創(chuàng)新性思維在信號與系統(tǒng)實驗教學(xué)中的探討

王忠勇，許瑩婧

(武夷學(xué)院電子工程系，福建 武夷山 354300)

信號與系統(tǒng)是電子信息技術(shù)、通信工程、信號圖象處理等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容涉及多個學(xué)科，實用性強，對后續(xù)專業(yè)課起著承上啟下的作用。［1］該課程涉及的基本方法和基本理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和信息產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域。信號與系統(tǒng)的教學(xué)中，實驗質(zhì)量關(guān)系到學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和動手能力的提高，是一個非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。［2］長期以來，“信號與系統(tǒng)”課程多采用理論教學(xué)方式，忽視實驗教學(xué)，所做的實驗都是驗證性的，綜合性和創(chuàng)新性實驗少，極大地影響了學(xué)習(xí)效果。由于缺少創(chuàng)新性實驗教學(xué)，學(xué)生將精力和時間用于繁雜的手工數(shù)學(xué)運算，不能真正理解理論知識在實踐中的實際應(yīng)用。運用創(chuàng)新性思維，設(shè)計實驗，增加創(chuàng)新性實驗在教學(xué)中的比重，強化綜合性實驗設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動性和積極性，提高學(xué)生分析和獨立解決問題的能力，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。［3－4］

本文總結(jié)了我們在信號與系統(tǒng)實驗教學(xué)改革中開展創(chuàng)新性實驗教學(xué)的經(jīng)驗體會。由于信號與系統(tǒng)課程的基本概念、基本理論和分析方法都非常重要，為此在學(xué)習(xí)本課程時，開設(shè)必要的實驗，對學(xué)生加深理解深入掌握基本理論和分析方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力［5］是必須的，對增強學(xué)習(xí)的興趣有極大的好處，做好本課程的實驗，是學(xué)好本課程的重要教學(xué)輔助環(huán)節(jié)。

一 實驗的創(chuàng)新性設(shè)計

1.實驗內(nèi)容的設(shè)計。

信號與系統(tǒng)的實驗教學(xué)中，需要通過實驗提高學(xué)生動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，為此我們課題組教師精心設(shè)計每個實驗，對實驗內(nèi)容、實驗方法進行認(rèn)真的研究，對驗證性實驗在原有的基礎(chǔ)上改進內(nèi)容，提高實驗要求，對創(chuàng)新性實驗和綜合性實驗，不給出結(jié)果，只給出研究方向，重在強化學(xué)生運用已學(xué)知識分析問題的能力，讓學(xué)生在得到實驗結(jié)果時，學(xué)會自己分析結(jié)果。對于學(xué)生的分析結(jié)果，從積極的角度來考慮，不打擊學(xué)生學(xué)習(xí)和探索的積極性。

按照實驗大綱的教學(xué)要求，安排2－3名教師深入企業(yè)生產(chǎn)過程，提取符合學(xué)生水平的內(nèi)容用于實驗中，結(jié)合理論課程的教學(xué)，形成一個包括軟件和硬件的完整系統(tǒng)。在保證時間和實驗條件可行的情況下，實驗內(nèi)容選定的難度不斷拓寬，利于培養(yǎng)學(xué)生不斷提高專業(yè)素質(zhì)。例如我們深入企業(yè)聯(lián)合開發(fā)電子類產(chǎn)品，如非線性電機的控制電路、煙草烘烤溫控電路等生產(chǎn)項目，這些實驗選題內(nèi)容新穎，緊密結(jié)合實踐，富有創(chuàng)新性和實用性，為學(xué)生動手能力的培養(yǎng)提供了很好的機會。

2.實驗與科研項目結(jié)合。

在實驗內(nèi)容的設(shè)計上，我們積極與有科研項目的老師配合，結(jié)合工程實踐和科研課題，從不同層次的科研項目中提取實驗部分的內(nèi)容，經(jīng)過改進后作為學(xué)生的創(chuàng)新性實驗。這些實驗著重于對理論知識的創(chuàng)新。通過對學(xué)生的調(diào)查反饋表明，這些課題類的實驗可以使學(xué)生及時了解本領(lǐng)域最新的知識，更好地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力。

