民辦高校信號(hào)與系統(tǒng)課群課程建設(shè)的研究與實(shí)踐

【摘要】信號(hào)與系統(tǒng)是電氣信息類專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，針對(duì)民辦學(xué)院教學(xué)現(xiàn)狀、學(xué)生特點(diǎn)、教學(xué)資源情況建立信號(hào)與系統(tǒng)課群，從教學(xué)課程、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)手段、課程體系的整合方面做出大膽改革方案，理論上注重學(xué)科的互動(dòng)使學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)得以有效的提升；實(shí)踐方面分別安排驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)性試驗(yàn)。分層次進(jìn)行教學(xué)嘗試，實(shí)踐證明該項(xiàng)課群建設(shè)會(huì)大大的改善教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】信號(hào)系統(tǒng) 課程建設(shè) 教學(xué)改革

【中圖分類號(hào)】G65 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2013）01-0031-02

1.引言

《信號(hào)與系統(tǒng)》是電氣信息類專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，目前許多重點(diǎn)高等院校將它作為相關(guān)專業(yè)碩士研究生入學(xué)考試的課程?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》這門課程體現(xiàn)了事物本質(zhì)在物理概念、數(shù)學(xué)概念、工程概念三者相結(jié)合的產(chǎn)物。該課程以高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、電路原理、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程為基礎(chǔ)，是學(xué)生在學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程如數(shù)字信號(hào)處理、DSP原理及開發(fā)應(yīng)用、現(xiàn)代信號(hào)處理、通信原理、自動(dòng)控制原理等課程的先修課程，所以《信號(hào)與系統(tǒng)》這門課程在教學(xué)環(huán)節(jié)中起著承上啟下的重要作用，其教學(xué)質(zhì)量不僅直接影響到學(xué)生對(duì)后續(xù)課程重要概念的理解和分析解決工程問題的能力，也對(duì)通信、雷達(dá)、測(cè)試、控制、生物醫(yī)學(xué)工程等眾多學(xué)科和工程領(lǐng)域起著不可低估的作用[1]。有必要建立《信號(hào)與系統(tǒng)》的課程群。

2.針對(duì)民辦高校信號(hào)與系統(tǒng)課群建設(shè)亟待解決的問題

《信號(hào)與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號(hào)處理》作為我院電子信息工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)課，目前授課對(duì)象僅為電子信息工程專業(yè)，專業(yè)涉及面窄，與其自身的強(qiáng)大功能不相符；其次信號(hào)與系統(tǒng)作為學(xué)科基礎(chǔ)課和數(shù)字信號(hào)處理作為專業(yè)主干課在課程開設(shè)時(shí)，為求自身體系的完整性，存在有內(nèi)容重復(fù)，銜接不合理、內(nèi)容綜合不夠、理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫鉤等問題；再次隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，正面臨著“教什么，如何教；學(xué)什么，如何學(xué)”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和實(shí)現(xiàn)從知識(shí)型人才轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用型、綜合型、創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式的思考，如何實(shí)現(xiàn)《信號(hào)與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號(hào)處理》的授課內(nèi)容與學(xué)科的發(fā)展同步及如何有效利用科學(xué)技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一是急待解決的問題。根據(jù)民辦高校的招生生源與辦學(xué)目標(biāo)及就業(yè)方向的現(xiàn)狀，以期通過對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行整合同時(shí)增開一些新的課程，解決上述問題，有效地提高信號(hào)與系統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量。

2.1課群建設(shè)的總體思路

⑴教學(xué)課程的改革與整合：系統(tǒng)的分析《信號(hào)與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號(hào)處理》兩門課程自身的特點(diǎn)，進(jìn)行有機(jī)的整合，信號(hào)與系統(tǒng)與數(shù)字信號(hào)處理兩門課程的教學(xué)內(nèi)容有著密不可分的內(nèi)在聯(lián)系，其中心是通過對(duì)各種不同信號(hào)的分析，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理，達(dá)到所希望得到的信號(hào)，注重學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)；同時(shí)針對(duì)信息技術(shù)的發(fā)展，介紹其在新興學(xué)科和領(lǐng)域中的應(yīng)用，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

