《信號與系統(tǒng)》核心課程的建設(shè)與實施

劉昕　向繼文　廖柏林

摘要：本文介紹了《信號與系統(tǒng)》課程在電子信息類各專業(yè)的重要性及其內(nèi)容。從師資隊伍的構(gòu)成、教學(xué)理念的形成、構(gòu)建合理的課程教學(xué)體系、改革教學(xué)方法、采取多樣化的教學(xué)手段、開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、改革考核方式和評價體系等七個方面，介紹了《信號與系統(tǒng)》核心課程的建設(shè)與實施。

關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng)；核心課程；教學(xué)方法；教學(xué)手段

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0199-02

《信號與系統(tǒng)》是電子信息類各專業(yè)本科生繼《電路》或《電路分析基礎(chǔ)》課程之后必修的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程主要講授信號與系統(tǒng)的基本概念，線性系統(tǒng)的時域分析，信號與系統(tǒng)的頻域分析，系統(tǒng)的復(fù)頻域分析，狀態(tài)變量分析。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握用時域和變換域的方法分析線性系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

吉首大學(xué)目前開設(shè)該課程的專業(yè)有電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)和電氣工程及其自動化等專業(yè)。《信號與系統(tǒng)》課程不僅是以上各專業(yè)的本科階段主干課程，同時也是這些專業(yè)學(xué)生考研的核心課程。針對該課程的重要性，我校把《信號與系統(tǒng)》課程作為“吉首大學(xué)核心課程”進行建設(shè)，建設(shè)期為三年。

一、師資隊伍的構(gòu)成

本團隊組現(xiàn)有成員7人，其中高級職稱5人，博士3人。7位老師均從事過《信號與系統(tǒng)》課程理論課和實驗課的教學(xué)，具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗。團隊的成員先后主持和參與過十多項省、校級教改項目，具有深厚的教改研究能力。強大的師資力量保證了本課程建設(shè)的順利進行。

二、教學(xué)理念的形成

在該課程教學(xué)過程中，教學(xué)團隊逐漸認識到信號與系統(tǒng)課程覆蓋領(lǐng)域廣泛，內(nèi)容豐富，導(dǎo)致國內(nèi)各個高校所選教材、授課內(nèi)容及側(cè)重點都不盡相同，要想更好地為學(xué)生考研服務(wù)，讓學(xué)生不管面對哪所高校的信號考題都能從容應(yīng)對，順利通過，就必須有意識地在教學(xué)過程中以學(xué)生為主體，著力培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力，使其養(yǎng)成研究性學(xué)習(xí)、探索性學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

根據(jù)以上教學(xué)理念，并結(jié)合本課程的教學(xué)內(nèi)容，我們對不同的教學(xué)內(nèi)容進行了具體的教學(xué)設(shè)計。課程中有些內(nèi)容是打基礎(chǔ)的部分，需要給學(xué)生建立起牢固的基本概念，如連續(xù)時間信號時域分析和傅里葉變換兩章，就需要使學(xué)生對頻譜等基本概念深入理解，才能為后續(xù)課程的順利開展打好基礎(chǔ)。對于這樣的章節(jié)就采用深入講解為主，強化練習(xí)為輔的教學(xué)方法，以期打下牢固的知識根基。而對于有些內(nèi)容是信號與系統(tǒng)的延伸或擴展領(lǐng)域，如狀態(tài)方程一章，我們采取了大膽創(chuàng)新的教學(xué)方法即：學(xué)生自學(xué)為主，老師指導(dǎo)為輔。

三、精心組織授課內(nèi)容，構(gòu)建合理的課程教學(xué)體系

《信號與系統(tǒng)》課程作為電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系都相對比較完善和穩(wěn)定。但是在精減學(xué)時的大環(huán)境下，需要對課程教學(xué)內(nèi)容進行更深入的整合。信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容概括為：一個前提，兩類卷積，三大變換。一個前提指的是分析的系統(tǒng)都是確定信號作用下的線性時不變系統(tǒng)。兩類卷積是指連續(xù)信號的卷積積分運算和離散信號的卷積和運算。三大變換指變換域分析方法使用的三種變換，即傅里葉變換、拉普拉斯變換和Z變換。以一個前提、兩種卷積、三大變換為主線進行精講，并注重理論聯(lián)系實際。同時作為工科專業(yè)主干課程除了相關(guān)的分析方法和理論以外，還必須向?qū)W生介紹一些各種方法的工程應(yīng)用背景以及工程應(yīng)用中常用的概念，例如系統(tǒng)的因果性，穩(wěn)定性等。

在課程的體系結(jié)構(gòu)上，目前國內(nèi)外有兩種主要的體系結(jié)構(gòu)。一種是并行體系，即將連續(xù)時間系統(tǒng)分析和離散時間系統(tǒng)分析并行進行介紹；另外一種是串行體系，即先介紹連續(xù)時間系統(tǒng)分析、后介紹離散時間系統(tǒng)分析。兩種體系各有其優(yōu)勢。吉首大學(xué)的《信號與系統(tǒng)》課程將確定采用第二種方法，即先連續(xù)后離散，先時域后變換域的體系結(jié)構(gòu)展開教學(xué)。

