美國高校信號與系統課程教學借鑒

摘要：信號與系統是電子信息工程類學生的基礎課程，美國高校非常重視這門課程的教學，注重對學生綜合能力的培養，他們提升人才培養質量的有效舉措和成功經驗值得我國高校借鑒，對于探索科學合理的教學新模式，培養創新人才具有重要意義。

關鍵詞：信號與系統;美國高校經驗;人才培養;借鑒

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2020）22-0005-02

信號與系統是信息類相關專業本科最重要的核心必修課，是數學和自然科學理論與工程技術之間的橋梁，信號處理對連接物理世界和信息世界起到關鍵作用，被廣泛應用到科學和工程的各個領域。美國高校非常重視信號與系統的教學工作[1-3]。筆者調研了美國的高校包括麻省理工學院、斯坦福大學、加州理工學院、哈佛大學、普林斯頓大學和加州大學伯克利分校的信號與系統教學情況，他們在教學上的經驗值得我們借鑒。

一、美國高校信號與系統課程教育理念

美國高校信號與系統課程教學把培養學生對課程的興趣放在第一位，創造更多的有利于學生發展的空間和時間，而我們的教學更多的是把掌握系統的基礎知識以及知識的深度和廣度放在第一位。創造性思維的來源是好奇心、興趣和想象力。興趣能提高學生的學習動機，是學生學習的原動力。學生有了學習的動力以后，再枯燥的學習過程都會變得有意思。應更多重視培養和保護學生的好奇心，激發學生的想象力和對課程學習的興趣。

美國高校給予本科生足夠的重視，教授重視本科教學。學校能夠針對學生的個人需求提供教育資源，教師陣容強大，基本上都是著名教授。同時，學校強化對教學質量的監控和評估。而我們對教師考核評價存在重視科研輕視教學的現象，直接影響了教授給本科生上課。教授講課可以充分展示課程的豐富內涵，使學生了解學科的輪廓和脈絡，對學什么、怎么學有更加清晰的感悟，這對于開闊學生視野、激發學生的學習興趣很有益處，能夠更有效地把社會實際要求轉化為課堂教學的內容、要求和目標。

美國高校信號與系統教學中重視實踐學習，編程訓練量非常大。編程練習課以大學生編程競賽中的賽題為素材，非常超前，并在要求中增加一些高級項目[4]，強調團隊合作和工程實踐，包括科學寫作、口頭表達、溝通交流和項目規劃與管理等，同時培養學生的批判性思維，并引導學生在完成項目中對信息行業面臨的困境以及發展所帶來的問題進行思考。

在層次設置的漸進程度上，美國高校信號與系統課程層次設置面窄、進程快，而國內課程設置的教育面寬、量大，在實用教育方面與其存在一定差距。

講授科學探索思維過程。在課堂教學上，抓住機會向學生講授課程所涉及的如傅里葉、拉普拉斯、吉伯斯和奈奎斯特等科學家探索科學問題的過程，包括探索過程中的思維方法、試驗過程，讓學生感知問題的提出和思考過程，提高學生的認知水平，培養學生的學習興趣、思維方式和科學方法，培養學生的創新能力和實踐能力。

強調用數學和統計學構建與實際問題的關聯。調研中發現，美國高校在教學實踐中對于實際應用問題，引導學生探尋其與數學和統計學概念的關系，把實際問題抽象為數學和統計學問題，確定從數學領域出發來理解和解決問題，建立數學模型和方法，再將其運用到實際中，訓練學生充分利用數學和統計學解決問題。學生在拓寬思路的同時，會發現很多有趣的新應用，并學會利用數學和統計學在信號處理中發現新的規律。

二、批判性思考能力的培養

從美國高校的教學、作業和試題中，可以看到批判性思維培養的體現和強化。批判性思維是一種質疑和求證的思維，學生經過批判性思維訓練后，面對問題時不會輕易接受既有結論，會分析其中的邏輯漏洞并進行反駁，邏輯清晰嚴密，對問題進行深入思考，評估問題的深度、廣度以及邏輯性，從而得出自己的結論。而我們的教學中更注重的是對學生技能的強化培養。美國高校注重給予學生充分的批判性獨立思考的自由，在學習和實踐活動的各個方面培養學生批判性和反思性思考的能力，充分培育學生的心智，訓練學生大腦的思考力，使學生理解物理世界的本質，避免偏見和教條，對自己的觀點和判斷有清醒的認識，有理有力地闡明觀點，從而為學生的成長確定方向，為學生的終身學習打下基礎。尤其在網絡時代，學生需要在信息海洋中篩選出有價值的信息，避免錯誤的信息左右大腦，而批判性思維的培養對于信息的接收和甄選有非常重要的意義。

