的过程。

2.开展问题解析或研究

问题的确立使学员明确了课程的核心并激发了学员的探求欲。在此基础上，根据问题的性质、特点以及学员需求，可运用问题解析或问题研究的方式开展教学。问题解析是通过教员与学员以“提问-回答”的方式开展，可以根据问题之间的内在逻辑联系，层层深入，从而真正达到释疑解惑的效果。

3.讨论交流和解答

在对问题进行解析和研究之后，组织学员进行讨论交流，并对不断出现的新问题进行收集和解答。通过讨论使学员获取知识、激发思考、提高分析和解决问题的能力，同时对问题得到深刻的认识。

4.总结评价

问题得到解决后，要及时进行总结评价，通过总结评价纠正学员对所学知识认知上的模糊不清、理解上的错误和偏差，同时要指出存在的问题，对于具有创新性的个案进行讲评，从而实现“问题”到“知识”到“应用”到“创新”的一个过程。帮助学员的思维从感性上升到理性。在教学中要重视总结提升环节，要引导学员从具体问题的解决中总结归纳具有普遍指导意义的一般原理。

二、无失真传输

实际系统对于信号的作用是多种多样的，如放大、滤波、延时、移相等。其中，使信号尽可能不失真地传输是系统设计的重要问题，所以无失真传输是“信号与系统”课程中一个重要的知识点。

对于无失真传输的学习，教学目标通常包括知识目标、能力目标和素质目标三个方面。从知识目标上来看，要求学生：1.掌握无失真系统的定义；2.了解无失真传输的条件；3.掌握无失真系统的特性；4.解无失真的工程应用。从能力目标来看，主要培养学生：1.系统的频域分析能力；2.探究问题、洞悉本质的能力；3.初步的工程应用能力。从素质目标来看，主要培养学生科学的思维品质。

三、课堂教学实施

为了在课堂教学中充分调动学员的积极主动性，采用问题驱动式教学法，以日常生活常见问题为例引出本次课的具体内容，激发学员的兴趣，提高学员分析问题、解决问题的积极性。

1.确立问题

课程中以实际生活中常见的语音信号传输为例。将一段语音经过几个不同的系统传输会得到不同的听觉效果，有的听起来比较清晰，仅仅是音量发生了改变；有的则感觉到语音发生了变化，听觉效果比较差，信号发生了失真。由于学员在平时都使用过语音聊天，这样的现象比较常见，很容易引起学员的兴趣。此时，提出问题：那到底是什么原因导致信号失真呢？

2.问题解析

为了帮助学员更好地分析问题，将几段语音的波形展示出来，通过比较可以明显发现，仅仅是音量发生了变化的语音波形跟原始语音波形形状相同，只是幅度不同；而声音发生改变的语音信号波形跟原始语音波形明显不同。实际系统中如果传输后的信号波形形状发生改变，就会产生失真；如果没有变化，就是无失真。引导学员思考：无失真时输入输出信号之间的关系。

根据例子学员可以分析出，如果信号经过系统后仅仅是幅度发生了倍数变化，波形形状相同，可以实现无失真传输，设系统输入为，输出为，此时输入输出之间的关系就是，系统给输入乘上了一定的放大倍数。

进一步提出问题，激发学员思考：那通过系统信号波形形状不变，还有没有其它情况呢？根据已有的知识学员可以想到另一种情况，信号发生延时。此时输入输出的关系为。

适当小结，无失真允许信号在幅度上发生倍数变化，在时间按上有一定的延迟。输入输出关系应该满足。

虽然知道了无失真时输入输出之间的关系，但什么样的系统才能保证输入输出之间是无失真的呢？无失真时系统应该具有什么特性呢？时域上不太好分析，引导学员从频域角度分析系统。通过傅里叶变换可以得到。由此可以得到无失真时系统的频响特性，幅度谱为，相位谱为。

说明，无失真就要求系统对所有频率分量放大相同的倍数，产生相同的延时。这是本次课需要学生理解的重要概念。

3.讨论交流

此时，虽然经过分析得到了无失真传输的条件，但讨论不应止于此，理论分析应该与实际联系。再请学员观察系统的频响特性，看看实际系统中该如何实现无失真呢？结合生活中的常识，学员可以发现，理论上无失真要求系统在全频域都满足条件，而如此的条件在实际系统中确是无法实现的。提问：是不是就不能实现无失真了呢？根据学员对知识的掌握程度不同，学员中会出现不同的意见，请学员分别阐述理由，展开讨论，希望学员在讨论中学会主动分析，洞悉事物本质。

在学员进行充分讨论后，通过一个例题，对刚才的讨论进行总结。假设系统的频响特性如下图所示，请分析当系统输入信号分别为和时，系统输出是否失真。

经过计算可以发现，经过系统无失真传输，经过系统产生了失真。通过这个例题看出，只需要在信号所含有的频率范围内系统的幅频和相频满足条件就可以实现无失真传输，以此推广到实际系统中，帮助学员联系实际。

4.总结

通过实际问题分析了信号通过系统会发生失真，运用频域分析方法，讨论了信号通过线性时不变系统时无失真传输的条件，并对系统的频域特性进行了深入分析。这种结合问题驱动式的教学法在很大程度上能够调动学员的学习主动性，让学员学会自主思考，在掌握理论知识的同时，也对实际应用有了足够了解。

四、结束语

本文对信号与系统课程中无失真传输知识点的授课方法做了探讨。在课程学习过程中，教学内容、教学方法的使用都是为了更好地实现教学目标而服务，如何合理安排教学内容，采用适当的教学方法，调用学员自主学习的兴趣，提高学员分析问题、解决问题的能力，是每个教师在教学过程中更加需要关注的。

参考文献：

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[3]张玉灵，冯改红.在高等数学中尝试“问题驱动”教学模式[J].成都师范学院学报，2013（29）：110-112.