美国高校信号与系统课程教学借鉴

摘要：信号与系统是电子信息工程类学生的基础课程，美国高校非常重视这门课程的教学，注重对学生综合能力的培养，他们提升人才培养质量的有效举措和成功经验值得我国高校借鉴，对于探索科学合理的教学新模式，培养创新人才具有重要意义。

关键词：信号与系统;美国高校经验;人才培养;借鉴

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2020）22-0005-02

信號与系统是信息类相关专业本科最重要的核心必修课，是数学和自然科学理论与工程技术之间的桥梁，信号处理对连接物理世界和信息世界起到关键作用，被广泛应用到科学和工程的各个领域。美国高校非常重视信号与系统的教学工作[1-3]。笔者调研了美国的高校包括麻省理工学院、斯坦福大学、加州理工学院、哈佛大学、普林斯顿大学和加州大学伯克利分校的信号与系统教学情况，他们在教学上的经验值得我们借鉴。

一、美国高校信号与系统课程教育理念

美国高校信号与系统课程教学把培养学生对课程的兴趣放在第一位，创造更多的有利于学生发展的空间和时间，而我们的教学更多的是把掌握系统的基础知识以及知识的深度和广度放在第一位。创造性思维的来源是好奇心、兴趣和想象力。兴趣能提高学生的学习动机，是学生学习的原动力。学生有了学习的动力以后，再枯燥的学习过程都会变得有意思。应更多重视培养和保护学生的好奇心，激发学生的想象力和对课程学习的兴趣。

美国高校给予本科生足够的重视，教授重视本科教学。学校能够针对学生的个人需求提供教育资源，教师阵容强大，基本上都是著名教授。同时，学校强化对教学质量的监控和评估。而我们对教师考核评价存在重视科研轻视教学的现象，直接影响了教授给本科生上课。教授讲课可以充分展示课程的丰富内涵，使学生了解学科的轮廓和脉络，对学什么、怎么学有更加清晰的感悟，这对于开阔学生视野、激发学生的学习兴趣很有益处，能够更有效地把社会实际要求转化为课堂教学的内容、要求和目标。

美国高校信号与系统教学中重视实践学习，编程训练量非常大。编程练习课以大学生编程竞赛中的赛题为素材，非常超前，并在要求中增加一些高级项目[4]，强调团队合作和工程实践，包括科学写作、口头表达、沟通交流和项目规划与管理等，同时培养学生的批判性思维，并引导学生在完成项目中对信息行业面临的困境以及发展所带来的问题进行思考。

在层次设置的渐进程度上，美国高校信号与系统课程层次设置面窄、进程快，而国内课程设置的教育面宽、量大，在实用教育方面与其存在一定差距。

讲授科学探索思维过程。在课堂教学上，抓住机会向学生讲授课程所涉及的如傅里叶、拉普拉斯、吉伯斯和奈奎斯特等科学家探索科学问题的过程，包括探索过程中的思维方法、试验过程，让学生感知问题的提出和思考过程，提高学生的认知水平，培养学生的学习兴趣、思维方式和科学方法，培养学生的创新能力和实践能力。

强调用数学和统计学构建与实际问题的关联。调研中发现，美国高校在教学实践中对于实际应用问题，引导学生探寻其与数学和统计学概念的关系，把实际问题抽象为数学和统计学问题，确定从数学领域出发来理解和解决问题，建立数学模型和方法，再将其运用到实际中，训练学生充分利用数学和统计学解决问题。学生在拓宽思路的同时，会发现很多有趣的新应用，并学会利用数学和统计学在信号处理中发现新的规律。

二、批判性思考能力的培养

从美国高校的教学、作业和试题中，可以看到批判性思维培养的体现和强化。批判性思维是一种质疑和求证的思维，学生经过批判性思维训练后，面对问题时不会轻易接受既有结论，会分析其中的逻辑漏洞并进行反驳，逻辑清晰严密，对问题进行深入思考，评估问题的深度、广度以及逻辑性，从而得出自己的结论。而我们的教学中更注重的是对学生技能的强化培养。美国高校注重给予学生充分的批判性独立思考的自由，在学习和实践活动的各个方面培养学生批判性和反思性思考的能力，充分培育学生的心智，训练学生大脑的思考力，使学生理解物理世界的本质，避免偏见和教条，对自己的观点和判断有清醒的认识，有理有力地阐明观点，从而为学生的成长确定方向，为学生的终身学习打下基础。尤其在网络时代，学生需要在信息海洋中筛选出有价值的信息，避免错误的信息左右大脑，而批判性思维的培养对于信息的接收和甄选有非常重要的意义。