三、探究性學習能力的培養

我們的教學中，長于培養學生的理論推導功底和技術能力，在培養學生獨立思考、發現、探究和創新解決問題的能力上略顯不足。美國高校信號與系統的課程教學，不是為了解決和消除問題，而是通過布置大量閱讀作業，讓學生帶著問題進入課堂，在探索和解決問題過程中發展學生的能力，培養學生的創造力[5，6];將學生的學習與信息領域發展中的復雜問題相關聯，使學生投入問題中，從其自身的學習生活、社會生活、自然以及人類自身發展中選取感興趣的問題，以探究的方式主動獲取知識，通過自主探究和合作來解決問題，訓練研究、發現和信息檢索技能以及使用信息的能力，從而認知隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力，對專業領域的技術和廣泛概念以及理論加深理解，這樣可以充分調動學生的主動性和積極性，在當今知識不斷更新的社會中適應社會對人才的要求，使學生在接受已有科學知識的基礎上，學會尋找知識和提高創造知識的能力。通過這樣的訓練，學生能夠具有捕捉、整合、判斷各種信息價值的能力、質疑能力，不斷思索、發現和創新的能力;學生能夠通過體驗知識的產生和發展過程，運用相關學科知識進行分析、判斷、推理和綜合，并得出結論。

四、建立自由開放的探討氛圍

美國高校信號與系統的教學中注重培養學生包容他人觀點，自由地表達自己的言論。課堂教學中，討論內容非常充實，教授注重激發學生的新思路，不是引導學生思考什么，而是引導學生如何思考、如何不帶偏見地傾聽不同聲音，共同解決問題，從而培養學生的合作能力，激發學生的創新動力。

五、總結

信號與系統是電子信息工程及相關專業的核心基礎課程。本文介紹了美國高校在該課程教學中培養人才的有效舉措。從我國國情出發，學習借鑒美國高校的先進經驗，培養學生發現和創新解決問題的能力，讓學生打好學習基礎，提高科學素養，具備較全面的綜合素質和較強的創新意識及創新能力，這些對提升學生的工程知識能力和解決復雜問題能力具有積極意義，為學生未來的學習和科學研究奠定重要的基礎。

參考文獻：

[1]李艷.國際視野下我國研究型大學本科階段拔尖創新人才培養模式研究[D].桂林：廣西師范大學，2014.

[2]劉永祥，吳京，黎湘.面向國際一流大學的信號與系統課程教學模式研究[J].高等教育研究學報，2011，34（2）：77-79.

[3]黨小宇，顧曉宇，陳小敏，等.中美兩所大學“信號與系統”課程教學比較[J].電氣電子教學學報，2016，38（2）：8-10+24.

[4]Milder P， Bugallo M F. Proceedings of IEEE International Conference on Acoustics， Speech and Signal Processing[C].Practical Matlab experience in lecture-based signals and systems courses. New Orleans， Louisiana， USA， 2017.

[5]Gerasimova D， Nelson J K. Proceedings of IEEE Frontiers in Education Conference[C].Collaborative problem solving and achievement in a Discrete-Time Signals and Systems course. Erie， PA， USA， 2016.

[6]邱天爽，劉蓉，王洪凱，等.工程認證背景下“信號與系統”課程特點與教學策略探討—以生物醫學工程專業為例[J].工業和信息化教育，2017，（8）：52-56.

Reference of the Teaching Experience of Signal and System in American Universities

LUO Qian

（School of Information & Communication Engineering， Beijing Information Science & Technology University， Beijing 100192， China）

Abstract： Signal and System is a basic course for students of electronic information engineering. American universities attach great importance to it. This paper analyzes the role of this course in promoting students' comprehensive ability in American universities， aiming to learn from the effective measures and successful experience in improving the quality of talent training in Signal and System teaching， and to explore a new scientific and rational teaching model， which is of great significance to training innovative talents.

Key words： Signal and System; American universities' experience; talents training; reference

收稿日期：2019-09-10

基金項目：2018年度北京信息科技大學教學改革重點項目“國際視野下適應于工程人才培養的信號與系統教學模式研究”（編號：2018JGZD06，由北京信息科技大學2018年人才培養質量提高經費5111824106支持）

作者簡介：羅倩（1965-），女（漢族），廣東興寧人，博士，副教授，研究方向：信號與信息處理。