⑵教學(xué)方法的改革：針對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號(hào)處理》兩門課程計(jì)算公式多、概念多、變換多等特點(diǎn)，注重能力培養(yǎng)與和學(xué)科互動(dòng)，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和各類仿真軟件的最新成果，采用靈活的教學(xué)手段，既能展現(xiàn)課程的重點(diǎn)難點(diǎn)問題，又能實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，突出基本原理中所蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)概念、物理概念和工程概念，實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力的提升[2]。

⑶實(shí)驗(yàn)手段的改革：實(shí)驗(yàn)課時(shí)的安排是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的重要保證，因此針對(duì)兩門課程的特點(diǎn)，分別安排借助Matlab編程知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)性試驗(yàn)，解決理論與實(shí)踐，強(qiáng)化學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力。

⑷課程體系的改革：針對(duì)信息處理技術(shù)的發(fā)展，在兩門課程的基礎(chǔ)上，增加Matlab應(yīng)用、EDA技術(shù)和DSP技術(shù)等，形成完善的課群體系。

2.2課群內(nèi)各課程之間的優(yōu)化整合關(guān)系

2.2.1優(yōu)化信號(hào)與系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理兩門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容

信號(hào)與系統(tǒng)主要講授兩大信號(hào)（連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)）的時(shí)域與變換域、兩種系統(tǒng)（連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間系統(tǒng)）、三大變換（傅里葉、拉普拉斯、Z變換）的具體知識(shí)點(diǎn)需要重點(diǎn)講授，系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析只做一般講解。數(shù)字信號(hào)處理主要講述離散時(shí)間信號(hào)的時(shí)域和變換域分析、離散傅里葉變換（DFT）利用時(shí)域抽樣定理和頻域抽樣定理實(shí)現(xiàn)時(shí)域到頻域的映射關(guān)系、基于時(shí)間和頻率抽選奇偶分解的快速傅里葉變換（FFT），接著講述無限和有限沖激數(shù)字濾波器對(duì)信號(hào)的具體實(shí)現(xiàn)，完成信號(hào)濾波處理的功能。

對(duì)于信號(hào)與系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理內(nèi)容之間的聯(lián)系應(yīng)各有側(cè)重，做好前期課程的基礎(chǔ)知識(shí)與后續(xù)課程的綜合知識(shí)的過渡，有效解決課程的交叉問題，比如在信號(hào)與系統(tǒng)的課程中重點(diǎn)講解三大變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換）的基礎(chǔ)知識(shí)，化繁為簡(jiǎn)地講解公式的推導(dǎo)過程，重點(diǎn)講解變換對(duì)及性質(zhì)的應(yīng)用。而在數(shù)字信號(hào)處理中對(duì)于離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析是重復(fù)知識(shí)點(diǎn)，要依據(jù)知識(shí)體系的完整性、課程群內(nèi)課程的知識(shí)銜接、學(xué)生的掌握程度進(jìn)行交叉知識(shí)的處理，以總結(jié)性質(zhì)重點(diǎn)闡述以抽樣定理為橋梁講解這三大變換之間的關(guān)系將其從點(diǎn)到面的知識(shí)擴(kuò)展就是信號(hào)分析的主線，從微觀到宏觀的把握知識(shí)脈絡(luò)。簡(jiǎn)單介紹用純數(shù)學(xué)的方法求解系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)，突出卷積方法求解差分方程的優(yōu)越性等，整體介紹連續(xù)周期信號(hào)、連續(xù)時(shí)間非周期信號(hào)、離散周期信號(hào)和離散非周期信號(hào)的頻譜的表示形式，即都是將信號(hào)表示為正弦信號(hào)不同頻率的線性組合，更能直觀的介紹四種信號(hào)的頻譜特點(diǎn)，使其Fourier的數(shù)學(xué)概念和物理概念得以更好的體現(xiàn)。在兩門課程之間做到既有分工又可以視為整體，不重不漏，逐步加深，融會(huì)貫通。

