《信号与系统》课程教学改革的探索

徐春雨，王豫峰，郭常盈，徐国清

（1.南阳理工学院计算机与信息工程学院，南阳473000；2.南阳理工学院软件学院，南阳　473000）

《信号与系统》课程教学改革的探索

徐春雨1，王豫峰2，郭常盈1，徐国清1

（1.南阳理工学院计算机与信息工程学院，南阳473000；2.南阳理工学院软件学院，南阳473000）

河南省科技厅科技攻关项目（No.142102210552）、南阳理工学院2011年度校级精品课程建设项目（No.NIT2011JPKC03）、南阳理工学院2014年度本科课程考核方式改革专项研究项目（No.NIT2014BKKH-01）

0　引言

《信号与系统》是通信工程本科生的一门重要的专业基础课程。是在学习电路分析、复变函数等课程的基础上，深入学习通信领域的重要课程，是一门理论性和实践性都很强的课程。目前，国内许多高校都将它作为相关专业的研究生入学考试课程。信号与系统是多个学科的交叉点，它在整个通信系统的学习过程中起到了承上启下的作用，不仅联系了电路基础，更加关系到通信原理和数字信号处理的学习，所以该课程对通信专业的人才培养至关重要。同时本门课程理论性很强，要求扎实的数学功底，许多学生学起来很困惑，特别是我院的部分学生基础知识薄弱，分析问题能力一般。针对这种情况，作为本课程的任职教师，我们对教学方法进行了改进，尽量减少烦琐的公式推导，以丰富的生活实例，增加学生的学习兴趣，不仅使课堂气氛更加活跃，而且使学生更加注重物理规律，教学效果也有了很大改善。

1　《信号与系统》课程教学改革的必要性

1.1解决教学内容多与授课时少矛盾的需要

由于国家高等学校本科教育改革的不断推进，按照我校应用型本科的实际，本科生不仅所学的课程数目增加，而且用于专业教学的学时比例也减少了，使得本课程理论教学的学时数由原来的80学时降到52学时。而我校《信号与系统》这门课程长期采用传统的黑板式教学，本课程中含有大量公式，在黑板上进行公式推导学生易于接受，但是需要大量的时间。随着学时的减少，内容多，学时少的矛盾就更加突显出来。因此，迫切需要对该课程进行教学方式改革，解决这一问题。

1.2解决课程理论性强，学生知识理解不透彻的需要

本课程以高等数学、复变函数及电路分析等为基础，课程理论性较强，学生将大量的时间和精力花在繁杂的数学运算上，并未理解公式的真正的物理意义以及其结果在信号处理过程中的实际意义，又加上课程中多数应用性内容不可以实际动手设计、调试、分析，于是许多学生片面的认为《信号与系统》课程就是在做数学推演。因此，亟需对本课程进行教学方式改革，以期重新确立本课程真正的内涵。

1.3解决理论教学弊端，提升学生工程实践与分析能力的需要

本课程已有非常完备的理论体系，传统的粉笔加黑板的教学手式，更加偏重理论教学，学生的工程实践能力和分析解决实际问题的能力欠缺。而实际上，作为一门专业基础课，它与工程应用有着极其密切的联系，在我们的生活周围就存在着大量的工程案例。如何将授课的理论与实践相结合，提高学生的分析、运用能力，也是本课程教学方式改革面临的任务。

2　转变教学理念

时代在发展，社会在进步，我们的教学也要与时俱进。传统的以教师为中心、我教你学的“填鸭式”教学很容易挫伤学生的积极性，已经很难适应当今的教学。因此，教师应转变自己的教学理念角色，确立以学生为中心的教学理念。教师应成为引导者、启发者、辅导者、激励者，给学生以信心，让学生自主探索，变“要我学”为“我要学”。教师最需要做得就是告诉学生学什么、怎么学，并帮助学生解决通过自身努力而未能解决的问题。

首先，上好绪论课，让学生在第一堂课的时候就爱上这门课。《信号与系统》绪论课中应讲授信号与系统的定义、分类及特性，信号与系统的相互关系，以及信号与系统的分析方法概述。在讲述的过程中，教师要结合生活中的实例，用以说明这门课程的所学与我们生活的息息相关，并且让学生明白为什么要学这门课程。例如我们上课的铃声是一种信号，这个信号向我们表达的意思是“上课的时间到了！”还有我们的交通信号灯，也是一种信号，红灯代表停，绿灯代表通行，黄灯代表暂停。而教师需要把生活化的实例提炼到理论的层次，引发学生的思考，越是接近生活的实例越能够激发学生的积极思考。

