信號與系統資源共享課程實踐教學改革探討

劉翠響等

摘要：基于河北工業大學“信號與系統”課程的教學改革成果，主要對其在資源共享課程建設中的實踐教學改革進行了探討。分析了信號與系統資源共享課程整合的必要性，然后結合教學實際，研究了信號與系統資源共享課程實踐教學改革的措施，搭建了軟硬件相結合、便于實現資源共享的實踐教學平臺，研制改進了試驗設備，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：信號與系統；資源共享；實踐教學平臺

中圖分類號G642.0文獻標識碼：A文章編號：10054634（2015）05009605

0引言

中國大學資源共享課的推出，將進一步推進高等教育改革，有效加快優質教育資源共享的步伐，在促進教育公平、提高高等教育質量、推進高等教育教學改革、更好地服務學習型社會建設等方面發揮重要作用。2012年，以美國為代表的高等教育發達國家興起了大規模在線教育，這一舉措加速了高等教育的全球化發展和全球化競爭鑒于此，建設資源共享課程具有重要意義。

資源共享課共享體現了學校之間的協同、教師與學生的協同、學校與社會的協同。實現資源共享，若進一步結合信息技術的發展與應用，有助于“沒有圍墻”的大學在不久的將來成為可能。資源共享課也有助于探索中國特色高教改革發展道路[[KG-*6]4[KG-*6]]。目前，我國的高等教育已進入了以提高質量為核心的內涵式發展階段，加快精品資源共享課程建設對深化課程教學改革和提高教學質量都具有十分重要的意義[[KG-*6]5[KG-*6]]。

近年來，全國各個高校在信號與系統教學中，做了大量的教學研究與改革工作，由于實踐教學環節在教學中起著舉足輕重的作用，更是教學改革的重點[[KG-*6]6[KG-*6]]。

本文結合河北工業大學的特點，在原有信號與線性系統省級精品課建設和數字信號處理校級精品課建設的基礎上，圍繞實踐教學環節和內容的優化組合做了大量的改革工作，以完成信號與系統資源共享課程轉型。信號與系統資源共享課程，將省級精品課程“信號與線性系統”、校級精品課程“數字信號處理”進行合理調整，構建信號與系統大課程體系，對于提高共享資源利用率，促進實踐教學的改過與創新，實現由單一課程建設向系列課程的轉化，有著極其重要的意義，并且極具可行性。

1信號與系統資源共享課程整合的必要性

在進行“信號與系統”精品資源共享課程建設過程中，將 “信號與線性系統”、“數字信號處理”與“信號與系統課程設計”三個模塊理論和實踐教學的內容進行科學設計、合理調整，具有重要意義。

1.1[2]由單一課程建設向課程群建設轉化的必然結果

精品課程建設是一項綜合系統工程。它涉及到師資、教材、教學思想、教學管理、教學方式、教學內容和教學手段等方面，是牽一發而動全身的工程。精品課程建設過程中探索出的許多成功經驗，不僅指導了本課程教學改革工作，同時也輻射到部分相關課程。筆者根據信號與線性系統課程在培養方案中的重要地位，為使其在整個人才培養過程中充分發揮示范和杠桿作用，培養創新能力強、綜合素質高的電子信息類人才，將單一課程的建設轉向省級“信號與信息處理系列課程群”建設。

1.2[2]進行實踐教學改革實現資源共享的必要條件

在精品課程建設過程中，根據信號與線性系統課程實踐性強的特點，為培養和提高學生的工程應用能力和實踐操作技能以及創新能力，率先在電子信息工程、通信工程開設了信號與線性系統課程設計。由于起初課程設計只是針對一門課程進行的，設計內容有較大的局限性，知識面相對偏窄。于是，在經過兩年的實踐之后，學院調整了課程設計的開課時間及設計內容范圍。授課時間調整到數字信號處理課程結束的學期末，兩門課程統籌考慮，作為信號與系統課程設計的教學目標，內容寬了，知識點多了，對于正確認識連續與離散信號及系統的關系、區別、分析方法、系統設計方法等起到了很好的作用，教學效果顯著。所以，將信號與線性系統課程與數字信號處理課程統籌考慮，綜合建設，是實現資源共享、保障實踐教學改革順利進行的必要條件。

1.3提高共享資源利用率的有效措施

[JP+1]建設資源共享課程需要投入大量的人力和物力。每一門資源共享課程都需要有網絡平臺的支持，建議要有相關的網站。如果像以往精品課程那樣建設，勢必造成大量的資源浪費，包括網站建設硬件環境，軟件維護等。筆者將轉型的信號與線性系統、數字信號處理課程，內容密切關聯、性質相同、教學手段相近、硬件設備相同、師資隊伍同為省級教學團隊成員，經過多年的協同建設，已經形成了一個密不可分的整體。因此，將相關課程整合，可以有效提高共享資源的利用率，推動信號與信息處理省級教學團隊的建設與發展。

[BT（1+1]2[2]信號與系統資源共享課程實踐教學改革的措施

2.1實驗軟硬件相結合，便于實現資源共享

在自主研制第一代信號與系統試驗箱的基礎上，升級改進研制了第二代信號與系統實驗設備，如圖1所示。采用虛擬實驗設備與其配套，實現硬件設備、軟件仿真資源互補、共享。

信號與系統實驗箱包括主板和獨立可拆換的實驗開發板，以此為基礎開設了信號與系統、數字信號處理、課程設計等基礎實驗、綜合實驗、系統設計等實踐環節。新的實驗設備，在改進硬件實驗條件后，重新完善配套的虛擬實驗環境，采用DDS3X25虛擬信號發生器、DSO3064虛擬示波器搭建了軟硬結合的實驗平臺，如圖2、圖3所示。按照基礎性、應用性、綜合設計性、創新訓練等層層推進的思路，以“增強感性認識，實現對基礎理論的掌握與綜合應用，強化工程意識，提高實踐與創新能力”為目標，在實驗形式上采用軟硬件相結合的方法，注重基礎性實驗，擴充綜合性、設計性實驗，增設集中課程設計環節。

