面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的信號與系統(tǒng)課程教學(xué)改革研究
——以黃山學(xué)院為例

呂軍，寧仁霞，孫劍，呂海江

（黃山學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽黃山245041）

面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的信號與系統(tǒng)課程教學(xué)改革研究
——以黃山學(xué)院為例

呂軍，寧仁霞，孫劍，呂海江

（黃山學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽黃山245041）

以滿足市場崗位需求的應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)，針對目前“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)存在的問題，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗教學(xué)環(huán)節(jié)和考核方式等方面進行改革。具體改革思路是根據(jù)信號分析與處理課程群建設(shè)要求優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容；構(gòu)建線上、線下和項目驅(qū)動式教學(xué)模式；由驗證性實驗向設(shè)計性、綜合性實驗過度；注重過程主動性學(xué)習(xí)的考核方式。將應(yīng)用型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)理念貫穿整個教學(xué)改革過程，切實提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

應(yīng)用型人才；信號與系統(tǒng)；項目驅(qū)動教學(xué)；教學(xué)改革

0 引言

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》中明確指出：將改革創(chuàng)新作為教育發(fā)展的強大動力，改革教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，加快改革步伐，形成高質(zhì)量、多樣化的應(yīng)用型人才涌現(xiàn)的局面。黃山學(xué)院作為古徽州區(qū)域唯一的高等本科院校，始終以地方應(yīng)用型高水平大學(xué)建設(shè)為總攬，全面建設(shè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系，推進課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)等環(huán)節(jié)的改革。

《信號與系統(tǒng)》課程是電子信息類、光電信息科學(xué)和自動化等專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課，以電路分析、工程數(shù)學(xué)等為先修課程，具有很強的理論性和抽象性[1]。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，學(xué)生往往是在教師的填鴨式教學(xué)中被動學(xué)習(xí)，側(cè)重于對數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)、記憶和使用，缺乏與工程實踐的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)習(xí)枯燥，學(xué)生無法明確學(xué)習(xí)的目標(biāo)與意義。為積極推進應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，通過深入調(diào)研和對實際教學(xué)情況的剖析，對《信號與系統(tǒng)》課程在教學(xué)內(nèi)容、方法、實踐教學(xué)和考核方式等方面進行改革。

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加快信號類課程群建設(shè)，促進學(xué)生綜合協(xié)調(diào)發(fā)展

《信號與系統(tǒng)》課程以信號、系統(tǒng)為研究對象，圍繞連續(xù)和離散兩大系統(tǒng)展開，利用時域和變換域兩大分析方法求解系統(tǒng)響應(yīng)。作為《數(shù)字信號處理》的先修課程，內(nèi)容上有一定的重復(fù)，且受學(xué)時所限，缺乏對實際工程應(yīng)用的講解。為培養(yǎng)綜合型應(yīng)用型人才，加強課程之間的銜接和整合，以“信號分析和處理”課程群[2，3]建設(shè)為目標(biāo)的基礎(chǔ)上，調(diào)整《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)內(nèi)容，主要圍繞連續(xù)時間系統(tǒng)的分析與應(yīng)用進行講解，具體修訂如表1所示。

表1 《信號與系統(tǒng)》課程理論教學(xué)內(nèi)容調(diào)整表

2 基于“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

教學(xué)方法是教學(xué)改革的核心。針對《信號與系統(tǒng)》課程中基本概念高度抽象，難以理解等問題，采用線上和線下相結(jié)合的“翻轉(zhuǎn)課堂”[4]教學(xué)模式，使課堂教學(xué)能夠滿足生動、直觀化教學(xué)要求，又能提高學(xué)生課下學(xué)習(xí)互動性和積極性。

2.1 線下課堂教學(xué)

1.完善教學(xué)筆記，豐富和鞏固課堂教學(xué)。通過不斷地總結(jié)往屆的教學(xué)問題，提出需要翻轉(zhuǎn)的內(nèi)容，改進相關(guān)教學(xué)筆記，更新教學(xué)案例。

2.采用舉例、打比方和字面理解等形式將自然語言和數(shù)學(xué)公式相融合，淡化公式的記憶難度。例如：由外加激勵（輸入）或起始儲能（0_狀態(tài)）對系統(tǒng)的作用可以將系統(tǒng)完全響應(yīng)分解為零輸入響應(yīng)（zero-input response,rzi(t)）和零狀態(tài)響應(yīng)（zero-state response,rzi(t)），由字面的意思來理解兩者的概念、差異以助于后續(xù)求解。零，直譯為沒有，零輸入響應(yīng)意味著該響應(yīng)沒有輸入，則由起始儲能引起；零狀態(tài)響應(yīng)意味著沒有0_狀態(tài)，則由外加激勵引起。

