“信号与系统”课程教学改革探究

邓晓娟 欧莉莉 杜芳芳

黄河交通学院智能工程学院，河南 焦作 454950

0 引言

“信号与系统”作为本科电子信息类的专业基础课程，在本科教学过程中存在重要的意义。在课程内容设置上先讲连续信号后讲离散信号，课程内容与数学知识有密切联系，主要介绍信息产生、处理、传输以及存储等方面的知识，具有重要的现实意义。通过本课程的学习使学生掌握信号与系统的基本概念、原理和方法；深刻理解信号三大变换的数学概念、物理含义和工程应用；能够熟练应用信号与系统时域、变换域分析方法解决电路、通信、控制领域相关问题；培养学生提出问题，独立分析问题和实际应用的能力；加强工程实践训练，培养符合新工科要求的卓越工程人才；实现知识传授和价值引领相统一、教书与育人相统一，激发学生对所学专业的自豪感、中国道路的使命感。

1 课程教学存在的问题及改革的必要性

“信号与系统”课程的特点是内容繁杂、体系庞大、数学公式多、概念抽象难理解，传统的教学形式注重抽象理论的讲解，较少将抽象理论具体化、形象化；课程涉及内容广泛且与数学知识联系紧密，需要有较扎实的数学基础，对于某些基础薄弱的学生来说，在本课程的学习过程中必然会存在一定的困难；对于知识点理解不透彻就会造成思路的混乱，在理论课程的学习中就难以产生良好的效果，更不能把课堂所学的知识运用到现实中。在课堂教学中注重知识的讲解教学方法单一，过于循规蹈矩、模式化，不利于激发学生的兴趣。同时，该课程理论和实践紧密联系，特别是实践教学是对理论知识学习的检验，对于培养学生解决实际问题至关重要。对于目前的教学情况而言，我们总是优先选择理论教学，把大部分的时间放在理论教学中，对于实践教学只是投入少部分时间，将理论课与实践教学相分离，而且开设的实验大多数比较简单，是理论教学内容的验证性实验，只是按部就班，多数实验流于形式，难以开发学生的思维，很难满足新时代人才培养的需求。

教育是培养人才的重要方式与途径，然而对于教学模式的改革也是在不断地改进和提升中前进的，虽然也取得了重大的成就，但是在现在的教学方式中仍然存在传统教学方式的影子，结果必然会对学生的学习造成不良影响。传统的教学方式以教师为中心，学生要遵从老师的想法，在课堂上难以使学生活跃起来，就会产生死板的现象，只知学习课本知识，不能够培养独立思维的能力。这种学习模式下，培养的学生很难具备创新思维与意识，难以形成综合型人才。培养创新型人才就会产生阻力，更不能为社会需要传输人才。因此，教学模式至关重要，教学模式的改革迫在眉睫，要打破传统，勇于创新。随着新兴技术的快速发展，现代教学技术的广泛应用，就要求我们要结合现实的发展与社会的需求，不断改革，跟上时代前进的步伐。

2 课程教学改革方法

2.1 融入课程思政

思政就是要在思想上对人进行教育，使其在思想上积极向上，把思政融入课堂教学中，将“育德”和“育人”联系在一起，作为教师不仅要做知识的传播者，更要对学生传授正向的思想意识，要把育人育德做到有机统一。思政教育是对人进行思想教育，要让学生明白为什么学习、为谁学习，在学习过程中既要理论知识的学习，同时也要在思想意识上与我们国家的方针政策保持高度一致，树立爱国情怀，形成爱国意识。思政教学过程中，知识的传播者要始终贯彻以德施教的思想，知识的接收者要以德立学、以德立身要以自身所学的知识服务社会和国家，做一名社会主义合格的建设者和接班人。依据“实基础、强能力、高素质、重应用”的思想定位，产教融合的“基础教育+专业特色教育”的人才培养模式，结合课程体系建设目标，本课程在教学过程中，把课程思政引入课堂教学，促进科学与人文素养。坚持学生中心、产出导向、持续改进的理念，把“信号与系统”建设成体现现代教学理念，实现知识传授和价值引领相统一、教书与育人相统一，激发学生对所学专业的自豪感、中国道路的使命感。

