面向应用型人才培养的信号与系统课程教学改革研究——以黄山学院为例

吕军，宁仁霞，孙剑，吕海江

（黄山学院信息工程学院，安徽黄山245041）

面向应用型人才培养的信号与系统课程教学改革研究
——以黄山学院为例

吕军，宁仁霞，孙剑，吕海江

（黄山学院信息工程学院，安徽黄山245041）

以满足市场岗位需求的应用型人才为培养目标，针对目前“信号与系统”课程教学存在的问题，在教学内容、教学方法、实验教学环节和考核方式等方面进行改革。具体改革思路是根据信号分析与处理课程群建设要求优化教学内容；构建线上、线下和项目驱动式教学模式；由验证性实验向设计性、综合性实验过度；注重过程主动性学习的考核方式。将应用型创新型人才培养理念贯穿整个教学改革过程，切实提高学生的工程应用能力和创新能力。

应用型人才；信号与系统；项目驱动教学；教学改革

0 引言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》中明确指出：将改革创新作为教育发展的强大动力，改革教学内容、方法和手段，加快改革步伐，形成高质量、多样化的应用型人才涌现的局面。黄山学院作为古徽州区域唯一的高等本科院校，始终以地方应用型高水平大学建设为总揽，全面建设应用型人才培养体系，推进课程内容、教学方法、实践教学等环节的改革。

《信号与系统》课程是电子信息类、光电信息科学和自动化等专业的重要学科基础课，以电路分析、工程数学等为先修课程，具有很强的理论性和抽象性[1]。在传统的教学过程中，学生往往是在教师的填鸭式教学中被动学习，侧重于对数学公式的推导、记忆和使用，缺乏与工程实践的联系，导致学习枯燥，学生无法明确学习的目标与意义。为积极推进应用型人才的培养，通过深入调研和对实际教学情况的剖析，对《信号与系统》课程在教学内容、方法、实践教学和考核方式等方面进行改革。

1 优化教学内容，加快信号类课程群建设，促进学生综合协调发展

《信号与系统》课程以信号、系统为研究对象，围绕连续和离散两大系统展开，利用时域和变换域两大分析方法求解系统响应。作为《数字信号处理》的先修课程，内容上有一定的重复，且受学时所限，缺乏对实际工程应用的讲解。为培养综合型应用型人才，加强课程之间的衔接和整合，以“信号分析和处理”课程群[2，3]建设为目标的基础上，调整《信号与系统》课程教学内容，主要围绕连续时间系统的分析与应用进行讲解，具体修订如表1所示。

表1 《信号与系统》课程理论教学内容调整表

2 基于“翻转课堂”教学模式，提高学生学习积极性

教学方法是教学改革的核心。针对《信号与系统》课程中基本概念高度抽象，难以理解等问题，采用线上和线下相结合的“翻转课堂”[4]教学模式，使课堂教学能够满足生动、直观化教学要求，又能提高学生课下学习互动性和积极性。

2.1 线下课堂教学

1.完善教学笔记，丰富和巩固课堂教学。通过不断地总结往届的教学问题，提出需要翻转的内容，改进相关教学笔记，更新教学案例。

2.采用举例、打比方和字面理解等形式将自然语言和数学公式相融合，淡化公式的记忆难度。例如：由外加激励（输入）或起始储能（0_状态）对系统的作用可以将系统完全响应分解为零输入响应（zero-input response,rzi(t)）和零状态响应（zero-state response,rzi(t)），由字面的意思来理解两者的概念、差异以助于后续求解。零，直译为没有，零输入响应意味着该响应没有输入，则由起始储能引起；零状态响应意味着没有0_状态，则由外加激励引起。

表2 零输入和零状态响应直观化教学表

3.鼓励学生课堂认真听讲和思考、课后认真回顾、练习和总结。在日常课堂教学中，学生大部分时间花费在抄写笔记，不仅无法突出难点重点，还使学生无法集中注意力。鼓励学生课堂以听为主，在课后温故知新的基础上，采用简短、直白的语言将知识点简化以帮助理解和记忆。

4.善用方框图，以提高知识的可懂性和衔接性。《信号与系统》课程中有很多抽象的概念，自然语言描述或数学公式表达都无法直观的阐述知识点。该课程连续时间系统分析主要围绕表3中的4个方框图展开。

表3 《信号与系统》内容方框图示意表

2.2 线上教学

1.分享网络资源：在超星泛雅网络教学综合服务平台上分享麻省理工学院奥本海姆教授的《信号与系统》教学视频，分享课堂教学PPT和笔记，积极调动学生学习兴趣。

2.建立网络考试系统（http://www.tzwan.cn）：作业是反馈教与学活动的重要方式之一。利用Web2.0技术开发的《信号与系统》课程考试系统，不仅可以手动编辑习题，也支持word、pdf等格式文件上传，以保证习题的数量和全面。该系统具备时间限定、习题随机性、成绩统计等功能。

3.建立班级网络交流平台：QQ、微信、微博等通信工具已经广泛应用于日常生活中，通过建立课程交流群，及时地反馈和解答学生疑惑。

3 项目驱动教学，切实提高学生的实践能力

实践教育是高等教育的重要组成部分，是应用型人才培养的重要基础。项目驱动式教学[5]是加强学生实践能力的重要方法之一。所谓项目驱动式教学是将课程所授知识点融入到具体实践项目中，以项目为载体，讲解知识点之间的衔接、递进和应用。傅里叶变换涉及大量的推导、计算和公式、知识点零碎、记忆量大，以傅里叶变换内容（如表4）为例，通过常见的数字处理系统中A/D和D/A转换详细介绍傅里叶变换所有章节的递进联系。