實踐教學實例分析：在模擬信號取樣及恢復的實驗中，采用信號與系統實驗硬件平臺，信號取樣與恢復實驗電路板，DSO3064虛擬示波器，DDS3X25虛擬信號發生器等實驗設備進行實驗。要求學生理解和掌握時域取樣定理，掌握無混疊和有混疊條件下信號取樣與恢復的頻域分析方法，通過無混疊和有混疊條件下正弦等不同信號取樣與恢復測試分析，比較不同取樣頻率和取樣脈沖寬度對取樣及恢復信號的影響。信號取樣與恢復實驗電路板如圖4所示，無混疊條件下正弦信號的取樣與恢復測試分析如圖5所示，四路信號同時顯示，切換方便，形象、逼真。

圖5無混疊條件下正弦信號的取樣與恢復測試分析[JZ）][HJ68x][LL]

通過親自動手實踐，將硬件試驗結果與軟件仿真結果相比較，提高了學生學習興趣，加深了對理論知識的理解，強化了工程意識，解決了課程教學難點的教與學。

2.2虛擬仿真與實際試驗密切配合

恰當解決強化創新能力、工程實踐能力培養與實踐教學學時有限的矛盾，是每一門專業課和專業基礎課所面臨和必須解決的問題。課程資源建設，可以將虛擬仿真實驗，特別是硬件仿真實驗放于網上，使硬件實驗通過仿真軟件預習，讓學生帶著問題走進實驗室，效果會更好，同時有效實驗時間也會提高。

尤其是在實驗開課前，課程組教師進行預作試驗，將新儀器的使用方法、注意事項說明及實驗具體操作流程進行視頻錄制，上傳到共享資源網站，供學生自學及熟悉儀器操作，提高了實驗效果。此外，還要求同學們將硬件實驗結果與軟件仿真實驗結果相對比，并進行分析，從而加深了同學對知識的理解和掌握。

2.3[2]搭建立體化實踐性教學平臺，實現實踐資源共享

針對資源共享轉型建設的需要，在現有實驗設備條件的基礎上進行進一步的研究開發，構建了“系列課程理論內容的融合互補，實踐手段軟硬結合，技能訓練循序漸進，創新思維不斷深化”的系列課程教學體系和實踐教學平臺，如圖6所示。[FL）]

該實踐教學平臺主要包括硬件實驗平臺、基于PC機的軟件實驗平臺、網絡和數據庫系統等幾大部分。其中，軟件實驗平臺和硬件實驗平臺通過信號采集/輸出模塊建立連接，實現硬件實驗模塊和信號分析處理軟件的有機結合。軟件平臺通過信號輸出模塊可以靈活提供硬件平臺所需的各類實驗信號，硬件平臺獲得的實驗結果則可以通過信號采集模塊輸入到軟件平臺進行記錄、分析和處理，而處理得到結果又可以通過信號輸出模塊再次加載到相應的硬件模塊，進行更為具象化的展示。信號與系統實驗綜合管理系統界面如圖7、圖8所示。

利用課程資源共享平臺，開發相應的實踐教學綜合管理系統，對信號與系統實踐教學全過程（選題、預習、實驗操作步驟、實驗結果記錄、實驗報告和課程設計報告的撰寫、課程設計成果驗收、報告批閱、實踐教學環節成績管理等）進行網絡化的管理，促進學生從被動學習變自主學習，將實踐教學模式從千篇一律、機械化的照教學大綱排實驗的固定模式，變為自主性的個性化教育模式。

該平臺由任課教師設計，學生參加制作。將先進的硬件開發平臺和計算機虛擬儀器、仿真平臺融為一體，這不僅能極大地滿足教學的需要，還能鍛煉提高學生的實際動手能力、綜合運用知識能力、獨立分析解決問題能力和創新能力，為通識教育，創新教育，搭建了良好的教育教學平臺。

3實踐教學改革的成效

信號與系統實踐教學注重培養學生的創新精神、工程意識、實踐能力，通過講座拓展學生的知識面，通過研討性課程鍛煉學生的科研能力，培養學生的創新意識，使學生具有綜合性、創新性設計能力，實現對學生知識、能力、素質的綜合培養，適應當代社會對高素質人才培養的需求。河北工業大學在信號與系統課程設計教學環節中，采用了老師給出題目，學生自選課題、結成小組，共同查閱資料，分析研究討論、確定方案、仿真調試、分析總結、撰寫設計報告，通過答辯評定成績的方法，整個過程如同完成一項科研項目，培養了學生基本的科研能力。此項訓練為部分學生參加全國大學生電子設計競賽和“飛思卡爾”杯智能汽車競賽并獲得省部級以上獎勵，奠定了堅實的基礎，同時為參加河北省“大學生創新創業訓練計劃”項目做了必要的技術準備。

4總結與討論

總之，在實踐教學中，借助于資源共享平臺，改進實踐教學環節的組織形式，并采取相應的技術手段，促進了學生主動學習，實現實踐教學學時的最優化利用，提高教學效率，改善教學效果。學生利用信號與系統課程共享資源，可不斷加強師生互動交流，使學生學習了解的內容更全面，獲取知識的形式更方便、途徑更廣泛，教學效果更顯著。

參考文獻

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