2.2 课程内容模块化

合理整合教学内容，采用知识图谱工具将章节内容关联，实现了模块化教学。在课程内容上，首先，以信号与系统基本知识为基础，将连续系统和离散系统作为课程教学的两个体系，结合当前学科发展成果，突出分析方法和分析工具的工程应用。其次，知识传授与思维训练相结合，合理设置教学模式，通过课前线上学习，课中线上线下结合，课后及时评价，解决学生学习的自主性、积极性、主观能动性不高的问题。在授课时，该课程主要以讲授、讨论、案例分析为主，以课堂测验、实验验证为辅，调动学生学习积极性，提高教学效率。最后，理论与实验相结合，将多层次、立体化的实验内容引入理论教学中，加深学生对理论的理解。

2.3 以“形象化、可视化”形式开展教学

在教学过程中，通过多媒体课件、黑板板书、仿真演示、举例类比等方式，形成“四维一体”的教学方法与手段，以“形象化、可视化”的方式展开教学，利用MATLAB演示把抽象的概念、理论展现得更加具体、生动、活泼，加深学生的印象，提高学生的学习效果。辅助学生完成课程中的数值分析、可视化建模及仿真调试，同时将课程教学中难点、重点及部分课后练习，通过计算机进行可视化的设计、调试和分析，将学生从繁杂的手工运算中解脱出来，把更多的时间和精力用于对信号与系统基本分析方法和原理的理解和应用上，加深学生的印象，提高学生的学习效果。

2.4 改革教学思路与教学方法

教学模式体现学生主体、教师引导，注重以学生为中心的创新教学。采用案例驱动、问题导入，理论联系实际阐述课程相关知识点。进行学生小组讨论，形成教学互动，及时客观评测教学效果。引入工程实践项目，进行探究式学习，培养创新思维和工程应用能力。

3 教学改革实施方案

3.1 提高教师的业务水平

打造高水平教师队伍对提高教学质量有着至关重要的作用，全面提高教师队伍素质也是教学改革的重点方向。

教师不仅要提升专业水平，教好每一节课，还要不断充实自己，提升自身的知识素养、掌握相关学科的发展动态和最新技术。提高教师队伍水平首先要有计划、有步骤地改善教师的整体学历、职称结构；其次，实施以老带新，执行“传帮带”和助课机制；最后，鼓励教师参加学术讲座会、试讲、公开课、教学竞赛等教学活动。通过交流、学习、实践锻炼教师业务能力，提升教师队伍的整体素质。

3.2 加强理论教学研究

针对“信号与系统”教学存在的问题，要加强理论教学研究，具体内容如下。

（1）完善课程教学条件与教学制度，组织课程组成员调研同类学院课程，网络平台使用情况，引进网络平台完善教学内容，合理分配教学课时，实现线上线下混合式教学，同时融入课堂思政和教学内容模块化，在教学内容方面进行改革。推进教学改革，在各章中穿插思政元素，引导和培育学生工匠精神、遵纪守法、做事有条理等品质，让学生切身体会、潜移默化地接受思想政治教育，规划建设思政课程。

（2）优化教学内容，学习相关的优质课程，要及时关注相关的前沿技术的动态和社会的发展对专业型人才的需求，要结合学校的特色和优势，考虑学生的综合素质，多方面结合找出并制定最优化的、有利于培养学生能力的教学体系。在教学内容上要根据学生学习的情况和学习兴趣，综合考虑学生的整体素质，把社会对人才的需求融入教学中，在课堂讲授的过程中教学内容要适当做出取舍，而不是按部就班地讲解课本中的全部内容。对于难度大且实际应用较少的部分可以适当删减；改变目前课本偏重于电路部分的知识和理论，把重点放在傅里叶变换、拉普拉斯变换和z变换的问题；对课程内容进行有序梳理，分成连续信号和离散信号两部分；重点引入数学概念、物理概念和工程概念，侧重理论和实际的联系，数学计算和证明逐渐减少；培养学生独立自主的学习习惯和解决问题的能力；以连续信号为基础，引入数字信号处理的知识点，为数字信号处理的学习奠定基础，以数字信号的分析与处理为最终目的，服务于新技术的发展以及社会人才的需求。