表4 傅里叶变换章节内容

数字信号处理系统（如图1所示）要求输入、加工处理和输出的整个过程都是数字信号，而自然界中大部分存在的是随着时间变化的模拟信号，因此在整个过程当中，可以将知识点进行分解如下。

图1 数字信号处理系统框图

图2 傅里叶变换内容关系图

1.模拟信号的数字化过程：抽样、量化和编码，可见抽样是信号数字化的第一环节，一般利用周期信号对模拟信号进行等间隔抽样。主要涉及内容为周期信号的傅里叶变换、抽样原理和抽样信号的傅里叶变换。

2.模拟信号的无失真恢复过程：伴随着时域信号的等间隔抽样，频域上发生了周期延拓。主要涉及内容为无失真恢复的条件、抽样定理、奈奎斯特频率和奈奎斯特间隔。

4 加大设计性、综合性实验比例，提高学生的工程实践能力

《信号与系统》课程实验教学主要是基于实验箱的硬件实验，以验证性实验为主，主要项目有信号的分解与合成、信号的抽样与恢复和有源无源滤波器等。学生按照实验指导机械式连线，仅需要调节示波器等电子设备读取和记录数据，缺乏综合性和设计性实验，不利于培养学生的工程实践能力。为培养综合型创新型应用型人才，积极靠拢市场需求，打造由验证性向综合性设计性过度、软硬件结合和开放团队设计的多课程融合实验体系。实践项目调整如表5。

表5 《信号与系统》实践教学调整表

5 改革考核方式，注重过程性学习

《信号与系统》是电子信息类重要的专业基础课程，综合成绩由平时成绩和期末考试成绩组成，其中平时成绩主要考查出勤和作业，期末考试成绩是闭卷考试的卷面成绩。该模式忽略了学生日常学习的实际情况。为提高学生自主学习和实践能力，采用全过程、多样化的PSF考核方式。具体如下：

P（participation）学生课程参与度评价：考勤、日常互动为依据；

S（serial process evaluation）过程系列评价：作业、课堂章节检测和课后归纳性笔记为依据；

F（final examination）期末考试：以闭卷形式考核，主要考察知识点的应用，淡化公式推导。

6 结语

高校是为了培养与社会接轨、毕业后能够胜任工作岗位的应用型人才。以应用型创新型人才培养为目标，对电子信息类《信号与系统》课程进行改革。第一，以信号类课程群建设为目标，优化课程内容；第二，丰富教学方法，建立线上和线下多融合的教学模式，构建良好的学习氛围；第三，项目驱动式教学，将理论讲授和实际操作、项目相结合，最大限度的减少课程的枯燥性，充分调动学生自主学习的积极性；第四，加大综合性、设计性实验比例，提高学生多学科交叉学习和研究的综合能力；第五，改进考核方式，注重过程学习和自主学习的能力。以应用型人才培养的课程教学改革，理论结合实践，实践促进理论，便能够很好地促进学生在未来新的经济结构和就业模式下的应用能力。

[1]陈从颜,费树岷,柴琳.“信号与系统”课程教学改革趋势探究[J].电气电子教学学报,2014,36(1):13-14.

[2]王艳芬,张晓光,王刚,等.电子信息类专业信号处理课程群的建设与改革实践[J].实验技术与管理,2015,32(4):11-14.

[3]罗朝明,陶扬威,胡顺超,等.基于应用型人才培养的信号与信息处理课程群建设和探究[J].中国电力教育,2013,(32):115-117.

[4]肖芳.翻转课堂在《信号与系统》教学中应用研究[J].黑龙江科技信息,2017(2):79.

[5]唐家能.项目驱动式教学在信号与系统课程中的探索和实践[J].科教文汇,2017(1):66-67.

Research on Teaching Reform of Signals and Systems for Training of Application-oriented Talents——A Case Study of Huangshan University

Lv Jun,Ning Renxia,Sun Jian,Lv Haijiang
(School of Information Engineering,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

Aiming at training application-oriented talents in order to meet the market demand,this paper analyzes the current problem in teaching Signals and Systems and makes an exploration into the teaching reform from the aspects of teaching contents,teaching methods,practical teaching process and evaluation method.The specific reform ideas are as follows:the content is optimized according to the requirement for the construction of the course group for signal analysis and processing;the online,offline and project-driven multi-teaching modes are constructed;confirmatory experiments are changed to designing and comprehensive experiments;the assessment method focusing on the process and learning initiative is adopted.Running the concept of applied innovative talents training throughout the process of teaching reform can improve students’engineering application ability and innovation ability.

application-oriented talents;Signals and Systems;project-driven teaching;teaching reform

G642

A

1672-447X(2017)05-0122-004

2017-08-07

安徽省专业综合改革试点（2014ZY067）；安徽省教育厅教学研究项目（2016JYXM0985）；黄山学院示范性课程改革项目（2015SFKG03）；黄山学院教学研究项目（2016JXYJ01）；黄山学院精品资源共享课（2016JPKF06）

吕军(1986-），河北沧州人，黄山学院信息工程学院助教，研究方向为信号处理。

责任编辑：胡德明