信號與線性系統(tǒng)教學(xué)模式與方法改革

摘要：針對電子信息專業(yè)職業(yè)教育師資班生源基礎(chǔ)差、水平參差不齊的特征，對信號與線性系統(tǒng)課程從整合教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法與手段、改革實驗教學(xué)和課程考核方式等方面進行全面探索。經(jīng)過運行，教學(xué)效果顯著提高。

關(guān)鍵詞：信號與線性系統(tǒng)；教學(xué)模式與方法改革

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0568（2014）08-0058-02

作者簡介：李敏，女，副教授，研究方向為信號與信息處理。

“信號與線性系統(tǒng)”課程是電子信息類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性、應(yīng)用性極強。其基本的理論和方法廣泛應(yīng)用于通信原理、信號與信息處理、自動控制、電路與系統(tǒng)等領(lǐng)域。該課程涉及多門數(shù)學(xué)課程，如線性代數(shù)、微積分變換、復(fù)變函數(shù)等，數(shù)學(xué)公式較多。樂山師范學(xué)院（以下簡稱“我院”）電子信息專業(yè)職業(yè)教育師資班的學(xué)生來自職業(yè)高中，不僅數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不牢，自學(xué)能力弱，而且水平參差不齊。面對這樣一群特殊的學(xué)生群體，必須結(jié)合具體情況，思考和探索如何有效地提高“信號與線性系統(tǒng)”課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，提高學(xué)生將理論應(yīng)用于實踐的能力。

筆者多年從事“信號與線性系統(tǒng)”課程的教學(xué)，教學(xué)經(jīng)驗豐富，經(jīng)過廣泛調(diào)研和深入思考，針對職業(yè)教育師資班生源的具體情況，擬從整合教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法與手段、改革實驗教學(xué)和課程考核方法等方面進行全面探索。

一、整合教學(xué)內(nèi)容

“信號與線性系統(tǒng)”課程內(nèi)容繁多，理論性強，較抽象，而職業(yè)教育師資班的學(xué)生基礎(chǔ)差，自學(xué)能力不強，如何在有限的學(xué)時內(nèi)保質(zhì)保量地完成教學(xué)任務(wù)，讓他們在知識、能力兩方面實實在在地得到提高是這門課程教學(xué)中面臨的最大難題。經(jīng)過調(diào)研和思考，筆者決定根據(jù)新的教學(xué)理念，調(diào)整更新教學(xué)內(nèi)容。主要措施如下：

1.刪減純數(shù)學(xué)推導(dǎo)內(nèi)容， 注重聯(lián)系實際。本課程的教材更注重數(shù)學(xué)理論上的完整性和嚴密性，因此有大篇幅的純數(shù)學(xué)推導(dǎo)，筆者在講授時淡化這些理論推導(dǎo)，只講解基本的概念，然后結(jié)合實際多講解應(yīng)用實例，以達到拓寬學(xué)生視野，幫助學(xué)生對基本概念和基本方法的理解和升華。例如，三大變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換和Z變換）性質(zhì)的應(yīng)用是本課程的重點，然而這三大變換具有很多類似的性質(zhì)， 這些性質(zhì)的證明是純數(shù)學(xué)推導(dǎo)。筆者在課堂上并沒有對三大變換的性質(zhì)進行證明， 而是大量講解如何應(yīng)用這些性質(zhì)解題，讓學(xué)生不僅明白了三大變換的意義，并在實際應(yīng)用中更深地領(lǐng)悟這些性質(zhì)的意義和用法。

2.突出知識點之間的聯(lián)系與區(qū)別、突出三大變換的工程概念，淡化其數(shù)學(xué)運算技巧。以通信系統(tǒng)為背景，以信號分析為基礎(chǔ)、系統(tǒng)分析為橋梁，以系統(tǒng)對信號的響應(yīng)為主線，處理技術(shù)為手段，展開對信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)。教學(xué)過程中按先連續(xù)后離散、先時域后變換域的順序展開教學(xué)。各部分的內(nèi)容是循序漸進、相輔相成的。例如，在變換域分析中，傅立葉變換是一個主線，它可以將各種變換聯(lián)系起來；又如，連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的分析方法是非常相似的，但也存在一些不同之處。在教學(xué)過程中，筆者注重突出了這些聯(lián)系與區(qū)別，使得學(xué)生可以快速、深入地掌握相關(guān)內(nèi)容，同時也解決了學(xué)時不足的問題。

二、改進教學(xué)方法和手段

“信號與線性系統(tǒng)” 課程是一門理論性較強的課程。傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是板書教學(xué)，教學(xué)方法和教學(xué)手段單一，使教學(xué)過程枯燥，效率低，很難將一些抽象的概念和理論具體化。在課堂教學(xué)過程中，教師一直處于主導(dǎo)地位，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，缺乏質(zhì)疑、判斷和分析能力，缺乏獨立提出問題、分析問題和解決問題的能力，缺乏把所學(xué)知識融會貫通的能力。針對以上問題，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段必須進行改進。筆者主要從三方面進行改革，具體措施如下：