其次，不光绪论课上需要实例，后续的课上应加入更多实例，以不断激发学生的学习兴趣。一堂成功的绪论课，可以使学生在最开始的几周内时间对这门课保持浓厚的兴趣，之后枯燥单调的理论知识、繁琐冗长的公式推导、艰涩难懂的实验原理会把学生的热情逐渐耗尽。因此，教师应该在每节课都补充新鲜贴近生活的例子来活跃气氛。而生活中和信号与系统有关的实例有很多，且很有趣。例如在描述系统这一节补充弹簧这个物理系统的例子，因为同学们在高中的时候对物理中的弹力系统都很熟悉，这个例子很易于接受；在讲述离散系统时补充声音信号提取的例子和电视信号卫星传输的例子等。不仅扩大了学生的知识面，也使他们更好的理解了信号与系统的基本原理和基本方法，使学生能够快乐学习。

再次，做好每章和每节课的引导和总结。《信号与系统》这门课，常有学生反映：上课听的懂，但习题不会做；公式很多很杂，看到题目无处着手。这不仅说明本门课理论性强，也提醒教师应增加实例讲解。每个知识点着重讲授一个例题，并且给出详细的解题思路和步骤从而加深学生对内容的理解。同时，教师应该注意总结，帮学生把知识点串起来。例如讲完卷积，就应该总结出求解卷积有三种基本方法：（1）基本公式法；（2）画图法；（3）利用卷积的性质求解。同时还应该让学生明白三种方法分别用在什么样的题目效果会好，计算速度会快。

3　教学方式的改革

3.1结合“慕课”、“微客”等新型教学方式

目前，手机和电脑基本上学生都有，“幕课”和“微课”等新型教学方式也纷纷引入课堂，对于信号与系统课程也是一样的。平时的面对面讲课，由于受到时间、地点、课时量等因素的影响，也许并不能满足每一位同学的要求。所以我们在精品课程平台上建立“幕课”，学生对于上课时没有听懂或者是没有认真听的部分可以上网继续学习。这就给了学生自主学习的空间，也为想学习的学生提供了平台。同时，对于难点课后系统和例题，精品课程平台上有对应的“微课”。这一教学形式的刚刚建立，还在完善中，但是学生的反映还不错，尤其是互动平台上，有不少学生的留言，这一新的方式也更加受到90后学生的喜爱。

3.2分层次教学，给每个学生想要的

俗话说：“龙有九子，各个不同。”每一个学生的知识积累不同，学习程度不同，对课堂所汲取的知识要求也不尽相同，所以在教学过程中，应该注意分层次教学。同一个班级的学生一般可以分为三个层次：基础知识扎实、理解能力强、准备考研究生的学生；准备直接走上工作岗位的学生（占大部分）；基础相对较差的学生。在课堂教学的过程中，要以第二层次的学生为主要对象，并且重点突出与实践相结合的部分，让我们的课程对学生走入工作岗位有更大的帮助；而对于第一层次的学生可以通过“幕课”的方式和提供参考资料的方式为学生提供进一步深入学习的平台，让学生在课后想自己提高理论知识的时候少走弯路，方向明确；对于第三层次的学生主要是帮助他们设法掌握本课程的基本要求，并努力通过本课程考试。而且在留课后作业的时候也要分层次进行布置，同时在讲课过程中要明确哪些内容对应哪些层次的学生必须掌握或了解。

3.3充分利用比较法教学，让学习变简单

《信号与系统》课程的各个章节的内容逐步推进、相辅相成。整个内容体系将连续系统与离散系统对比进行研究，按照先连续后离散的顺序进行讨论；并按时域、频域、s域、z域的顺序的次序划分章节，不仅强调连续系统与离散系统的共性，同时也突出了它们各自的特点。所以在《信号与系统》的教学过程中比较法是最常用、最好用、最重要的教学方法。通过比较前后相关和相似的内容，发现并分辨两者的异同点，让学习变得更简单、更容易。如第二章连续系统的卷积和第三章离散系统的卷积和放在一起进行比较讲解。学生在学习了第二章卷积的内容后，比较着学习卷积和的内容，就会起到事半功倍的效果。还有傅氏变换与拉氏变换的比较；傅氏变换与z变换的比较等。在讲授信号与系统课程的全过程中可以说是“比较法教学”无处不在。学生掌握了本门课程的这个特点，学习起来也会感觉干劲十足，信心百倍。

3.4反转课堂，让学生成为课堂真正的“主人”

