信號類課程教學改革探索與實踐

張學敏　呂曉麗　鐘菲

摘 要：文章分析了信號類課程的教學現狀，結合作者的教學體會，闡述了信號類課程在教學內容、教學模式和考核方法上的改革與實踐，目的在于探索一條適合于信號類課程教學發展、適應于電子信息類人才培養需要的有效教學途徑，進而提高信號類課程的教學效果和教學質量。

關鍵詞：信號類課程 教學改革 教學實踐

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0181-02

信號類課程主要包括“數字信號處理”和“信號與系統”兩門課，是工科院校電子信息類大學生必修的主干課。其基本原理和概念廣泛應用于隨機信號分析、通信原理和數字圖像處理等專業課程中。信號類課程的特點在于概念抽象，公式推導繁瑣，以致學生在剛接觸這類課程時就產生了敬畏感，由于這些概念的晦澀難懂，以致對由其引申出的物理概念和工程概念認識不清。為了幫助學生較好地利用信號類課程的基本理論分析和解決實際問題，為后續相關課程奠定基礎，對信號類課程的教學現狀加以分析和進行教學改革的研究與實踐是十分必要的。

1 信號類課程教學現狀和存在的問題分析

目前，信號類課程教學中存在以下幾個問題。

（1）理論知識概念抽象，與實際應用脫節。“信號與系統”和“數字信號處理”課程理論知識概念抽象難懂、算法繁瑣復雜，因此，在學習和理解上存在一定難度。抽象的數學概念、繁復的公式推導讓學生覺得教材上的理論知識與實際應用相距太遠，從而導致厭學情緒。

（2）實驗教學內容傳統，實驗手段單一，達不到預期的實驗效果。

（3）課程實習依賴性強，獨立工作能力差。實習中碰到問題，往往寄希望于指導老師。學習的自主性和積極性不足，大部分學生的課程實習是在教師的監督下完成的。

（4）一張試卷定高下，不能客觀、公正地考核學生的結業成績。

2 信號類課程教學改革與嘗試

2.1 理論教學內容上，適當添加輔助示例，彌補教材上理論有余、應用不足的缺點

先要，重視基本概念和基本原理的闡述。貫穿于信號與系統這門課的主要內容是卷積積分運算、連續時間系統的時頻域分析和傅立葉變換、拉普拉斯變換及Z變換。而數字信號處理，主要是快速傅立葉變換和有限長沖激響應及無限長沖擊響應數字濾波器設計，[2]這些內容是信號類課程的主要理論基礎。在教學過程中，教師除了闡述基本理論外，要適當補充能夠易于理解理論的實例，而不是對教材的機械拷貝。如講到時域和頻域分析時，同學們對信號隨時間的變化容易理解，提到頻域概念，就一臉茫然。用簡單示例輔助教學內容，同學們就會豁然開朗，例如圖1、2所示。

圖1從波形上無法知道它含有幾種頻率成分，通過快速傅里葉變換做頻域分析，顯然，由圖2清楚的知道混合信號含有150 Hz、250 Hz和350 Hz三種頻率成分。這樣，相當于將教材上對時域和頻域的長篇敘述做了壓縮，而又不影響學生對這部分內容的理解和掌握。其次，關注本學科的最新進展和研究成果，教師應有意識地將信號處理技術的發展給人們生活帶來的方便介紹給學生，比如：智能手機、智能電視等，這既開闊學生的思路，又能激發學生學習的積極性和求知欲。再次，教學內容重視理論與實際相聯系的原則。例如：在講解濾波器時，常常是教師花費大量時間和精力講原理和推導過程，很少涉及工程實踐的具體應用。如果教師在課前“做好功課”，彌補教材在這方面的不足，學生會有茅塞頓開之感，既看到了枯燥公式蘊含的魅力，也激發了學生學習后續課程的興趣和渴望。