2.2.2基于Matlab的仿真實(shí)驗(yàn)在課程群建設(shè)的重要性

Matlab仿真的應(yīng)用中數(shù)字信號(hào)處理工具箱的運(yùn)用使得系統(tǒng)分析、信號(hào)的譜分析、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方面應(yīng)用更為普及和廣泛，應(yīng)用 Matlab可以很容易地進(jìn)行信號(hào)與系統(tǒng)的傅立葉分析、卷積運(yùn)算、濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)濾波等工作，在信號(hào)系統(tǒng)的課程中安排驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏重于理論與實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一，在數(shù)字信號(hào)處理課程中安排綜合性實(shí)驗(yàn)偏重于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[3]Matlab基礎(chǔ)及應(yīng)用的理論與實(shí)踐教學(xué)能夠有效提高學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的應(yīng)用能力，對(duì)于分析問題、解決問題、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有很大的積極作用。

2.2.3 EDA課程設(shè)計(jì)在課程群建設(shè)中的主導(dǎo)性

EDA課程設(shè)計(jì)，主要通過應(yīng)用兩個(gè)工具軟件——Protel2004和MATLAB7.0，完成電子線路的制版和線路仿真工作，圖文并茂、易學(xué)易懂，在課程設(shè)計(jì)的選題方面學(xué)生自主性選題、集思廣益的探討方案，教師以啟發(fā)為主、指導(dǎo)為輔。學(xué)生能夠有效地完成信號(hào)與系統(tǒng)的整機(jī)軟硬件聯(lián)調(diào)工作，提高自身的學(xué)習(xí)能力。課程設(shè)計(jì)的題目難度適中，展示課群的實(shí)踐性和實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生真正體會(huì)到成就感。

建立《信號(hào)與系統(tǒng)》課程群，使理論課與實(shí)驗(yàn)課相互補(bǔ)充，加之課程設(shè)計(jì)做為實(shí)戰(zhàn)性的鍛煉，學(xué)生的學(xué)習(xí)更加系統(tǒng)化、體系化。課群建設(shè)前后的課程對(duì)比如圖1所示。

圖1 課群建設(shè)前后的課程對(duì)比

2.3課群的主要教學(xué)方法

⑴調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)基礎(chǔ)，更新內(nèi)容，拓展知識(shí)面，及時(shí)與學(xué)生溝通，了解教學(xué)效果，及時(shí)修正教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排。

⑵配合教學(xué)內(nèi)容，具有直觀教學(xué)效果的板書結(jié)合具有立體演示效果強(qiáng)特點(diǎn)的CAI多媒體課件，理論聯(lián)系實(shí)踐實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式教學(xué)，達(dá)到最佳的教學(xué)效果。比如公式的推導(dǎo)過程和例題、習(xí)題的講解最好采用板書的形式。而對(duì)于采樣定理、周期延拓、數(shù)字濾波器、卷積定理等內(nèi)容用多媒體進(jìn)行動(dòng)畫演示信號(hào)的變化過程和系統(tǒng)的響應(yīng)結(jié)果，使之更生動(dòng)，感性認(rèn)識(shí)更強(qiáng)。

⑶加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生動(dòng)手能力，通過舉行“信號(hào)與系統(tǒng)及Matlab應(yīng)用知識(shí)競(jìng)賽”等，通過自己動(dòng)手完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真，拓展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的廣度和深度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高軟硬件聯(lián)調(diào)能力，完成綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

⑷在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上提供多媒體電子教案、CAI課件、網(wǎng)絡(luò)視頻等，將全部的授課內(nèi)容擴(kuò)展上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與實(shí)際教學(xué)的同步更新，并開設(shè)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制、網(wǎng)上問答機(jī)制等，鼓勵(lì)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)加深認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)理解， 鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，有效解決實(shí)際教學(xué)中課堂人數(shù)過多，師生溝通不便、自學(xué)通道不暢等問題，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

3.結(jié)語

隨著電子科學(xué)和與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，本文對(duì)于信號(hào)與系統(tǒng)課群的建設(shè)從研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、教學(xué)方法提出了大膽的嘗試，課群的建設(shè)“以學(xué)生為根本，培養(yǎng)能力為核心”，筆者通過在教學(xué)實(shí)踐中不斷地摸索與實(shí)踐，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與創(chuàng)新性已經(jīng)取得了階段性的成果，但還需配合教學(xué)體制的多方面協(xié)調(diào)才能取得最佳效果，為適應(yīng)時(shí)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展與大量的應(yīng)用性人才培養(yǎng)做出自己的貢獻(xiàn)。

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