工程教育認(rèn)證背景下的《信號(hào)與系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

徐曉雨 王淑玉

【摘要】在我國(guó)高等教育工程認(rèn)證中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是認(rèn)證專家考量學(xué)生是否能夠達(dá)到畢業(yè)要求的重要依據(jù)。信號(hào)與系統(tǒng)這門課程是電子信息類的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)改革的目標(biāo)是把課程實(shí)驗(yàn)分為驗(yàn)證性、研究性和綜合性實(shí)驗(yàn)三大類。利用MATLAB軟件與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合，可以使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)鞏固理論知識(shí)，能夠解決工程實(shí)際問題，從而達(dá)到教育工程認(rèn)證中的相關(guān)指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】工程教育認(rèn)證 信號(hào)與系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) MATLAB

【基金項(xiàng)目】本文為牡丹江師范學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目：信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐，項(xiàng)目編號(hào)為16-JG18030。

【中圖分類號(hào)】TN911.6-4；G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）14-0240-01

1.引言

中國(guó)工程教育認(rèn)證是得到公認(rèn)的一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和要求，是由中國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)組織實(shí)施的認(rèn)證。此認(rèn)證的宗旨在于實(shí)現(xiàn)我國(guó)工程教育的國(guó)際互認(rèn)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)工程教育與國(guó)際接軌，從而提升工程教育質(zhì)量。在工程認(rèn)證中，認(rèn)證專家考量學(xué)生是否符合畢業(yè)要求的重要一環(huán)就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此，把握好工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)指標(biāo)體系的新要求，將有利于進(jìn)一步完善信號(hào)與系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量并為畢業(yè)要求提供支撐。

2.問題的解決思路

在工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中，有這樣的說明：能利用MATLAB軟件進(jìn)行仿真分析，對(duì)滿足一定要求的信號(hào)和系統(tǒng)建立模型，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)模擬、預(yù)測(cè)和評(píng)估。由于信號(hào)與系統(tǒng)是一門理論和實(shí)踐結(jié)合較緊密的學(xué)科，因此實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中占有十分重要的地位。但由于教學(xué)學(xué)時(shí)不足等原因，很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求及效果等問題。基于在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中碰到的實(shí)際困難和問題，我們利用MATLAB軟件來完成信號(hào)與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生可以利用其強(qiáng)大的仿真功能將理論課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)用MATLAB編程進(jìn)行仿真，以達(dá)到把抽象的概念形象化、具體化、可視化的目的。加深對(duì)理論課程基本概念、基本原理、基本分析方法的理解。利用MATLAB軟件仿真，完成信號(hào)與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種很好的途徑。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案

實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)的目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的工具就是MATLAB軟件，可以把信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以MATLAB軟件為主進(jìn)行仿真。將實(shí)驗(yàn)分為三種類型：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一般是針對(duì)相對(duì)抽象的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行直觀的演示，比如觀察具體的波形圖。這樣的實(shí)驗(yàn)在操作的時(shí)候比較簡(jiǎn)單，主要是要加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。例如抽樣定理實(shí)驗(yàn)，對(duì)于信號(hào)的抽樣，學(xué)生并沒有直觀的認(rèn)識(shí)。通過本次實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生觀察到不同采樣頻率下，輸出信號(hào)的波形圖。可以清晰的看到信號(hào)混疊和不混疊的明顯差異，深刻理解采樣定理的重要意義。

研究性實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谑箤W(xué)生掌握研究問題的方法，培養(yǎng)分析問題，提出解決方案的意識(shí)。通過實(shí)驗(yàn)操作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。可以讓學(xué)生先從理論進(jìn)行分析，接著設(shè)計(jì)多組實(shí)驗(yàn)，比如通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)，來觀察多個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行分析比較。例如，研究一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)。在相同的輸入信號(hào)的激勵(lì)下，系統(tǒng)不同時(shí)，得到的rzs（t）不相同。同樣地，限定了一個(gè)LTI系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)輸入的e（t）不同時(shí)，所得到的rzs（t）也不同。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)往往會(huì)和其他前導(dǎo)課程或者后續(xù)課程相聯(lián)系，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究素養(yǎng)。例如在濾波器設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以在MATLAB軟件中，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的提示設(shè)計(jì)出低通濾波器的頻率響應(yīng)代碼。畫出低通濾波器的頻率響應(yīng)特性曲線。具體過程是：在MATLAB信號(hào)處理工具箱中，有一個(gè)稱為freqs的函數(shù)，能夠計(jì)算系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。如果直接調(diào)用freqs函數(shù)，則MATLAB軟件會(huì)在繪圖窗口中自動(dòng)地描繪出幅頻特性曲線和相頻特性曲線。通過頻率特性曲線就可以直觀地、清楚地觀察到低通濾波器的特點(diǎn)。同理，相應(yīng)地也可以設(shè)計(jì)出高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等。

4.結(jié)束語(yǔ)

以工程教育認(rèn)證為背景，評(píng)價(jià)工科專業(yè)的辦學(xué)質(zhì)量，是今后高等教育發(fā)展的新趨勢(shì)。以學(xué)生為主體、確定可以量化的教學(xué)目標(biāo)，把信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與MATLAB軟件結(jié)合，通過做實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生加深對(duì)理論課程的理解。同時(shí)可通過學(xué)習(xí)MATLAB編程語(yǔ)言，加強(qiáng)學(xué)生的編程能力。最終對(duì)工程認(rèn)證各項(xiàng)指標(biāo)的達(dá)成，提供強(qiáng)有力的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]李志義.適應(yīng)認(rèn)證要求推進(jìn)工程教育教學(xué)改革[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2014.

[2]閆紅梅，吳冬梅，吳延海.MATLAB 在周期信號(hào)分解及頻譜中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016.

[3]沈莉麗.信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)思考與探討[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016.

[4]范芳.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系現(xiàn)狀與分析.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2016.