三、探究性学习能力的培养

我们的教学中，长于培养学生的理论推导功底和技术能力，在培养学生独立思考、发现、探究和创新解决问题的能力上略显不足。美国高校信号与系统的课程教学，不是为了解决和消除问题，而是通过布置大量阅读作业，让学生带着问题进入课堂，在探索和解决问题过程中发展学生的能力，培养学生的创造力[5，6];将学生的学习与信息领域发展中的复杂问题相关联，使学生投入问题中，从其自身的学习生活、社会生活、自然以及人类自身发展中选取感兴趣的问题，以探究的方式主动获取知识，通过自主探究和合作来解决问题，训练研究、发现和信息检索技能以及使用信息的能力，从而认知隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力，对专业领域的技术和广泛概念以及理论加深理解，这样可以充分调动学生的主动性和积极性，在当今知识不断更新的社会中适应社会对人才的要求，使学生在接受已有科学知识的基础上，学会寻找知识和提高创造知识的能力。通过这样的训练，学生能够具有捕捉、整合、判断各种信息价值的能力、质疑能力，不断思索、发现和创新的能力;学生能够通过体验知识的产生和发展过程，运用相关学科知识进行分析、判断、推理和综合，并得出结论。

四、建立自由开放的探讨氛围

美国高校信号与系统的教学中注重培养学生包容他人观点，自由地表达自己的言论。课堂教学中，讨论内容非常充实，教授注重激发学生的新思路，不是引导学生思考什么，而是引导学生如何思考、如何不带偏见地倾听不同声音，共同解决问题，从而培养学生的合作能力，激发学生的创新动力。

五、总结

信号与系统是电子信息工程及相关专业的核心基础课程。本文介绍了美国高校在该课程教学中培养人才的有效举措。从我国国情出发，学习借鉴美国高校的先进经验，培养学生发现和创新解决问题的能力，让学生打好学习基础，提高科学素养，具备较全面的综合素质和较强的创新意识及创新能力，这些对提升学生的工程知识能力和解决复杂问题能力具有积极意义，为学生未来的学习和科学研究奠定重要的基础。

参考文献：

[1]李艳.国际视野下我国研究型大学本科阶段拔尖创新人才培养模式研究[D].桂林：广西师范大学，2014.

[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]党小宇，顾晓宇，陈小敏，等.中美两所大学“信号与系统”课程教学比较[J].电气电子教学学报，2016，38（2）：8-10+24.

[4]Milder P， Bugallo M F. Proceedings of IEEE International Conference on Acoustics， Speech and Signal Processing[C].Practical Matlab experience in lecture-based signals and systems courses. New Orleans， Louisiana， USA， 2017.

[5]Gerasimova D， Nelson J K. Proceedings of IEEE Frontiers in Education Conference[C].Collaborative problem solving and achievement in a Discrete-Time Signals and Systems course. Erie， PA， USA， 2016.

[6]邱天爽，刘蓉，王洪凯，等.工程认证背景下“信号与系统”课程特点与教学策略探讨—以生物医学工程专业为例[J].工业和信息化教育，2017，（8）：52-56.

Reference of the Teaching Experience of Signal and System in American Universities

LUO Qian

（School of Information & Communication Engineering， Beijing Information Science & Technology University， Beijing 100192， China）

Abstract： Signal and System is a basic course for students of electronic information engineering. American universities attach great importance to it. This paper analyzes the role of this course in promoting students' comprehensive ability in American universities， aiming to learn from the effective measures and successful experience in improving the quality of talent training in Signal and System teaching， and to explore a new scientific and rational teaching model， which is of great significance to training innovative talents.

Key words： Signal and System; American universities' experience; talents training; reference

收稿日期：2019-09-10

基金項目：2018年度北京信息科技大学教学改革重点项目“国际视野下适应于工程人才培养的信号与系统教学模式研究”（编号：2018JGZD06，由北京信息科技大学2018年人才培养质量提高经费5111824106支持）

作者简介：罗倩（1965-），女（汉族），广东兴宁人，博士，副教授，研究方向：信号与信息处理。