應用型人才培養(yǎng)模式下專業(yè)基礎課程教改探索
——以“信號與系統(tǒng)”為例

聶文艷，廖曉緯（淮南師范學院　機械與電氣工程學院，安徽　淮南　232038）

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應用型人才培養(yǎng)模式下專業(yè)基礎課程教改探索
——以“信號與系統(tǒng)”為例

聶文艷，廖曉緯
（淮南師范學院機械與電氣工程學院，安徽淮南232038）

摘要：本文以社會各行業(yè)對應用型人才的需求為導向，針對電氣信息類專業(yè)基礎課程“信號與系統(tǒng)”進行一系列教學改革，把“應用能力的培養(yǎng)”理念貫穿于該課程的教學中，培養(yǎng)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識，提高學生實際應用能力.

關鍵詞：信號與系統(tǒng)；應用型；教學改革

1　引言

當代經(jīng)濟社會，科技飛速發(fā)展，各行業(yè)都需要大量“擁有扎實專業(yè)知識，且具備較強實踐能力”的應用型人才[1].因此本科高等學校應用型人才的培養(yǎng)就變得尤其重要.淮南師范學院（以下簡稱“我?！保┒ㄎ粸榈胤叫詰眯透咝?，來自農(nóng)村的學生超過半數(shù).根據(jù)電氣信息類專業(yè)學生近幾年就業(yè)情況，大多集中在江浙兩省的合資企業(yè)，少數(shù)畢業(yè)生考取了研究生.針對現(xiàn)狀，我校的培養(yǎng)目標定位是大多數(shù)的“知識型勞動者”，兼顧少量考研培養(yǎng).要平衡兩方面，落腳點應放在“應用能力的培養(yǎng)”上，所以課程教改的主要目標是突出培養(yǎng)學生分析及解決問題的能力，借助于實踐環(huán)節(jié),將理論知識點具體化、形象化，更好地掌握理論的深度和廣度，解決實際應用問題.

本文以“信號與系統(tǒng)”課程改革為例，以應用型人才培養(yǎng)模式為目標，對專業(yè)基礎類課程教學改革進行一系列探索研究.

2　教學內(nèi)容優(yōu)化

2.1合理組織教學內(nèi)容

根據(jù)我校制訂的專業(yè)教學計劃，該課程總學時為90，其中課堂教學72學時，實驗18學時.教材選用“十五”國家級規(guī)劃教材，吳大正主編的《信號與線性系統(tǒng)分析》（第四版），參考書推薦鄭君里主編的《信號與系統(tǒng)》.學生在學習本門課程之前，應先修高等數(shù)學、電路原理等基礎課，之后的數(shù)字信號處理、自動控制原理等專業(yè)課程又需要該課的知識支撐，因此“信號與系統(tǒng)”在教學環(huán)節(jié)中起承上啟下作用.具體安排如表1所示：

表1　“信號與系統(tǒng)”課程內(nèi)容和學時安排表

2.2因材施教，分層次考慮學生需求

根據(jù)我校學生學情，從自身知識積累、個人興趣、從業(yè)意向等方面實施分層次教學，一般可分成三個層面：基礎好，有考研意向；成績中等，就業(yè)愿望迫切；基礎較差，易滿足現(xiàn)狀.針對三個層面特點，既注重整體發(fā)展，又注意局部特點.準備考研的學生除了掌握基本要求外，必須深入研究，領會問題的分析思路及答題技巧；就業(yè)的學生主要是掌握基本要求，為專業(yè)課學習做好準備；基礎差的學生立足于通過課程考試，要幫助其正確掌握課程的基本要求.教學內(nèi)容按照第一層面選擇，授課時對學生進行分類指導，明確告知講授內(nèi)容的要求，是否屬于必須掌握還是基本了解，最終考核按照教學大綱和考試大綱的最低要求進行.

