信號與系統課內實驗教學方式改革與實踐

宋宏彪 賀達江

フ?要：信號系統課內實驗作為理論教學的輔助環節，越來越受到重視，現如今MATLAB軟件的廣泛使用，使得分析和解決問題的方式變得越來越靈活，這就需要我們靈活的掌握軟件的使用方法。將課內實驗的內容很好地與理論結合，使學生在實踐中深刻地理解信號與系統的理論基礎和使用方法。為了改革傳統的教學方式，實行任務分配，改革考核方法，實行當堂考核，當堂打分，采用課程設計作為最后的作業。通過將教學改革方案應用到2016級電氣工程及其自動化專業信號與系統課內實驗的教學中，學生對信號與系統理論知識的掌握得到加強，會使用MATLAB軟件解決實際問題，改革取得了好的效果。

ス丶詞：信號與系統；課內實驗；教學改革

1?緒論

バ藕龐胂低晨緯淌塹縉工程及其自動化專業的一門基礎課，旨在提高學生的基礎理論知識，掌握信號處理的基本理論與方法。隨著教育的發展，許多老師對該課程采用了很多改革措施，文獻［1］在信號與系統課程采用雙語教學，提高了學生的英語應用能力，文獻［2］通過課堂思政，提高了學生的原動力，文獻［3］采用項目式教學，提高了學生的實踐能力。作為信號與系統的實踐環節，課內實驗成為加深學生理解基礎知識的重要手段，越來越多的教師意識到實驗課程的重要性，并不斷地創新教學的方式。我院2016級電氣工程及其自動化專業開設了信號與系統課程，課內實驗為8個課時，由于學生的基礎普遍比較差，而信號與系統的理論知識比較抽象，對高等數學的要求比較高，學生學習過程中，感覺到非常困難。通過課內實驗可以讓學生掌握抽象理論知識，加深對課程的掌握。而隨著MATLAB的發展，處理信號與系統實踐問題變得越來越靈活，需要我們更加重視實驗課程的教學工作。在課內實驗常規的教學方式中，課內實驗的部分的內容不夠深入，與實踐不夠緊密，實驗報告采用課后補交的方式，抄襲的情況比較嚴重，學生的學習效果比較差。因此，在2016級電氣工程及其自動化專業的信號與系統課程中，采用改革的教學方法，使學生對理論知識的掌握得到了很好地提高，通過實踐操作，掌握了使用MATLAB來解決實際問題的方法。

2?課內實驗的內容及常規教學方式

バ藕龐胂低車目文謔笛櫓饕從如下幾個方面開展，一是MATLAB的基本知識，主要掌握軟件的安裝，使用，工作環境，通用命令，基本賦值和運算，程序設計基礎，繪圖功能等。二是連續時間系統的時域分析，理解卷積運算，掌握離散線性卷積、連續線性卷積的計算方法，加深對線性時不變系統中零狀態響應概念的理解，掌握其求解方法，掌握給定連續系統的沖激響應和階躍響應；三是連續時間系統的頻域分析，理解周期信號的傅里葉分解，掌握傅里葉系數的計算方法，理解和掌握非周期信號的傅里葉變換及其計算方法，熟悉傅里葉變換的性質，并能應用其性質實現信號的幅度調制，理解連續時間系統的頻域分析原理和方法，掌握連續系統的頻率響應求解方法，并畫出相應的幅頻、相頻響應曲線；四是離散時間系統的時域、Z域分析，理解和掌握拉普拉斯變換的運算方法及其性質，掌握利用部分分式展開的方法求解拉普拉斯逆變換，并能利用MATLAB實現，理解復頻域系統函數獺（s）的意義，并能熟練畫出其頻譜，利用復頻域系統函數獺（s）的零、極點分布對連續時間系統進行復頻域分析原理和方法。