3.學(xué)生自己設(shè)計實驗。

由于信號與系統(tǒng)對實驗的要求比較好，我們課題組在實驗部分，對某些實驗由驗證性實驗變?yōu)樘剿餍詫嶒?，增加學(xué)生設(shè)計實驗的環(huán)節(jié)，所有的實驗內(nèi)容均為設(shè)計性的。每個實驗只給出課題，只提供基本的設(shè)計思想，不提供具體的電路與程序。教師組織學(xué)生分析實驗設(shè)計情況，對分析正確的實驗再設(shè)計方案實施，這種學(xué)生設(shè)計的實驗，具有隨機性和不確定性，可以將不同學(xué)生的思維整理放大，并相互學(xué)習(xí)具有很好的價值。實驗課的特點就是學(xué)生可以自己動手，信號與系統(tǒng)課程的驗證性的實驗比較簡單，實驗?zāi)康暮蛯嶒炦^程以及實驗步驟都是設(shè)計好的，學(xué)生只要按照要求做，實驗結(jié)果可以和標(biāo)準(zhǔn)答案比較。實驗的過程就是探索的過程。

二 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性和發(fā)散性思維，［6］我們增加了創(chuàng)新性實驗的比重，用創(chuàng)新性實驗輔助理論知識的學(xué)習(xí)，在教學(xué)的過程中以開拓學(xué)生的思維為主。對綜合性實驗題目，不能遵循已有的定理和公式，不提前為學(xué)生提供答案，學(xué)生在解答了問題后急于知道的是其標(biāo)準(zhǔn)答案。而對于和實際問題結(jié)合緊密的信號與系統(tǒng)是沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的，在不同的條件認(rèn)定下，在對問題從不同的角度審視時，解決問題的方式和方法是不同的，對結(jié)果優(yōu)劣的評價也是相對而言的。

在實驗過程前首先提出問題，讓學(xué)生從不同角度提出不同的解決方案，共同討論在處理問題時可能出現(xiàn)的情況，在討論中得到有創(chuàng)造性的思想和獨到的見解，比較不同解決方案的優(yōu)缺點，逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。通過這種方法提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，不斷發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)上存在的不足，拓展了學(xué)習(xí)思路，這是運用創(chuàng)新性思維教學(xué)的成果。

1.從不同角度分析實驗結(jié)果。

信號與系統(tǒng)課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，實驗內(nèi)容主要訓(xùn)練學(xué)生通過觀察實驗結(jié)果，分析實驗數(shù)據(jù)，從而找出事物之間相互的關(guān)聯(lián)。例如在分析一個實驗的信號電流時，就從不同測量時刻的影響因素，電路的輸入端，中間干擾環(huán)節(jié)等幾個方面著手，通過學(xué)生自己去調(diào)研及合理設(shè)定來分析。在不同的假設(shè)下，模型與結(jié)論可以是完全不同的，培養(yǎng)學(xué)生全面分析問題的思維。

學(xué)生在做完實驗后，都要安排對實驗結(jié)果的分析，我們認(rèn)為對試驗結(jié)果的分析和做實驗是同等樣重要的，可以使學(xué)生在相互評議中了解別人的想法并從中得到啟發(fā)。尤其是在設(shè)計實驗階段，由同學(xué)分析別人設(shè)計的實驗，教師點評，然后和得到的實驗結(jié)果分析比較，學(xué)生能從這個過程中學(xué)會很多，當(dāng)然這對教師的要求也相應(yīng)提高了。