1.現(xiàn)代多媒體教學(xué)方法與傳統(tǒng)板書教學(xué)方法相結(jié)合。為了提高教學(xué)效果和教學(xué)效率，本課程在教學(xué)實踐過程中將多媒體教學(xué)方法與傳統(tǒng)板書教學(xué)方法相結(jié)合，大量應(yīng)用Powerpoint課件、Flash動畫演示等，使教師從大量的板書中解脫出來，節(jié)省了時間；課件的畫面比較形象直觀，更容易調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進學(xué)生積極思考。同時，也沒有完全拋棄傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式。在進行重難點的講解上，仍在黑板上完成一些公式和例題的推導(dǎo)，傳統(tǒng)板書的魅力得以發(fā)揮。教師根據(jù)實際情況靈活選用這兩種教學(xué)方式，促進教和學(xué)之間的互動交流。

2.將MATLAB 融入課程內(nèi)容教學(xué)。“信號與線性系統(tǒng)”課程中大量的理論和分析對學(xué)生來說比較抽象，難以理解，同時本課程內(nèi)容含有大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和公式。MATLAB語言能進行信號產(chǎn)生、信號運算， 能進行傅立葉變換、拉普拉斯變換和Z變換，還可以對本課程的一些概念和算法如抽樣定理、調(diào)制、濾波器設(shè)計等進行建模和可視化。因此，在課堂教學(xué)中引入MATLAB圖形和動態(tài)演示，會使課程內(nèi)容更加直觀、生動，使學(xué)生易于加深理解和鞏固課程的抽象概念，幫助他們很好地掌握信號與線性系統(tǒng)課程中的基本概念、原理和分析方法。

3.開發(fā)網(wǎng)上精品教學(xué)資源。隨著Internet的快速發(fā)展， 利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建立網(wǎng)上教學(xué)資源，可提供大量的豐富、簡潔、生動的電子教案、電子教材以及多媒體演示系統(tǒng)等資源，形成輕松生動的學(xué)習(xí)環(huán)境。交互式的學(xué)習(xí)方式，方便學(xué)生隨時訪問，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力。

三、實驗內(nèi)容， 提高學(xué)生動手能力

為了鍛煉學(xué)生的動手能力，加深學(xué)生理解“信號與線性系統(tǒng)”課程的基本原理和分析方法，開設(shè)了一門用MATLAB對信號和系統(tǒng)進行仿真分析的實驗課，增加了綜合性、設(shè)計性和工程性實驗。實驗內(nèi)容包括：常用基本信號的MATLAB表示和運算，連續(xù)信號與系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)、信號的幅度調(diào)制及MATLAB實現(xiàn)、連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的頻域分析、連續(xù)信號的采樣與恢復(fù)、連續(xù)時間信號與系統(tǒng)的復(fù)頻域分析、散時間信號與系統(tǒng)的Z域分析、線性系統(tǒng)的特性分析和輸出響應(yīng)求解（綜合設(shè)計性）。

通過實驗課，學(xué)生可以掌握MATLAB語言的編程和仿真分析方法，用MATLAB將課程中的重點、難點進行形象、直觀的模擬，從而加深學(xué)生對信號與線性系統(tǒng)基本原理、分析方法及工程應(yīng)用的理解，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

四、改革課程考核方式

在課程考核方式上，側(cè)重基本原理和概念的靈活應(yīng)用。考前教師用兩學(xué)時，將本課程的知識點串講一遍，再次強調(diào)各知識點之間的聯(lián)系與區(qū)別，引導(dǎo)學(xué)生歸納提煉課程重點內(nèi)容；結(jié)合教學(xué)重點和難點，劃出一定范圍的公式和性質(zhì)，將學(xué)生從盲目地死記硬背公式中解脫出來，把注意力放在基本原理和概念的靈活應(yīng)用上。

五、改革成效

以上“信號與線性系統(tǒng)”課程改革方案對我院2011級電信專業(yè)職業(yè)教育師資1班、2班進行了第一次運行。成效顯著，兩個班期末成績優(yōu)秀比例都達到10%以上，成績分布基本成正太分布，層次分明。本課程的教學(xué)改革不僅有效地提高了教學(xué)質(zhì)量，而且激發(fā)了學(xué)生的興趣，有效地提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。今后還需不斷地豐富教學(xué)資料，動態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，同時加大這門課程與前后各課程和工程實踐之間的銜接，進一步提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

參考文獻：

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[3]高遠.基于MATLAB的《信號與系統(tǒng)》教學(xué)改革與實踐[J].柳州師專學(xué)報，2010，（02）.

（編輯：秦俊嫄）