陳愛萍,張可為,龍泳濤,林 愿

(湖南工程學(xué)院電氣與信息學(xué)院,湖南湘潭411101)

信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

陳愛萍,張可為,龍泳濤,林 愿

(湖南工程學(xué)院電氣與信息學(xué)院,湖南湘潭411101)

以信號(hào)與系統(tǒng)精品課程建設(shè)為依托,根據(jù)該課程特點(diǎn),提出了該課程的教學(xué)方法和手段的改革措施。在教學(xué)方法上,將課堂教學(xué)、M A TLAB仿真示例、課堂研討、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與學(xué)習(xí)等結(jié)合起來;在教學(xué)手段上,將傳統(tǒng)板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合;在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面,將硬件實(shí)驗(yàn)和軟件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。實(shí)踐證明,這些改革措施有效地提高了教學(xué)質(zhì)量,取得了很好的教學(xué)效果。

信號(hào)與系統(tǒng);教學(xué)改革;MA TLAB

信號(hào)與系統(tǒng)是電子信息類專業(yè)的核心技術(shù)基礎(chǔ)課,以高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、電路分析等課程為基礎(chǔ),同時(shí)又是數(shù)字信號(hào)處理、通信原理等課程的基礎(chǔ),在課程體系中有著承上啟下的作用。該課程的基本分析方法和原理廣泛應(yīng)用于通信、數(shù)字信號(hào)分析與處理、數(shù)字語音處理、數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域。因此提高信號(hào)與系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量,讓學(xué)生掌握信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法和理論,對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及畢業(yè)后從事專業(yè)工作的能力,都具有重要意義。

課程組以精品課程建設(shè)為依托,根據(jù)理論與實(shí)踐并重的原則,對信號(hào)與系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段進(jìn)行了一系列的改革。

一 教學(xué)方法的改革與實(shí)踐

在教學(xué)方法上,將課堂教學(xué)、MA TLAB仿真示例、課程研討、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)等有機(jī)地結(jié)合起來,并充分利用多媒體教學(xué)手段提高教學(xué)效率、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。在教學(xué)過程中,注重基本理論、基本概念和基本方法,淡化計(jì)算技巧。以現(xiàn)代信息的觀點(diǎn)審視傳統(tǒng)內(nèi)容,刪減與保留,這一觀點(diǎn)貫穿在整個(gè)教學(xué)過程中,激發(fā)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)觀察、進(jìn)行新知識(shí)探求的思維能力。將數(shù)學(xué)概念、物理概念及工程概念有機(jī)結(jié)合。

(一)課堂教學(xué)

“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)內(nèi)容可以概括為兩種系統(tǒng)(連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng))、兩類方法(時(shí)域解法和變換域解法)、三大變換(傅里葉變換FT、拉普拉斯變換L T、Z變換ZT)。在教學(xué)內(nèi)容上,連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的時(shí)域分析法是基礎(chǔ),傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換分析是難點(diǎn)。其中傅里葉變換是主線,通過它可以將拉普拉斯變換、Z變換分析聯(lián)系起來,成為一個(gè)整體,互相滲透,便于學(xué)生理解和掌握。

在課堂教學(xué)中,重點(diǎn)講解信號(hào)與系統(tǒng)的基本原理、基本概念與基本方法,并聯(lián)系其物理意義和工程意義。我們以工程應(yīng)用為背景,密切結(jié)合基本概念介紹通信、控制、信號(hào)處理方面的應(yīng)用實(shí)例,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情;內(nèi)容取材時(shí),不僅要體現(xiàn)課內(nèi)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系,還體現(xiàn)電路分析、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、通信原理等課群之間的相互關(guān)系。

(二)引入M A TLAB仿真軟件

在教學(xué)中,引入M A TLAB仿真軟件,給出MA TLAB仿真例題,幫助學(xué)生理解信號(hào)與系統(tǒng)中的物理概念。例如傅里葉級(jí)數(shù)中的信號(hào)的分解與合成難以理解,課堂上給出MA TLAB程序,演示運(yùn)行結(jié)果,如圖1所示,從圖1清楚地看到7、21、41次諧波合成周期矩形波的結(jié)果。

