基于移动网络的信号与系统实验教学改革探索

张强志 黄志芳 黄杰贤 朱向庆 龚昌来

摘要：信号与系统作为一门电子电气类专业基础主干课程，同时又是涉及多门数学课程的抽象课程，实验教学对于帮助学生理解和掌握课程内容显得尤为重要。针对传统的“教师演示，学生围观”实验教学方式存在的看不到、记不住等问题，基于移动互联网络环境，并借助简单的设备，搭建了直播演示平台，尝试对传统实验教学方式进行改革探索。实践证明，改革有助于实验教学，有助于广大学生理解和掌握课程内容。

关键词：信号与系统;实验教学;移动互联;网络环境;改革探索

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）21-0039-02

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1 引言

信号与系统课程是电子电气类专业本科生的专业基础主干课程，是一门承上启下的课程，同时与很多课程（例如通信原理、数字信号处理、通信电路、图像处理、微波技术等）有很强的联系，是学习这些专业课程的重要基础性先修课程，也是相关学科（如通信工程、信号与信息处理、电子信息工程等）的研究生入学考试的一门重要考察课程[1]。

在很多高校中，信号与系统开始是作为电子信息类专业（特别是通信类专业）的基础课程开设的。随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，其内容也从单一的电信号与系统分析扩展到非电信号与系统分析，课程也逐步扩展成电子信息、自动控制、电子技术、电气工程、计算机技术、生物医学工程等众多电类专业的专业基础课程，甚至在很多非电专业中也设置了这门课程。

由于课程内容涉及大量数学内容，例如线性微分方程、积分变换、复变函数、离散数学等多门数学课程的内容，信号与系统是一门很难学的抽象课程[1]。因此，实验教学对于帮助学生理解和掌握课程内容显得尤为重要[2]。何腊梅运用THKSS-E型信号与系统实验箱来辅助信号与系统的实验教学，不仅能够快速得到准确而清晰的实验结果，而且能给学生提供一个很好的二次开发平台[3]。陈娟等人使用开源的Python语言和PyQt5设计出友好简洁的GUI界面，并设计了信号与系统实验仿真平台，帮助学生在理解原理的基础上很好地完成实验内容，并提高了学生的工程实践能力和编程能力[4]。徐晓雨等人利用MATLAB软件与实验教学相结合，帮助学生通过实验巩固理论知识，提高解决工程实际问题的能力[5]。

然而，尽管实验工具不同，大部分还是采用的传统实验教学方式：总结起来就是“教师演示，学生围观”，如图1所示。此方式主要存在以下两点问题：学生人数太多，后面的同学看不到老师演示;学生上手做实验时已经忘了演示内容。为了改善甚至解决上述问题，本文借鉴以往的先进经验[6-9]，结合所在单位实际情况，尝试基于移动互联网络环境，借助简单的设备，对传统的“教师演示，学生围观”实验教学方式进行改革探索。

2 改革方案

结合以往的相关改革经验[6-9]，本文总结和提出了如下三种方案：

1）使用录像设备对实验演示进行录制，供学生学习参考。此方案需要购买录像设备或聘请录像团队，投入较大，且不适合实验内容变更较频繁的情况。

2）搭建投影平台，对每次实验演示进行实时投影，全部学生均可跟着演示进行实验。此方案需要购买并搭建投影平台（包括摄像头、计算机、投影机等），投入相对较大。

3）在移动互联网络环境下（移动网络和智能手机在大学生群体已经基本普及[10]），基于直播平台（斗鱼直播等）或者线上会议平台（腾讯会议等）对演示内容进行直播，学生可在实验台上跟着手机屏幕进行实验操作。此方案基于现有资源，只需购买手机支架（淘宝和京东的调研结果显示，只需100元人民币以内），投入很小，且适合实验内容变更较频繁的情况。

作者所在单位，是一个地方性本科院校，教学设备相对落后，资源和资金比较有限，但已建成移动互联网络环境。因此，结合实际情况，考虑资金投入，本文采用“方案3”对实验教学进行改革，即：基于移动互联网络环境，每次实验课，教师搭好演示平台（包括实验箱、手机支架、直播平台等），学生登录直播平台，教师边讲解边演示，学生边听讲边实操，遇到问题可以即问即答。演示平台如图2所示。