3　教學方法和手段改進

應用型人才的培養(yǎng)強調(diào)學生實踐能力的增強，要求在培養(yǎng)過程中強調(diào)學生分析和解決問題的能力，“信號與系統(tǒng)”課程依托大量數(shù)學基礎和電路原理，理論性強，知識點多，概念抽象，存在大量計算和公式推導，學生普遍抽象思維能力較弱，深度理解力不強，學習熱情不高，信心不足[2].為此，在教學過程中嘗試了下面幾方面的改革和實踐：

3.1注重啟發(fā)學生，增強分析和解決問題的能力

傅里葉變換在信號分析處理領域占有及其重要的地位.但是也有一些重要信號不存在傅里葉變換，比如信號模型中有按指數(shù)增長的形式.一些函數(shù)不存在傅里葉變換的原因是當t→∞時，信號f(t)的幅度不衰減，甚至增長.在教學設計時，可以先提出問題啟發(fā)學生：原信號怎么處理，就使其傅里葉變換存在？再引導同學分析得出，可以用衰減因子為實常數(shù)）乘信號f(t)，根據(jù)不同信號的特性，適當選取σ的取值，使乘積信號當時信號幅度趨于零，從而使積分收斂.令上式為Fb(σ+jω)，相應的逆變換為上式兩端同乘以eσt，得，令s=σ+ jω，其中σ為常數(shù)，則，代入化簡即得雙邊拉普拉斯變換對，即在講解拉氏變換收斂域時，可提以下問題啟發(fā)思考：引出拉普拉斯變換后，信號乘的衰減因子σ表示什么？有何要求？經(jīng)過引導，學生很容易看出，要使信號的拉氏變換存在，s的實數(shù)部分有一定的要求，這一要求就是拉氏變換的收斂域.在整個講解拉普拉斯變換的過程中，從學生熟悉的傅里葉變換分析入手，在討論、分析解決所提問題的基礎上學習新知識，有利于學生理解和接受.

3.2加強抽象概念理解，注重理論與實用的結(jié)合

在“信號與系統(tǒng)”的教學過程中，常會遇到有學生問，某個知識點學了有什么用？如果在講解時，注意理論與實際應用相結(jié)合，就能夠減少學生學習抽象理論的枯燥感和迷茫感，增加學生的學習興趣[3].例如講授取樣定理時，就遇到學生問：何為取樣，為何要取樣？對此，就可拿生活中計算機存儲語音信號為例.由于計算機只能識別二進制語言即離散序列，所以需要將連續(xù)的語音信號變成離散信號，這個離散化的過程就是取樣；當播放語音時，對接收者來說需要的仍然是連續(xù)的語音信號，所以就需要把離散信號再恢復成原來的連續(xù)信號，即無失真恢復.取樣就是對原連續(xù)的語音信號f(t)每隔相同時間Ts取一個樣本值，其集合稱為取樣信號fs(t)，再對取樣信號fs(t)進行重建和濾波，稱為信號的恢復.可在課堂講授時利用多媒體技術展示取樣和恢復的圖片加深理解，如圖1所示.

圖1　連續(xù)信號不同頻率下取樣和恢復效果圖

不難發(fā)現(xiàn)，Ts越小，fs(t)就越接近f(t)，越容易還原出f(t)，但是fs(t)越多，計算機處理的復雜性就越大.因此可引導學生進一步思考：Ts最大取多少時，就能夠在樣本值盡量少的條件下，由fs(t)無失真的恢復出f(t)？而取樣定理的內(nèi)容就是該問題的答案.

4　建設網(wǎng)絡課程

“信號與系統(tǒng)”的學習難度較大，課后作業(yè)又要求學生能夠結(jié)合理論內(nèi)容運用數(shù)學工具解決實際問題，因此學生對教師的答疑需求比較大.為此，我們建設“信號與系統(tǒng)”精品課程網(wǎng)站并依托學校網(wǎng)絡平臺順利投入使用.“信號與系統(tǒng)”網(wǎng)絡課程由課程簡介、教學文件、通知公告、科技進展、教師隊伍、網(wǎng)絡教學、實驗教學、教學資源、第二課堂、教學反饋等10個功能模塊組成；通過網(wǎng)絡課程，教學（實驗）大綱、考試大綱、實踐大綱、教學進度表、教學內(nèi)容和電子教案、課程錄像得以在網(wǎng)上呈現(xiàn)；課程網(wǎng)絡資源對國內(nèi)外同行著作等資源進行整合，利用多媒體素材隨時反映學科發(fā)展的最新動態(tài)，提供了大量的教學參考資料、相關鏈接地址等；教學反饋環(huán)節(jié)很好地為學生提供了同老師交流的平臺；實驗教學模塊中除硬件實驗外，還提供軟件仿真實驗中MATLAB編制的大量相關程序；教學資源涵蓋該課程各章要點、典型例題、問題思考、考研試題、工程應用等資料，具有提供實例、學習交流等功能.網(wǎng)絡課程總體構(gòu)成如圖2所示.