表2 零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)直觀化教學(xué)表

3.鼓勵學(xué)生課堂認真聽講和思考、課后認真回顧、練習(xí)和總結(jié)。在日常課堂教學(xué)中，學(xué)生大部分時間花費在抄寫筆記，不僅無法突出難點重點，還使學(xué)生無法集中注意力。鼓勵學(xué)生課堂以聽為主，在課后溫故知新的基礎(chǔ)上，采用簡短、直白的語言將知識點簡化以幫助理解和記憶。

4.善用方框圖，以提高知識的可懂性和銜接性?！缎盘柵c系統(tǒng)》課程中有很多抽象的概念，自然語言描述或數(shù)學(xué)公式表達都無法直觀的闡述知識點。該課程連續(xù)時間系統(tǒng)分析主要圍繞表3中的4個方框圖展開。

表3 《信號與系統(tǒng)》內(nèi)容方框圖示意表

2.2 線上教學(xué)

1.分享網(wǎng)絡(luò)資源：在超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合服務(wù)平臺上分享麻省理工學(xué)院奧本海姆教授的《信號與系統(tǒng)》教學(xué)視頻，分享課堂教學(xué)PPT和筆記，積極調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.建立網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)（http://www.tzwan.cn）：作業(yè)是反饋教與學(xué)活動的重要方式之一。利用Web2.0技術(shù)開發(fā)的《信號與系統(tǒng)》課程考試系統(tǒng)，不僅可以手動編輯習(xí)題，也支持word、pdf等格式文件上傳，以保證習(xí)題的數(shù)量和全面。該系統(tǒng)具備時間限定、習(xí)題隨機性、成績統(tǒng)計等功能。

3.建立班級網(wǎng)絡(luò)交流平臺：QQ、微信、微博等通信工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用于日常生活中，通過建立課程交流群，及時地反饋和解答學(xué)生疑惑。

3 項目驅(qū)動教學(xué)，切實提高學(xué)生的實踐能力

實踐教育是高等教育的重要組成部分，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)。項目驅(qū)動式教學(xué)[5]是加強學(xué)生實踐能力的重要方法之一。所謂項目驅(qū)動式教學(xué)是將課程所授知識點融入到具體實踐項目中，以項目為載體，講解知識點之間的銜接、遞進和應(yīng)用。傅里葉變換涉及大量的推導(dǎo)、計算和公式、知識點零碎、記憶量大，以傅里葉變換內(nèi)容（如表4）為例，通過常見的數(shù)字處理系統(tǒng)中A/D和D/A轉(zhuǎn)換詳細介紹傅里葉變換所有章節(jié)的遞進聯(lián)系。

表4 傅里葉變換章節(jié)內(nèi)容

數(shù)字信號處理系統(tǒng)（如圖1所示）要求輸入、加工處理和輸出的整個過程都是數(shù)字信號，而自然界中大部分存在的是隨著時間變化的模擬信號，因此在整個過程當(dāng)中，可以將知識點進行分解如下。

圖1 數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖

圖2 傅里葉變換內(nèi)容關(guān)系圖

1.模擬信號的數(shù)字化過程：抽樣、量化和編碼，可見抽樣是信號數(shù)字化的第一環(huán)節(jié)，一般利用周期信號對模擬信號進行等間隔抽樣。主要涉及內(nèi)容為周期信號的傅里葉變換、抽樣原理和抽樣信號的傅里葉變換。

2.模擬信號的無失真恢復(fù)過程：伴隨著時域信號的等間隔抽樣，頻域上發(fā)生了周期延拓。主要涉及內(nèi)容為無失真恢復(fù)的條件、抽樣定理、奈奎斯特頻率和奈奎斯特間隔。

4 加大設(shè)計性、綜合性實驗比例，提高學(xué)生的工程實踐能力

《信號與系統(tǒng)》課程實驗教學(xué)主要是基于實驗箱的硬件實驗，以驗證性實驗為主，主要項目有信號的分解與合成、信號的抽樣與恢復(fù)和有源無源濾波器等。學(xué)生按照實驗指導(dǎo)機械式連線，僅需要調(diào)節(jié)示波器等電子設(shè)備讀取和記錄數(shù)據(jù)，缺乏綜合性和設(shè)計性實驗，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。為培養(yǎng)綜合型創(chuàng)新型應(yīng)用型人才，積極靠攏市場需求，打造由驗證性向綜合性設(shè)計性過度、軟硬件結(jié)合和開放團隊設(shè)計的多課程融合實驗體系。實踐項目調(diào)整如表5。