四、改革教學(xué)方法，知識傳授與能力培養(yǎng)并舉

教學(xué)方法的改革是教學(xué)改革的核心內(nèi)容。為此我們進行了深入地探索和實踐。

1.重點內(nèi)容講授。對于大部分基礎(chǔ)知識型的知識點，多采用板書結(jié)合多媒體授課方式，對于介紹性知識采用多媒體方式，對于重點例題或公式，采用板書推導(dǎo)并講解的方式，這樣既增大了課容量，又體現(xiàn)了授課重點。

2.采用啟發(fā)式教學(xué)。典型練習(xí)題，采用啟發(fā)式的課堂練習(xí)的形式。教師詳細講解一道例題，然后將相似類型的題目留給學(xué)生課堂練習(xí)。要求注意啟發(fā)，以學(xué)生動手、動腦解決問題為主。

3.指導(dǎo)學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)。在對課程的重點和基礎(chǔ)充分講解后，課程的有些章節(jié)可以指導(dǎo)學(xué)生進行自學(xué)。對于一些本課程的擴展或延伸部分，采取自主學(xué)習(xí)的方式。要求以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、教師指導(dǎo)為輔。

4.采取開放的討論式教學(xué)。課程教學(xué)團隊把課程教學(xué)與教師的科學(xué)與教學(xué)研究有機地結(jié)合，把科研中遇到的一些課題或任務(wù)拿到課堂上來，鼓勵學(xué)生參與教師的研究項目，讓學(xué)生參與思考、討論解決方案。實踐證明，此方法課堂氣氛非常活躍，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的意識，充分滿足了優(yōu)秀學(xué)生的主動學(xué)習(xí)愿望和掌握前沿知識的需求。

五、采取多樣化的教學(xué)手段

針對信號與系統(tǒng)這門課內(nèi)容多，公式推導(dǎo)多、抽象難理解的特點，實行教學(xué)手段多樣化，將板書、教具等傳統(tǒng)的教學(xué)手段與多媒體教學(xué)手段相結(jié)合。實踐證明這種方法很受學(xué)生的認同，取得了很好的教學(xué)效果。另外很多難點問題經(jīng)過制作的MATLAB教學(xué)演示軟件的圖形化演示，變得容易理解。

堅持教與學(xué)互動，在課程的教學(xué)過程中，自始至終采用啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨立思維與自我獲取知識的能力。通過教與學(xué)的互動，力求盡可能地調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在有限的教學(xué)時數(shù)內(nèi)，達到了更加有效的學(xué)習(xí)效果。

堅持理論教學(xué)中增強實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。針對課程理論性較強、概念抽象等特點，對于教學(xué)重點、難點設(shè)計了基于Matlab教學(xué)演示程序等教學(xué)輔助手段，達到了很好的教學(xué)效果。比如在課程教學(xué)內(nèi)容中系統(tǒng)的“沖激響應(yīng)”“單位階躍響應(yīng)”及“頻率響應(yīng)”是教學(xué)中研究的一個重點、難點，通過手工運算對系統(tǒng)的響應(yīng)進行分析，學(xué)生往往只能得到相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式，而對表達式所隱含的物理意義卻缺乏足夠的感性認識。但如果借助于MATLAB程序，將很快得到相應(yīng)的響應(yīng)曲線、特性曲線，使學(xué)生一目了然，其教學(xué)效果顯而易見。另外學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)安排MATLAB上機實驗，通過實驗，鍛煉了學(xué)生用計算機輔助計算分析解決實際工程問題的能力，在后續(xù)的相關(guān)課程以及畢業(yè)設(shè)計中發(fā)揮了很大的作用。

六、積極開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

隨著多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益普及，利用網(wǎng)絡(luò)進行課程教學(xué)已越來越顯出它的優(yōu)越性。我們建設(shè)了《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)網(wǎng)站，網(wǎng)站上提供教學(xué)大綱、參考書目、電子教案和典型例題分析等學(xué)習(xí)資源，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求；另外網(wǎng)站還提供測試試題和試卷庫，方便學(xué)生進行自我測試；最后網(wǎng)站還包括在線答疑模塊，教師與學(xué)生可以進行雙向互動。

七、改革考核方式和評價體系

關(guān)于課程考核，我們一貫堅持多方面考查學(xué)生素質(zhì)，綜合評判學(xué)生的能力。包括考試成績、實驗成績、平時作業(yè)完成情況、課上練習(xí)及回答問題情況等。注重對過程及能力的考核。理論課教學(xué)將期末考試成績權(quán)重降為60%；增加日常素質(zhì)考查，權(quán)重為40%；還結(jié)合課程內(nèi)容通過查閱資料撰寫專題小論文、實驗“小論文”形式評定平時成績。

八、結(jié)束語

通過《信號與系統(tǒng)》核心課程的建設(shè)，團隊教師的教學(xué)水平得到了提高，該課程的教學(xué)質(zhì)量得到了保障。我校每年有近兩百左右學(xué)生在建設(shè)中受益，學(xué)生提高了課堂學(xué)習(xí)的積極性，增強了實踐動手能力，堅定了考研的信心。當(dāng)然，在建設(shè)過程中，還存在一些課程網(wǎng)站的及時更新、學(xué)生創(chuàng)新能力的提高等問題，還需要團隊逐步解決。

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