2.2 實踐教學內容上，增加綜合性和設計性實驗，擴大信號類課程實習的選題范圍和適當增加設計題目的難度

傳統的實驗內容大都是硬件電路完成的，實驗手段單一，實驗效果不直觀，而且學生在實驗中要將大量的精力花在電路調試上，很多復雜的實驗難以實現。為了解決這個問題，利用MATALB科學計算和分析軟件開發和設計了綜合性、設計性實驗。同時，為了達到對知識的融會貫通，提高學生的綜合、分析能力，課程實習題目改由教師統一命題為學生自主選題，根據題目工作量大小，可以一人一組一題，也可以幾人一組一題，由于題目是自己選擇的，所以在完成實習題目的過程中，完全是自主地，積極地帶著問題想、帶著問題學、帶著問題做。這一環節中，教師要對學生設計方案的可行性、合理性進行審定，對疑難問題做啟發性解答和對結果分析做檢查。

2.3 教學方法上，預習講解式和討論式相結合，提高課堂教學效果

以學生為主的教學方法是提升學生學習積極性及提高教學效果的主要手段。為此，要轉變依賴教師、依賴教材的“填鴨式”的滿堂灌的傳統授課方式，適當采用預習講解式和研究討論式教學模式。[1]首先，當課程教學進行到某一階段（可以是理論教學階段，也可以是實踐教學階段）合理選擇教材中的內容，組織學生以小組的形式做預習，采用這種方式，教師要避免給學生設置條條框框，讓學生自己去查閱、搜集和整理資料為講課做準備。其次，以預習講解式做鋪墊，適時采用研討式教學。這種教學方式，教師與學生處于平等的地位，討論的主題由教師確立，但是教師不再是知識的傳授者，而是學生進行討論與研究的參與者和啟發者。當課程內容具有一定系統性和連貫性后，教師要在全班布置綜合作業，將學生分成若干小組，盡量保證每組學生的成績服從正態分布，不要“好”“壞”分明，這樣不利于研討式教學的進行。完成作業后，每組選出代表做講解，盡管是同一問題，不同組有不同解法，學生在熱烈討論的過程中，相互借鑒，相互啟發。采用研討式教學要貫徹因材施教的原則，避免課堂統一步調下的“吃不了”和“吃不飽”現象。同時根據學生的接受情況，對授課計劃和教學進度做機動調整。經過實踐，大部分學生反映從中得到了鍛煉，獲得了收獲。

3 改進考核方法，客觀評定成績

課程考核是教學工作的重要組成部分，也是檢驗學生學習能力和學習水平的標準之一。僅憑書面考試定結果的單一考核模式，使不少抱有60分萬歲思想的學生，往往在考前做突擊學習，死記硬背，生搬硬套。臨時抱佛腳的學習態度，根本無法掌握課程的基礎知識，只是為了應付考試而已。為此，必須改進不合理的考核制度，建立相對合理的考核方法。

目前，信號類課程的考核內容包括固定考核內容和浮動考核內容。固定考核內容包括平時出勤率、理論知識考核和實踐環節考核。出勤率占總成績的10%，理論知識考核占總成績的50%，實踐環節占總成績的30%，浮動部分占總成績的10%。以期末試卷形式的理論知識考核除了覆蓋教學大綱要求的基本考核內容外，試卷最后一題是附加題，這既能讓考試成績分布趨于合理，又是對努力學習學生的認同。實踐環節的考核根據學生現場操作、答辯評分。浮動考核內容指對平時積極參與課堂討論的思維活躍的學生的鼓勵和在學習過程中能就某個問題提出個人見解的同學的獎勵。

4 結語

在電子08級、09級和10級三屆學生中實施了信號類課程的教改實踐，取得了一些教改經驗和成果，在學生中實施效果反映良好。但信號類課程作為我校比較年輕的課程，課程的教學改革之路仍很漫長。目前，學校正在執行2014人才培養方案和教學大綱的制定，新方案將注重知識能力與素質的協調發展，培養學生對知識的綜合運用能力和工程實踐能力。今后課程組成員要根據新方案的要求，根據社會對人才的需求，本著積極調整、改革、提高的思想，對理論教學內容精益求精、對實踐教學內容豐富和完善、對教學方法勇于創新和嘗試，不斷提高信號類課程的教學效果和教學質量。

參考文獻

[1] 劉新奇.研究性學習課題的生成探討[J].教育理論與實踐，2007（8）：24-26.

[2] 吳大正.信號與線性系統分析[M].北京：高等教育出版社，2012.