表5 《信號與系統(tǒng)》實踐教學(xué)調(diào)整表

5 改革考核方式，注重過程性學(xué)習(xí)

《信號與系統(tǒng)》是電子信息類重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，綜合成績由平時成績和期末考試成績組成，其中平時成績主要考查出勤和作業(yè)，期末考試成績是閉卷考試的卷面成績。該模式忽略了學(xué)生日常學(xué)習(xí)的實際情況。為提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實踐能力，采用全過程、多樣化的PSF考核方式。具體如下：

P（participation）學(xué)生課程參與度評價：考勤、日?；訛橐罁?jù)；

S（serial process evaluation）過程系列評價：作業(yè)、課堂章節(jié)檢測和課后歸納性筆記為依據(jù)；

F（final examination）期末考試：以閉卷形式考核，主要考察知識點的應(yīng)用，淡化公式推導(dǎo)。

6 結(jié)語

高校是為了培養(yǎng)與社會接軌、畢業(yè)后能夠勝任工作崗位的應(yīng)用型人才。以應(yīng)用型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，對電子信息類《信號與系統(tǒng)》課程進行改革。第一，以信號類課程群建設(shè)為目標(biāo)，優(yōu)化課程內(nèi)容；第二，豐富教學(xué)方法，建立線上和線下多融合的教學(xué)模式，構(gòu)建良好的學(xué)習(xí)氛圍；第三，項目驅(qū)動式教學(xué)，將理論講授和實際操作、項目相結(jié)合，最大限度的減少課程的枯燥性，充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性；第四，加大綜合性、設(shè)計性實驗比例，提高學(xué)生多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)和研究的綜合能力；第五，改進考核方式，注重過程學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的能力。以應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程教學(xué)改革，理論結(jié)合實踐，實踐促進理論，便能夠很好地促進學(xué)生在未來新的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和就業(yè)模式下的應(yīng)用能力。

[1]陳從顏,費樹岷,柴琳.“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革趨勢探究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2014,36(1):13-14.

[2]王艷芬,張曉光,王剛,等.電子信息類專業(yè)信號處理課程群的建設(shè)與改革實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2015,32(4):11-14.

[3]羅朝明,陶揚威,胡順超,等.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的信號與信息處理課程群建設(shè)和探究[J].中國電力教育,2013,(32):115-117.

[4]肖芳.翻轉(zhuǎn)課堂在《信號與系統(tǒng)》教學(xué)中應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息,2017(2):79.

[5]唐家能.項目驅(qū)動式教學(xué)在信號與系統(tǒng)課程中的探索和實踐[J].科教文匯,2017(1):66-67.

Research on Teaching Reform of Signals and Systems for Training of Application-oriented Talents——A Case Study of Huangshan University

Lv Jun,Ning Renxia,Sun Jian,Lv Haijiang
(School of Information Engineering,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

Aiming at training application-oriented talents in order to meet the market demand,this paper analyzes the current problem in teaching Signals and Systems and makes an exploration into the teaching reform from the aspects of teaching contents,teaching methods,practical teaching process and evaluation method.The specific reform ideas are as follows:the content is optimized according to the requirement for the construction of the course group for signal analysis and processing;the online,offline and project-driven multi-teaching modes are constructed;confirmatory experiments are changed to designing and comprehensive experiments;the assessment method focusing on the process and learning initiative is adopted.Running the concept of applied innovative talents training throughout the process of teaching reform can improve students’engineering application ability and innovation ability.

application-oriented talents;Signals and Systems;project-driven teaching;teaching reform

G642

A

1672-447X(2017)05-0122-004

2017-08-07

安徽省專業(yè)綜合改革試點（2014ZY067）；安徽省教育廳教學(xué)研究項目（2016JYXM0985）；黃山學(xué)院示范性課程改革項目（2015SFKG03）；黃山學(xué)院教學(xué)研究項目（2016JXYJ01）；黃山學(xué)院精品資源共享課（2016JPKF06）

呂軍(1986-），河北滄州人，黃山學(xué)院信息工程學(xué)院助教，研究方向為信號處理。

責(zé)任編輯：胡德明