“信號與系統(tǒng)”課程教學改革思路探討

袁泉

摘要：針對目前各高?！靶盘柵c系統(tǒng)”課程教學實踐的基本情況，結(jié)合21世紀人才培養(yǎng)目標和我校該課程的實際情況，提出“信號與系統(tǒng)”課程教學改革的具體措施，包括建立“信號與系統(tǒng)”課程群、加強實踐環(huán)節(jié)、啟發(fā)式教學、根據(jù)學科專業(yè)調(diào)整教學內(nèi)容方式，旨在完善“信號與系統(tǒng)”課程的理論與實踐教學方法和手段，積極探索更加適合于工程應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學模式。

· 【中圖分類號】TN911.7

一、 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和信息技術(shù)應用領(lǐng)域的不斷擴展，“信號與系統(tǒng)”課程已經(jīng)從電子信息工程類專業(yè)的專業(yè)基礎課程擴展成電子信息、自動控制、電子技術(shù)、電氣工程、計算機技術(shù)、生物醫(yī)學工程等眾多電類專業(yè)的專業(yè)基礎課程，甚至在很多非電專業(yè)中也設置了這門課程，所適用專業(yè)非常廣泛，而其內(nèi)容也從單一的電系統(tǒng)分析擴展到許多非電系統(tǒng)分析[1-3]。

本課程的教學目的是讓學生掌握信號和線性系統(tǒng)分析的基本理論、基本原理和基本方法，能夠在后續(xù)課程（如通信原理、自動控制原理等）的學習和工作中靈活應用這些方法解決遇到的問題。長期的教學時間證明，本課程的教學內(nèi)容安排是否合理，與前后各門課程的聯(lián)系是否緊密，學生是否具有動手實踐的能力，在本科生的教學體系上將起到非常重要的作用；而且這門課程一直是電子信息類研究生入學考試的必考課程之一，其重要性是其它課程不可替代的。

由于“信號與系統(tǒng)”課程不但具有很強的理論性，而且也同時具有很強的實踐性，這造成了教師難教、學生難學的局面。該課程教學內(nèi)容多，理論性強而且抽象，它還應用到高等數(shù)學和電路分析等多門課程的相關(guān)知識，學生感覺難學；規(guī)定的學時較少，勢必很多內(nèi)容只能一筆帶過，且不能對整個課群進行全面考慮。實踐中，由于缺乏通過具體的工程項目來融會信號與系統(tǒng)知識，不利于對學生動手能力的培養(yǎng) [4]。針對以上情況，根據(jù)不同的專業(yè)進行修訂教學大綱、優(yōu)化課程內(nèi)容，只有打破單一的實驗的方式，利用計算機軟件和試驗箱相結(jié)合的方式，才能把理論更好的應用到實踐中去，提高學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識。

二、教學改革思路

1、建立“信號與系統(tǒng)”課程群

“信號與系統(tǒng)”課程群應該至少包含“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”和“DSP技術(shù)及應用”三門課程。其中“信號與系統(tǒng)”是電類各專業(yè)一門重要專業(yè)基礎課，以高等數(shù)學和積分變換為工具，信號的時域、頻域、復頻域及離散域變換，連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)特性分析與推導都比較抽象和繁瑣，其特點是理論性強、實踐性強、應用性強，是“自動控制原理”、“數(shù)字信號處理”等課程的前導課，也是連接信息處理領(lǐng)域理論與應用的重要基礎課程。而“數(shù)字信號處理”的教學內(nèi)容為離散信號處理與離散系統(tǒng)，是對“信號與系統(tǒng)”教學內(nèi)容的擴展，也是“DSP技術(shù)與應用”的前導課，該課程的特點和“信號與系統(tǒng)”相似，抽象而不易掌握?！癉SP技術(shù)與應用”是電氣、自動化、導航等專業(yè)的選修課程，這門課程以應用系統(tǒng)設計為主線，系統(tǒng)地介紹了DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)、開發(fā)和應用。通過學習DSP系統(tǒng)的軟硬件設計和應用系統(tǒng)的開發(fā)方法，可以將“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”兩門課程內(nèi)容有機地融合，從理論學習上升到實際應用，形成完整的系統(tǒng)概念、掌握便捷的分析與設計方法。

