面向工程能力培養的信號與系統課程教學改革探索

羅達燦　楊盛毅　楊偉力

摘 要 本文對“信號與系統”課程面向工程能力培養的教學模式進行探索，結合普通二本應用型高校學生的實際情況，分析傳統“信號與系統”課程的教學模式和存在問題，優化教學內容，引入Matlab實驗教學，增強實踐教學環節。通過教學實踐表明，上述措施有效提高了學生對“信號與系統”課程知識點的理解，提高了學生工程實踐能力。

關鍵詞 信號與系統 工程能力 Matlab

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.08.055

Exploration of Teaching Reform of Signal and System Course

Oriented to Engineering Ability Training

LUO Dacan， YANG Shengyi， YANG Weili

（Guizhou Minzu University， Guiyang， Guizhou 550025）

Abstract This paper explored the cultivation of "signals and systems" course oriented engineering teaching mode， combined with the actual situation of the application of two ordinary university students， analysis the traditional course of "signal and system" teaching mode and existing problems， optimize the teaching content， the introduction of Matlab experimental teaching， strengthen the practice teaching. The teaching practice shows that the above measures have effectively improved the students' understanding of the knowledge points of "signals and systems" and improved their engineering practice ability.

Keywords signal and system； engineering ability； Matlab

作為測控技術與儀器、自動化、電子信息科學與技術、通信工程等專業一門重要的專業基礎課，“信號與系統”對銜接教學體系和培養方案中前后課程起著關鍵的作用，本課程的基本理論和分析方法在數字信號處理、數字圖像處理、自動控制、通信原理等領域得到進一步應用。[1]世界著名教科書“信號與系統”的作者A.V.奧本海姆指出：““信號與系統”課程不僅是工程教學中一門非?；镜恼n程，而且也成為工科學生在大學教育階段所修課程中很有得益而又引人入勝和最有用處的一門課程”。[2]

國內外高校中許多工科系部都已開設“信號與系統”，針對如何提高教學質量，特別是面向工程能力培養的教學模式改革展開了一些研究?！靶盘柵c系統”被陳后金教授和孟橋教授打造成為了國家級精品課程；[3]鄭君里教授等人提出，在教學中應增加實例分析；[4]黃煒嘉等提出了教學還應該注重提供學生持續研究的動力，為學生提供研究背景資料，從而培養學生管理研究活動的能力的觀點；[5]張維維等指出課堂上需要優化課堂教學模式、豐富實驗教學項目、開展課外研究性學習活動。[6]但是普通二本院校學生基礎差，學生對本課程學習失去興趣和信心。因此，其他優秀高校的教改模式并不適用于本院。針對貴州民族大學測控技術與儀器專業培養“高層次應用型人才”的指導思想，對“信號與系統”的教學模式進行改革調整，加強學生實踐能力培養，通過實踐加深理論理解，豐富教學手段，使學生能夠在工程問題中使用信號與系統的基本方法解決實際問題。

1 “信號與系統”的教學現狀及問題

本課程涉及內容廣泛，有較多抽象的理論概念和繁雜的數學計算，傳統講解過程側重理論證明而輕實驗教學，講解方式單一枯燥，學生學習積極性不高。特別是二本院校學生數學基礎差，更突顯出與傳統教學的不適應，主要存在問題：

（1）課程本身特點。抽象難懂的理論概念和繁多的計算公式，及單一而枯燥的教學模式，使學生對本課程的學習興趣較為低下，對知識的理解和掌握也相對困難。[7]

（2）學生基礎不高。普通二本院校學生數學基礎偏低，他們往往對動手實踐更有興趣，因此在教學過程中，教師應該積極思考和解決如何揚長避短、把抽象的理論知識通過實踐手段呈現出來。

（3）重理論輕實驗。教師在講授過程中和學生學習時，不能將數學理論、物理概念和工程技術應用三者有機地結合在一起。且在傳統教學過程中，多媒體教學以及面向課程知識點針對性設計的實驗環節往往體現得較少甚至缺失，簡單枯燥的理論學習極大地降低了學生的學習興趣，甚至產生厭學情緒，后續課程的學習無法得到保障。

（4）教學內容多而學時少。大多數應用型本科院為了順應以培養學生的動手能力和工程實踐的應用能力為主的人才培養目標，均不同程度地減少課程的理論教學，增加實踐教學。貴州民族大學測控技術與儀器專業，作為推行校級CDIO教學改革和省級專業綜合改革試點專業，很多課程課時被減少，本課程理論學時減為48學時，因此，有必要對教學內容進行調整，內容既不能貪多求全，又不能抽象偏難。

如何改進課程教學模式，激發學生的學習興趣，采用理論與實踐相結合的方式幫助學生深刻理解課程基本概念，從而培養和有效提高學生基本的工程應用能力，是當前需要解決的問題。對此，筆者做了一些努力并取得一定成果。endprint