我们一直都在说课堂要以学生为“主体”，可是更多的时间都是教师将知识灌输到学生的脑子中，学生从未成为过课堂的“主人”。A．V．Oppenheim曾说过“有些课程只是让学生不断地点头(nodding，nodding，…)，而我们的讲课是让学生不断地思考(thinking，thinking，…)”［4］。如何成为课堂的“主人”？以前，每堂课的前5分钟教师都安排的是上次课内容的回顾，现在我们尝试着让学生去做课堂小老师，完成着5分钟的知识回顾，不完整的地方由教师补充。这做法不仅让上讲台的学生更好地把握了课堂所学知识，听讲的学生也因为新鲜感而更加愿意去配合。另外，习题课的时候也是由学生将自己的做法讲述出来，教师和其他同学共同听，一起探讨做题的方法。这样的做法让学生在课堂上更加积极，更加占据主动地位，也没有人再敢偷懒了（因为讲题的同学是随机抽的，每个人都有可能是小老师），课堂气氛也更加活跃了。

3.5将MATLAB引入到教学中，让知识变的立体

《信号与系统》这门课程中含有大量的公式的推导和许多繁琐的计算，内容也比较抽象，学生不容易理解掌握。我们尝试将仿真软件MATLAB引入到课堂教学中来，利用MATLAB的仿真功能，把计算结果用图的方式立体直观的显示出来，不仅解决了教师授课的难题，也使得学生对授课内容的理解更加深刻。同时也调动了学生的学习积极性，使学生从繁琐的手工计算中解脱出来，把重点放在对基本概念、原理和计算方法的理解上，收到了良好的教学效果。例如傅里叶变换的过程，计算起来很复杂，学生也不好理解，利用MATLAB很轻松就可以把图画出来 （如图1是门函数的傅里叶变换），直观形象的图形让学生加深了理解，也提高了学习兴趣。

图1　门函数的傅里叶变换

3.6随堂考试改变考核格局，激发学习动力

在原本《信号与系统》课程的考核中，期末考试的成绩占70%的比重，所以有很多学生忽视了平时的学习，而是在考试之前的一周进行突击学习，为了应付考试而学习，导致了基础理论不扎实，根基很差，在后续的课程学习中就会暴露出问题。而我们现在尝试着分出30%的期末比重，放到平时的章节随堂测试中。这就变相的督促学生要把功夫下在平时，基础知识扎牢了，也不用考前熬夜突击了，很大程度上激发了学生平时学习的积极性，也给后续课程的学习带来便利。

4　结语

《信号与系统》是通信工程专业一门非常重要的专业基础课，在课程教学中环节中起着承上启下的重要作用，其教学质量的高低直接关系到学生后续课程学习。鉴于此，本文从教学理念和教学方法两方面对该课程的教学改革进行了相关的研究和探讨，本文中提到的若干教学方法已经在实际教学中经过了检验，初步取得较好的教学效果，还在不断的改进和完善中。其中最大的收获，便是学生在学习时变得更加主动，不在是单纯地依赖教师的讲授，而是充分发挥自己的想象力，全方位、立体化的学习。

[1]何继爱.《信号与系统》课程教学改革与实践[J].高等立刻教育，2007-02-28.

[2]谢启,陈飞,朱培逸.信号与系统分析课程教学改革探索与实践[J].中国电力教育.2014-01-10.

[3]金韦利.信号与系统教学改革的研究[J].科技信息，2011-01-15.

[4]王文渊.信号与系统[M].北京:清华大学出版社,2008.

[5]张利红,陈伯俊.高校信号与系统教学改革探讨[J].中国教育技术装备，2009-12-25.

[6]徐春雨,王豫峰,郭常盈,徐国清.《电波理论与天线》课程教学改革的探索.现代计算机，2015-07.

MOOC;Micro Lesson;Flip the Classroom

Exploration of the Teaching Reformation of Signal and System Course

XU Chun-yu1，WANG Yu-feng2，GUO Chang-ying1，XU Guo-qing1
（1.College of Computer and Information Engineering,Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000；2.School of Software,Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000）

徐春雨（1983-），女，河北蔚人，硕士研究生，讲师，研究方向为通信与嵌入式系统

王豫峰（1982-），男，山东平度人，博士研究生，讲师，研究方向为智能计算

郭常盈 （1977-），女，河南南阳人，硕士研究生，讲师，研究方向为光通信技术

徐国清（1986-），男，河南商丘人，博士研究生，讲师，研究方向为图像处理

2015-11-17

2015-12-26

以南阳理工学院通信工程专业《信号与系统》课程的教学改革为蓝本，通过改革的必要性、教学理念和教学方法三大方面阐述该课程的教学改革。详细介绍分层次教学、比较法教学、翻转课堂等若干种教学方法，并重点介绍了“幕课”、“微课”等新型教学方式在《信号与系统》教学改革中的的尝试。

幕课；微课；翻转课堂

Takes the teaching reformation of Signal and System course in Nanyang Institute of Technology as an example,expatiates the reformation necessity,the teaching idea and teaching method.Introduces several kinds of teaching methods such as the hierarchical teaching,the comparison,the flip the classroom and so on,introduces the MOOC,micro lesson and other new teaching methods in the teaching reformation of Signal and System.