3 改革效果和存在问题

3.1 改革成效

自2019年5月以来，我们教学团队致力于本文的教学改革，取得了一定的改革成效。

1）上课秩序得到了很大的改善

改革前，上课时教师演示，学生围观，全部挤到一起，外围的学生看不到演示内容，就会开始讲话，导致环境嘈杂、秩序混乱，想听的听不到;改革后，上课时学生在各自的实验台看着手机屏幕跟着老师演示进行实操，学生变得专注安静，上课秩序得到了很大的改善。

2）上课效率得到了很大的提高

改革前，教师演示完，围观学生再各自回实验台进行实验，看了演示的学生可能已经忘了大部分的演示内容，没看演示的学生可能完全不知道怎么操作，经常实验课下课时还是有不少同学没有完成实验;改革后，学生跟着老师的演示进行实验，基本上能够提前不少时间完成实验，上课效率得到了很大的提高。

3）学习成绩得到了显著的提高

对改革前（16级）和改革后（17级、18级）的年级进行成绩统计对比，数据显示：改革后，实验成绩平均增加约5分，考试成绩平均增加约3分。另外，作者所在学院，2021年（17级）考研被录取学生人数创历史新高达30人。

对学生“改革实验教学方式”意愿进行问卷调查，结果显示，18级共147名信号与系统学生，其中，145名学生更愿意采用改革后的实验教学方式，占比高达98.6%。

3.2 存在问题

改革实施过程中，也遇到了一些问题：

1）网络问题：由于视频直播需要占用比较高的网络带宽，当全体师生一起登录直播平台，难免导致较高的网络延迟，甚至无法登录。解决办法是，以小组为单位，组内只需一位同学登录平台，从而降低网络占用。

2）啸叫问题：登录直播平台后，学生一般会同时打开扬声器和麦克风，此时由于師生均在同一实验室内，容易导致自激啸叫，产生刺耳的噪音。解决办法是，全部学生关闭扬声器和麦克风，破坏自激条件。

4 结束语

信号与系统作为一门电子电气类专业基础主干课程，同时又是涉及多门数学课程的抽象课程，实验教学对于帮助学生理解和掌握课程内容显得尤为重要。本文针对传统的“教师演示，学生围观”实验教学方式存在的一些问题，并考虑经济欠发达的地方性本科院校的现实情况（资源和资金均比较有限），进行了基于移动互联网络环境的信号与系统实验教学改革探索。实践结果表明：本文采用的改革方案以很小的投入取得了很好的效果，有助于实验教学，有助于广大学生理解和掌握课程内容。另外，本文的改革经验可供其他课程乃至其他院校的实验教学参考借鉴，投入很小，容易实现，效果良好。

参考文献：

[1] 胡沁春.信号与系统[M].重庆：重庆大学出版社，2015.

[2] 张昱，周绮敏，史笑兴.信号与系统实验教程[M].2版.北京：人民邮电出版社，2011.

[3] 何腊梅.THKSS-E型实验箱在“信号与系统”实验教学中的应用[J].陇东学院学报，2016，27（5）：17-21.

[4] 陈娟，陈雯，石飞，等.基于Python的信号与系统实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2021，38（5）：196-200.

[5] 徐晓雨，王淑玉.工程教育认证背景下的《信号与系统》实验教学改革研究[J].课程教育研究，2018（14）：240.

[6] 宋宏彪，贺达江.信号与系统课内实验教学方式改革与实践[J].科技风，2020（1）：197.

[7] 牛晓伟，李洪兵，陈强，等.理实融合信号与系统实验教学研究[J].考试周刊，2018（74）：27.

[8] 王仲根，聂文艳，王智，等.基于实验工坊的“信号与系统”实时远程实验教学研究与实践[J].蚌埠学院学报，2021，10（2）：103-107.

[9] 刘青芳.“信号与系统”课程虚拟实验教学系统设计与应用[J].现代信息科技，2020，4（11）：106-107，110.

[10] 方献梅，高晓波，覃琪，等.基于智能手机的移动学习在大学生群体中的应用研究[J].电脑知识与技术，2017，13（4）：94-95.

【通联编辑：王力】