如圖2所示為尺度變換對門函數(shù)及頻譜的影響,從圖2中可看到時(shí)域中擴(kuò)展,頻域中壓縮;反之,時(shí)域中壓縮,頻域中擴(kuò)展。

如在講解傅里葉變換的頻移性質(zhì)時(shí),說明頻移性質(zhì)應(yīng)用于信號(hào)調(diào)制解調(diào),用MA TLAB程序進(jìn)行仿真演示,觀察調(diào)制解調(diào)前后的波形,還可用simulink模型實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào),非常直觀、生動(dòng),便于學(xué)生理解。

我們在課堂上,給出了信號(hào)的產(chǎn)生、運(yùn)算(包括移位、反折、相加、尺度變換、卷積等)、畫頻譜圖、信號(hào)的分解與合成、畫幅頻特性和相頻特性、求系統(tǒng)的響應(yīng)、畫零極圖等MA TLAB示例,并將示例放在了網(wǎng)上,要求學(xué)生下載自己練習(xí)。

(三)課堂研討

在課堂研討中,有在線和離線兩種方式,同學(xué)們提出的疑難問題,可以發(fā)布在bbs公告版上,然后學(xué)生一起分析研討,并提出解決方案。也可以由老師在課堂或以電子郵件方式回答。在此過程中,可以將多門相關(guān)課程的內(nèi)容綜合起來,也可以是對某些概念的理解或?qū)W習(xí)心得體會(huì),也可以交換學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,以相互促進(jìn),共同提高。

(四)習(xí)題課

信號(hào)與系統(tǒng)課程概念多、數(shù)學(xué)公式與定理多,想讓學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn),需配置一定比例的習(xí)題課。它是授課的延伸與拓展,是幫助學(xué)生消化和鞏固所學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問題能力的重要環(huán)節(jié)。部分習(xí)題要求學(xué)生用MA TLAB軟件完成,促使學(xué)生熟悉該軟件的使用,為后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理等課程的實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ),同時(shí)有利于將軟件應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計(jì)。課余定時(shí)輔導(dǎo)和答疑,批改完作業(yè)后,總結(jié)作業(yè)中出現(xiàn)的問題,集中講解。

(五)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與學(xué)習(xí)

利用網(wǎng)絡(luò)資源,在多媒體教室中,可以將多種教學(xué)方法有機(jī)地結(jié)合起來,利用電子教案、網(wǎng)絡(luò)課件、MA TLAB仿真環(huán)境等教學(xué)手段,實(shí)現(xiàn)邊學(xué)習(xí)、邊實(shí)踐、邊研討。

信號(hào)與系統(tǒng)的精品課程網(wǎng)站上提供了教學(xué)大綱、電子教案、試卷庫、網(wǎng)上測試、習(xí)題解答、教案、MA TLAB練習(xí)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、參考書目等資源,滿足學(xué)生的自主學(xué)習(xí)需求;此外我們建立了交互式的教學(xué)網(wǎng)站,可以通過網(wǎng)絡(luò)與學(xué)生交流,在網(wǎng)上可以發(fā)布教學(xué)信息、布置作業(yè)、答疑等,還可進(jìn)行模擬考試。

立體化的學(xué)習(xí)環(huán)境能把學(xué)生從“死讀書,讀死書”中解放出來,還學(xué)生一個(gè)豐富多彩的心靈世界。通過多種教學(xué)方式,教師可以根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況靈活調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,促進(jìn)教和學(xué)之間的交流。

二 教學(xué)手段的改革

為了有效地幫助學(xué)生解決信號(hào)與系統(tǒng)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn),在教學(xué)過程中,教師除了研究教材內(nèi)容和教學(xué)規(guī)律,強(qiáng)調(diào)尊重學(xué)生的主體作用和主動(dòng)精神,采取多種教學(xué)方法因材施教外,還要在教學(xué)手段上,充分利用現(xiàn)代多媒體電子教學(xué),進(jìn)行網(wǎng)上學(xué)習(xí)、交流溝通,將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)充分應(yīng)用于教學(xué)改革之中。

(一)現(xiàn)代手段與傳統(tǒng)教學(xué)方式有機(jī)結(jié)合

將多媒體課件的形象生動(dòng)、圖文并茂、課堂信息量大等特點(diǎn)與傳統(tǒng)教學(xué)中所采用的層層遞進(jìn)的邏輯推理、起伏有致的教學(xué)節(jié)奏以及靈活多變的課堂調(diào)控等方法有機(jī)地結(jié)合起來。