因此，考慮到該課程群的性質(zhì)，目的和要求，“信號與系統(tǒng)”課程的內(nèi)容不宜過廣過深；許多內(nèi)容還可以再后續(xù)課程中進一步深入學習，在本課程中要適可而止。例如，離散時間系統(tǒng)的變換域分析，系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析等內(nèi)容都是這樣。至于非線性系統(tǒng)和時變系統(tǒng)的分析，是加深加寬的內(nèi)容，如果選用，亦只能介紹一點概念以開闊學生的眼界。

2、加強實踐環(huán)節(jié)

對于“信號與系統(tǒng)”實踐教學環(huán)節(jié)，一方面保留了傳統(tǒng)的硬件實驗。利用“信號與系統(tǒng)”的實驗設備，讓學生親自進行電路連線和儀器調(diào)試，從中鍛煉了學生的動手能力。另一方面開辟新的虛擬軟件實驗，將Matlab軟件引入“信號與系統(tǒng)”實踐教學中。這種虛擬仿真實驗，不僅鍛煉了學生用計算機輔助分析解決實際工程問題的能力，而且還為后續(xù)的相關(guān)課程以及畢業(yè)設計奠定了基礎。

在加強基礎實驗的同時，增開了綜合性、設計性實驗項目，用以訓練學生綜合分析問題和解決問題的能力。

3、優(yōu)化教學內(nèi)容，啟發(fā)式教學

在理論教學中，以學生為主體，教師為主導，教學過程注重啟發(fā)和交流，來鍛煉學生的認知能力?！靶盘柵c系統(tǒng)”課程除了每周的正課以后，還可以考慮開設每周1學時的討論課，都是針對每周理論課程內(nèi)容的討論，主要以學生為主，教師進行引導，讓學生通過工程和生活實例來理解所教授的課程內(nèi)容。這樣解析性演示動畫既生動又形象的證明了時間和頻率之間是相反的關(guān)系這一理論，同時又啟發(fā)了學生的思考，通過引起學生思維的共鳴能觸發(fā)學生的空間想像能力，幫助學生完成知識構(gòu)建，學生也會更深刻的理解所學理論知識；之后再進行總結(jié)一段時間內(nèi)所學的理論知識，使學生的知識體系完整、脈絡清晰。

教師通過選取例題、習題，給學生布置作業(yè)的方式來強化對課內(nèi)所講內(nèi)容的理解與消化是具有重要意義的。但在選取例題和習題過程中，教師應該在工程應用背景下充分考慮到與專業(yè)方面的結(jié)合，注重基本概念、基本方法的訓練，避開那些難度大且對于該專業(yè)的學生的工程實踐應用不明顯的一些題目。所以選題時也要有所側(cè)重。

4、根據(jù)學科專業(yè)，調(diào)整教學內(nèi)容

由于“信號與系統(tǒng)”課程具有很強的實用性，各個工科相關(guān)專業(yè)都會開設該課程。但由于不同的應用背景，統(tǒng)一的教學基本要求和教學體系對“信號與系統(tǒng)”的教學工作并不適用。在教學過程中，教師應該根據(jù)專業(yè)應用背景，調(diào)整教學內(nèi)容，使之更加適合學生學習。例如，對于通信專業(yè)，增加了對調(diào)制解調(diào)的介紹；對于自動控制專業(yè)增加對反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)的介紹；而對于計算機專業(yè)，則減少連續(xù)時間系統(tǒng)方面內(nèi)容的介紹，加強離散部分內(nèi)容。這種既統(tǒng)一又各具特色的教學方式滿足了各個專業(yè)教學的需要，深受學生和教師的歡迎。

三、總結(jié)

教學改革是一項艱巨的任務，以上是作者在“信號與系統(tǒng)”日常教學過程中的一些想法和改革實踐，雖然在提高教學質(zhì)量上取得一定的進展，但還需繼續(xù)不斷的積極探索和實踐以及各方面支持和配合才能達到最佳效果，才能為培養(yǎng)適應時代、理論基礎扎實、具有創(chuàng)新激情的高素質(zhì)人才做出更大的貢獻。

參考文獻：

[1] 奧本海姆.信號與系統(tǒng).西安：西安交通大學出版社，1999.

[2] 鄭君里，應啟珩，楊為理.信號與系統(tǒng).北京：高等教育出版社，2000.

[3] 鄭君里.教與寫的記憶-信號與系統(tǒng)評注.北京：高等教育出版社，2005.

[4] 陳后金.信號分析與處理實驗.北京：高等教育出版社，2006.endprint