コ９娼萄Х絞講捎美鮮Χ允笛榭緯探行講解，學生完成相應實驗的方式，講授時間比較長，學生動手時間比較少，此外，實驗報告往往是課后交，部分同學存在抄襲實驗報告的情況，考核方式無法督促學生學習。其次，由于學生的實踐的時間比較少，因此，實驗項目也相對比較少，學生沒有時間完成大的課程設計項目，學生的收獲不大。

3?教學方式改革

ィ1）對于基礎知識，采用反復訓練的方式。前期的信號與系統實驗課時較少，一般為8個課時，學生能夠實踐的機會少，此外，學生只是完成了比較簡單的波形顯示工作。增加實驗的題目量，通過反復訓練的方式，可以增加學生的操作次數，加深記憶。

ィ2）學生自主學習，教師答疑。在原有的課堂實驗中，往往由老師詳細講解后，學生開始實驗，改革以后，老師每次課程只講授大約5分鐘時間，布置好本次課的考核內容后，剩余時間全部交給學生自主進行實驗，實驗過程中，老師對學生提出的問題及時，指導學生快速掌握所學的知識點。

ィ3）當堂考核，當堂打分。在原有的實驗課考核中，由于采用的是考核實驗報告的方式，無法避免少部分學生抄襲其他學生實驗報告的情況，對考試成績的核定造成不良影響。通過采取當堂考核，當堂打分的方式，可以使得學生在規定的時間內，高度集中注意力，提高學習的效率。經過實踐后，采用這種考核方式，每兩節課打一次成績，在前期，對于表現差的同學打低分，對于端正其學習態度效果十分明顯。不管學生有多么的調皮，只有成績可以督促其好好學習。提高以考促學方式，可以大大提高學生的學習效果。

ィ4）采取課程設計的方式，讓學生完成較大工作量的實驗項目。在前期的基礎訓練及課堂考核中，提供給學生的實驗題目多為已知答案的題目，學生對照操作，得出實驗結果。對知識的應用還有待提高。

ピ誑緯躺杓蘋方冢通過一個大型的實驗項目，讓學生解決實踐中的問題。比如，對一個車輛的噪聲信號進行分析，讓學生按照自己的學號使用MATLAB模擬生成一組噪聲信號，對該組噪聲信號進行頻譜的分析，先后進行濾波，變換處理，逆變換，還原等方式，讓學生了解到車輛的振動情況，反映車輛的穩定性及乘坐人員的舒適度，掌握相應的知識。

4?總結

ネü將本文的教學改革方法應用到2016級電氣工程及其自動化專業的信號與系統實驗課程中，從實踐后的效果來看，學生的自覺性明顯增強，上課不再有時間開小差，或者做其他方面的事情。當堂考核，當堂打分的方式，使得部分學習態度不端正的同學，因為成績較低的原因，改變了上課不專心的壞習慣。通過課程設計的方式，使得同學們對課程理論知識的理解進一步加深，學會使用MATLAB軟件解決了生活中的問題。綜合以上，教學改革取得了一定的效果。然而，由于課時的關系，在實驗過程中，對部分同學的MATLAB編程思維和編程習慣還沒有進行系統的訓練，后續將加強編程思維和編程習慣的培養。

ゲ慰嘉南祝

ィ1］吳駿.課程雙語教學研究與實踐［J］.教育教學論壇，2019（48）：172-173.

ィ2］姜明新，曹蘇群，卞海溢.課程思政教學改革與實踐［J］.科教論壇，2019（11）：53.

ィ3］張博.項目式教學在《信號與系統》課程中的實踐與改革［J］.讀與寫雜志，2019（11）：23.

セ金項目：2018年懷化學院教改項目：“《信號與系統》課程項目化教學改革”（0381）

プ髡嘸蚪椋核魏甌耄1986-），男，湖南懷化人，碩士，研究方向：現代電力電子技術及系統。

通訊作者：賀達江（1966-），男，湖南溆浦人，博士，研究方向：輸變電技術及電能質量治理。