圖2　“信號與系統(tǒng)”精品網(wǎng)絡課程主頁

自網(wǎng)站運行以來，取得了很好的反饋效果.學生有了能夠自主學習的平臺，發(fā)現(xiàn)問題還可以及時同老師交流.從課堂教學效果反饋看，學生學習的主動性和積極性明顯提高，能夠真正開始做到課前預習、課上聽講思考、課后網(wǎng)絡復習，習題的出錯率有所較低，平時測驗平均分有所提高，學生同老師交流日益增多.網(wǎng)站加強信息交流，重視對學生主動學習模式的培養(yǎng)，通過問題和思考題等啟發(fā)學生的探索精神，吸引大家更多的參與到這個自主學習的平臺來.

5　實踐環(huán)節(jié)加強

“信號與系統(tǒng)”課程的特點是理論性強，實用性更強.通過實踐，可以更好地將理論知識運用到工程應用中[4].教改中所采用的實驗教學體系顛覆傳統(tǒng)的實驗輔助理論教學的模式，最終目標達到與課堂教學平行的地位，形成以學生為中心的實驗教學模式，突出學生思索能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng).

5.1設計思想

從傳統(tǒng)的教師輔導解答為主過渡到引導啟發(fā)學生為主，在實驗項目選擇上和方案設計過程中鼓勵學生自主思考，在分析和解決問題的過程中提高實踐能力；從以往的注重實驗結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾晫嶒炦^程，引導學生在實驗過程中思索原理，尋求解決辦法，培養(yǎng)探索精神；改變原有實驗單一模式，提倡多元模式，實行開放式教學模式，鼓勵學生團隊協(xié)作與自主創(chuàng)新.

5.2具體做法

（1）采用軟硬件實驗相結(jié)合的方法，結(jié)合實驗室目前個別“信號與系統(tǒng)”實驗箱局部電路老化磨損，導致部分功能不穩(wěn)定等特點，讓學生參與到實驗設備的維修及改造過程中，培養(yǎng)他們實際動手的能力.軟件實驗側(cè)重對學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，利用MATLAB軟件嘗試實驗設計與開發(fā)應用[5].

（2）采用第一課堂和第二課堂相結(jié)合的方法，在不增加計劃課時量的前提下增加實驗內(nèi)容.將仿真軟件實驗題目公布到網(wǎng)絡課程網(wǎng)站上，實驗內(nèi)容體現(xiàn)多層次.采用循序漸進的步驟，即學生先做基礎驗證性實驗，再到研究性實驗，最終到綜合自主設計實驗，即完成從點到面，再到體的升華.所有實驗強調(diào)過程、淡化結(jié)果.

（3）滿足不同層次學生的學習要求，在實驗數(shù)量方面采用定量基本要求和放量鼓勵創(chuàng)新相結(jié)合的方法，鼓勵和引導學生參與到各種學科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等實踐環(huán)節(jié)中去.

6　結(jié)束語

隨著應用型人才培養(yǎng)模式在我校的實施開展，多門課程的改革相繼啟動.作為電氣信息類重要的專業(yè)基礎課程，“信號與系統(tǒng)”教改以應用型人才的培養(yǎng)目標為導向，突出理論知識與工程實踐相結(jié)合，強調(diào)實踐環(huán)節(jié)的重要性，培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新能力，切實提高學生的應用能力，能夠培養(yǎng)行業(yè)需要的優(yōu)秀工程技術人才.

參考文獻：

〔1〕趙玲峰,劉紅艷.應用型高校“信號與系統(tǒng)”課程教學改革探索[J].中國電力教育,2014(5):111-114.

〔2〕向友君,傅予力.基于物理意義的“信號與系統(tǒng)”教學方法探討[J].中國電力教育,2013(34):107-108.

〔3〕劉長征,周力波,張仁偉,張洪睿.應用型人才培養(yǎng)目標下的信號與系統(tǒng)課程教學模式[J].計算機教育,2011(16):31-32.

〔4〕張利紅,周子昂.高校信號與系統(tǒng)教學改革探討[J].周口師范學院學報,2010,27(5):69-71.

〔5〕張尤賽,馬國軍,黃煒嘉,等.“信號與系統(tǒng)”Matlab實驗仿真教學系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術, 2010,33(18):57-59.

基金項目：安徽省省級質(zhì)量工程項目(2013jxtd030),淮南師范學院校級教研項目(2013hsjyxm09)

收稿日期：2015-12-2

中圖分類號：G642.0

文獻標識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）04-0256-03