2 教學與實踐改革

2.1 教材選用及內容精簡

教材是教師課堂教學的依據，學生課下學習的參考書，目前《信號與系統》的優秀教材較多，各大高校主要使用的有：A.V.奧本海姆版、鄭君里版、管致中版、吳大正版、陳后金版等。我系選擇管致中的《信號與系統》（第五版），該教材將原來的上下冊合為一冊，內容全面，方便學生課后閱讀，且教材中許多工程實例能夠加深學生對基本概念的理解。同時，結合專業背景，對講解內容進行刪減，側重教學重點，輕數學推導，重物理和工程概念，在不影響前后課程銜接的基礎上，精簡課程內容。如表1所示。

教學內容主要是連續系統的分析與綜合，并未涉及到離散系統，這主要是由于學時少而無法兼顧，同時本專業后續課程與離散系統關聯性不強。而且對每章節內容也進行一定刪減，使本課程教學內容成體系，與后續課程聯動性強。

在教學中，采用先緩慢后加速的教學節奏。通過細致入微的前期講解，全面了解課程應用領域，結合實際應用提高學生對課程的學習興趣。課程開始幾個章節是學生建構本課程知識框架激發學習興趣重要的一環，因此教學過程中加強了前面三章的教學時間，提高學生對本課程基本概念的理解，從而降低學生學習本課程的畏懼感。

2.2 修訂教案課件和實驗講義，理論講解和仿真實驗同步教學

本課程主要采取多媒體課件進行理論教學，引入MATLAB仿真實驗到理論教學課堂中，使理論講解和仿真實驗同步。因此需要對多媒體課件進行重新修訂，利用MATLAB的信號處理工具箱，發揮軟件圖形處理與數據可視化的優勢，在每個重要的知識點的學習后針對性地設計相應的仿真實驗，通過圖形圖像演示，將課程中抽象與不易理解的概念和問題具體化，讓學生能在對課程概念與定理產生直觀認識的前提下產生深刻思考，有效激發了學生的求知欲和探索欲。通過理論分析與實驗仿真結果的對比，不僅加深了學生對課程基本概念的理解，而且還提高了學生的學習興趣和熱情。

實踐教學是驗證理論知識，培養和提高學生運用理論解決實際問題的能力的重要方式。本課程采用理論講授和仿真實驗驗證的同步教學模式，使得學生在理解的基礎上更加深刻地掌握并運用所學到的理論知識，逐步培養和提高自身的動手能力以及分析解決問題的能力。

2.3 結合多種考核方式，豐富教學手段

傳統“信號與系統”采取的教學考核方式是教學手段以理論推導為主，成績以期末考試為主，導致學生平時學習不認真，寄期望于最終的期末考試。為提高學生學習激情，時刻鞭策和引導學生學習，本課程將原有考核方式分解為：課堂考勤、課堂提問、隨堂測試、平時作業、期中測試、實驗成績、期末成績共七部分，期末成績占總成績的40%。對教學過程中每一個環節都在進行考核，從而時刻提醒學生認真學習和動手實踐。隨著課堂提問、隨堂測試、實驗同步的加入，豐富了教學手段，學生與老師互動性得到明顯改善，課堂形式也發生了以教師為中心的單向灌輸向以學生為主體、教師為主導的師生互動的轉變。

2.4 課外項目引導，形成學生團隊

學生工程能力培養脫離實際項目是不可能的，因此在本課程教學過程中，讓學生分組形成五個項目組，針對信號分析與系統設計的相關問題，進行廣泛調研和查閱文獻，針對某一問題開展一定的工程項目，使用單片機、MATLAB軟件等工具進行實現和分析，并最終形成報告，優秀的報告整理為小論文進行發表。通過團隊項目的形式，從多方面鍛煉學生，真正提高學生工程實踐和應用能力。

3 結束語

筆者分析了“信號與系統”課程在傳統教學過程中重理論輕實踐、內容廣泛、推導繁雜的特點，提出從教學內容側重和精簡、修訂多媒體課件教案、采用多種考核方式和教學手段、學生團隊項目相結合的教學模式，引入MATLAB仿真實驗和理論教學進行同步教學，使學生動手能力得到加強，提升了學生工程實踐能力。

貴州省高等學校教學質量和教學改革工程項目《測控技術與儀器專業綜合改革試點項目》

參考文獻

[1] 徐天成.信號與系統[M].電子工業出版社，2013.

[2] Oppenheim A V， Willsky A S， Nawab S H. Signals & systems（2nd ed.）[M].Prentice-Hall， Inc.1996.

[3] 東南大學國家精品課程資源庫[EB/OL].http：//jpkc.seu.edu.cn/lib/seu/search-byletter.do？pageId=6&letter=X¤tPage=6&showLevel=0&turnStyle=next&order.

[4] 鄭君里，谷源濤.試談“信號與系統”課程理論與實踐之結合[J].電氣電子教學學報，2014（3）：1-5.

[5] 黃煒嘉，張尤賽，馬國軍等.研究性學習在“信號與系統”課程教學中的應用[J].計算機教育，2010（3）：134-137.

[6] 張維維，李敏，姜明新等.“信號與系統”課程教學研究性學習的探索[J].課程教育研究，2013（16）：231-231.

[7] 胡建榮，王秀敏，金寧.信號與系統課程教學改革與實踐[J].科技信息，2010（25）：450-451.endprint