课堂教学中引入典型案例教学，以实际应用作为改革方向。“信号与系统”这门课程涉及内容广泛，具有自身独有的特点，体系完整，内容相当完善，被广泛应用。提升课堂教学效果，需要将理论和实际相结合，加强实例的引入。在对知识点的讲解时，对于抽象难以理解的内容可以在现实的背景下引入现实案例讲解，将抽象的内容运用到实际案例中，便于加强学生的理解。例如，在讲解离散系统知识点时，可以类比当前新冠肺炎病毒传播的例子，把抽象的内容具体化，加强学生对极点、系统框图、系统函数等概念的理解，增强学生学习兴趣，提升课堂教学效果；所选的案例要结合社会对人才的需求，增加学生学习的信心和对未来职业的憧憬；引入实例要把内容复杂的内容细化，分散讲解，层层深入，最终将知识点完美地融入课堂教学中，传授给学生。

3.3 加强实践教学

强化实验教学内容改革，为了进一步强化学生对基本概念和基本原理的理解，实施“理实一体化”的教学模式，使用MATLAB对信号进行可视化表示的方法，利用MATLAB 对连续信号进行频域特性分析的基本方法，重点掌握傅里叶变换的符号实现、傅里叶变换的数值近似、傅里叶变换的性质。掌握利用MATLAB进行拉普拉斯变换的基本方法。设置一些与理论知识相结合的实验，同时需要学生根据需求自主设计实验，也要有考查多门类知识的综合性实验，注重提升学生分析问题和解决问题能力。“信号与系统”是专业知识较强的课程，需要将理论知识和实践相结合，实践需要理论指导，理论需要实践验证，二者相辅相成，才能达到完美的效果。利用实践，学习编写程序和分析程序结果图形，加深对课堂知识点的理解与掌握。培养学生在实验中提出问题、分析问题、解决问题的能力和对实验数据的综合处理、归纳分析、得出实验结论的能力。用理论指导实践，用实践升华理论，实现“理论—实践，再理论—再实践”的能力双提升，提升学生的综合素质，培养社会需求的新型人才。

3.4 完善教学资源建设

本课程涉及的内容多，知识面广，具有工程知识和物理意义，需要现实的技术和专业的知识作为指导。因此，在教学过程中要不断地学习掌握前沿科技动态及更新已有的知识和现有的教学资源，根据现实需求做出适当的调整，加强学科资源库的建设，在教学过程中结合当前的新型技术和发展需求激发学生的学习兴趣，使学生利用新技术来获取知识，充实自我。完善“信号与系统”精品课程资源，利用相关学习视频、电子教案等实现网络资源的共享；采用在线学习平台等进行线上教学，加强与学生的交流，通过交流软件等与学生积极互动，主动掌握学生的学习情况。

3.5 改善考核方式

高等教育考核是检验学生综合能力的重要方式。传统的考核方式有较多的漏洞与不足，不利于考察学生的创新能力、自主学习能力。解决高等教育考核方式的现状，探索高等教育考核方式改革势在必行。要解决考试方式不合理，期末考试笔试一考定终身的问题。

首先，要运用合理的考核方式与方法。在教学过程中要注重学生的平时表现，将每节课所讲的知识设置课堂测验及时了解学生对知识的理解程度，并将测试成绩作为平时表现的一部分。督促学生重视平时表现，做到课前预习，在课堂上认真学习，紧跟老师的讲课节奏，集中注意力；课后认真完成老师布置的作业，注重平时知识的积累，避免考试突击，有利于学生对知识的掌握。作为老师，应布置作业对学生所学知识进行检验，也要适当布置一些课外作业引导学生发散思维，激发学习兴趣；要和学生交流，对于学生反馈的问题应及时解决；要认真批改作业，通过学生的作业情况找到学生对知识理解的漏洞，反思教学方式，查漏补缺。要帮助学生梳理讲解知识点，完善教学内容，梳理重点和难点知识，将抽象的内容具体化，帮助学生理解与掌握。最后，课程组开展调研和研讨，融入科学性的评价过程，注重平时性和过程性的考核，构建合理的评价体系，并浓缩为教科研成果，以论文和项目的形式进行研究。

4 结语

“信号与系统”是一门重要的专业基础课，通过对“信号与系统”教学中存在的问题进行分析，提出教学改革的方式与手段。教师需在教学的各个环节中结合自身学科实际，不断充实自己，与时俱进，更新教学方法和内容，激发学生学习兴趣，使学生有机会把所学的知识综合地应用到实践中，独立地分析和解决问题，提高学生的实践能力和创新能力。高校人才培养是育人和育才相统一的过程，在课程教学过程中应将思想政治工作体系贯通其中，并不断地进行教学改革的研究与探索，为国家的教育事业贡献一分力量。