2.從模仿到創(chuàng)新。

對工科類的學(xué)生，要學(xué)會創(chuàng)新，首先是模仿，模仿是創(chuàng)造的基礎(chǔ)，目的是要逐步培養(yǎng)學(xué)生豐富的想象力，能利用實驗研究一些未知的事物，比如，在試驗中，可能會得到預(yù)先沒想到的結(jié)果，對這些結(jié)果的分析，就需要從模仿開始學(xué)起。在學(xué)生具備了初步的設(shè)計實驗?zāi)芰σ院?，就要開始學(xué)習(xí)設(shè)計探索性的實驗。模仿同時也是學(xué)習(xí)的過程，每做完一個實驗，相當(dāng)于完成一個小課題的研究。這種全新的設(shè)計性實驗。首先要將已有的實驗，從實驗?zāi)康牡綄嶒炦^程，以及實驗結(jié)果一步一步地分析，看這個實驗是要揭示什么原理，為什么要這樣設(shè)計，具體要利用什么電路元件，學(xué)會了這些，基本就熟悉了本實驗的設(shè)計過程。然后再用逆推法，設(shè)計新的實驗。我們課題組用這個方法兩個學(xué)期以來，效果很好，這些學(xué)生參加大學(xué)生電子設(shè)計大賽的成績普遍比較好。

3.學(xué)會查閱資料。

本科生不是研究生，做研究的時間比較少，還不會主動地查閱資料，在我們做創(chuàng)新性實驗的過程中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生由于知識的局限影響了對實驗結(jié)果的分析。所以我們要求學(xué)會利用圖書館工具查閱資料的方法。有目的的讓感興趣的學(xué)生針對某一主題查閱資料，讓學(xué)生學(xué)會有鑒別的搜索和學(xué)習(xí)，網(wǎng)上資源越來越豐富，可利用的學(xué)習(xí)手段也越來越多，我們的課堂作業(yè)中就包括結(jié)合課題收集相關(guān)資料及參考書籍，并學(xué)會使用已有的知識體系求解問題的方法。

三 培養(yǎng)學(xué)生的合作意識

信號與系統(tǒng)的實驗要依靠小組成員的相互配合。我們從學(xué)期開始就逐步培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，學(xué)會分工合作，學(xué)會資料共享。在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生和小組其他成員不能有效合作，或者分工后合作不融洽，在對實驗結(jié)果做分析時不能較好地展開交流，比如討論時不講話或講不清要表達的意思等現(xiàn)象。通過教師地逐步引導(dǎo)，不斷培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，在做實驗時大部分學(xué)生都能很快商議、分工并進入工作狀態(tài)。教師在每次試驗后，會要求實驗小組成員做反饋，每個學(xué)生就自己負(fù)責(zé)的部分做出總結(jié)，小組寫出一份實驗總結(jié)。

四 總結(jié)

為保證提高信號與系統(tǒng)的實驗效果，提高教學(xué)質(zhì)量，在學(xué)校質(zhì)量工程項目基金的資助下，我們課題組不斷進行實踐與探索，并有針對性地對學(xué)生進行培訓(xùn)，結(jié)果表明我們的創(chuàng)新性思維方法，可以使學(xué)生的動手能力、實踐能力得到很好的提高。教學(xué)效果反饋表明這種實驗理念的運用，大大增強了學(xué)生的動手能力，促進了理論教學(xué)的發(fā)展，使實驗教學(xué)和理論教學(xué)相互促進，整體教學(xué)質(zhì)量不斷提高。

如何更好地把創(chuàng)新性思維運用到實驗教學(xué)中，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，發(fā)掘?qū)W生的能動性，開發(fā)學(xué)生的潛力，是我們下一步要繼續(xù)做的工作。

［1］鄭君里.教與寫的記憶—《信號與系統(tǒng)》評注［M］.北京:高等教育出版社，2005:271－273.

［2］唐鳳娥.高校實驗教學(xué)管理中存在的問題及對策［J］.長江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010(33):2:96 －97.

［3］倪鳳祥.現(xiàn)代設(shè)計教育改革的再思考［J］.首都師范大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版，2007，4:21－24.

［4］陳傳聯(lián).大學(xué)教育必須注重大學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)［J］.求實，2004(11):264 －265.

［5］張林.實驗課程體系改革的探討.實驗室研究與探索［J］.2001(4)，14 －16.

［6］薛長虹，于凱.談大學(xué)生科研能力的培養(yǎng)［J］.山東大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版)，2004，39:102 －104.