(二)多媒體教學(xué)軟件與MATLAB軟件優(yōu)勢互補(bǔ)

自制的課件,在部分章節(jié)中將M A TLAB等軟件鏈接進(jìn)去,利用MA TLAB仿真環(huán)境等教學(xué)手段,改善教學(xué)效果,提高教學(xué)質(zhì)量。

教師教學(xué)中對于信號(hào)與系統(tǒng)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)的處理方式是將理論和實(shí)際相結(jié)合,既有嚴(yán)密的理論體系,又有生動(dòng)的工程實(shí)例。注重對基本概念和基本方法的介紹,在理論推導(dǎo)中引出工程應(yīng)用的概念,在實(shí)例分析中強(qiáng)化理論概念,加深學(xué)生對信號(hào)與系統(tǒng)理論的認(rèn)識(shí)和理解。

三 實(shí)踐教學(xué)的改革

為了培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才,實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是必不可少的,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,采用硬件實(shí)驗(yàn)和仿真軟件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法,有效地實(shí)現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo),提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析問題的能力,培養(yǎng)合作精神及創(chuàng)新意識(shí)。實(shí)驗(yàn)由易到難,開設(shè)了零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)、抽樣定理、二階系統(tǒng)特性測試、模擬濾波的分析、模擬濾波的設(shè)計(jì)等硬件實(shí)驗(yàn)。硬件實(shí)驗(yàn)集中到實(shí)驗(yàn)室完成,軟件實(shí)驗(yàn)學(xué)生自己利用課余時(shí)間完成,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體現(xiàn)多層次,主要完成連續(xù)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn),離散系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)在數(shù)字信號(hào)處理課程中完成。實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)過程,要求學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

四 教材建設(shè)

選用高等教育出版社出版的、鄭君里等編寫的國家級(jí)重點(diǎn)教材《信號(hào)與系統(tǒng)》(上下冊),課程組成員編寫了信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。

五 結(jié) 語

信號(hào)與系統(tǒng)課程的公式圖表非常多,在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中學(xué)生提問和教師答疑遇到公式和圖表的輸入會(huì)非常困難。因此網(wǎng)絡(luò)答疑平臺(tái)的建設(shè)是亟待解決的一個(gè)重要問題。

今后課程建設(shè)的重點(diǎn)是繼續(xù)進(jìn)行課程體系、教學(xué)內(nèi)容及方法的改革;繼續(xù)完善CA I課件,提供更多的M A TLAB仿真示例;完善試卷庫系統(tǒng)的研制與應(yīng)用,加大考核改革力度;完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng),建立網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室。

[1]鄭君里,應(yīng)啟珩,楊為理.信號(hào)與系統(tǒng):第2版[M].高等教育出版社,2005.

[2]劉翠響,王寶珠,吳煥麗.信號(hào)與系統(tǒng)精品課程建設(shè)的探討與實(shí)踐[J].河北工業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院學(xué)報(bào), 2006,(3):16-20.

[3]王松林,等.“信號(hào)與系統(tǒng)”國家級(jí)精品課程的建設(shè)與實(shí)踐[J].高等理科教育,2008,(3):145-148.

[4]陳后金.信號(hào)與系統(tǒng)[M].高等教育出版社,2007.

[5]熊慶旭.“信號(hào)與系統(tǒng)”中三個(gè)層次教學(xué)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009,(1):5-7.

[6]許 波,陳曉平,等.“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革思考與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2008,(1):8-10.

Teaching Reform and Practice of the Course of Signals and Systems

CHEN Ai-ping,ZHANG Ke-wei,LONG Yong-tao,L IN Yuan
(College of Electrical and Information Engineering,Hunan Institute Engineering,Xiangtan 411101,China)

Based on the construction of the course of Signals and System s,this paper puts forward a variety of measures to improve the existing teaching methods and means.In teaching methods,classroom teaching should be assisted by efficient alternatives such as MATLAB simulation examples,classroom discussions, online teaching and learning together;In teaching means,the traditional board writing may be incorporated With vivid multimedia teaching;in practice teaching,hardware experiments can be introduced to supplement software experiment Findings show that all the changes lead to good teaching quality and effect.

signals and system s;teaching reform;MATLAB

G424

A

1671-1181(2010)04-0100-03

2010-05-21

陳愛萍(1964-),女,湖南瀏陽人,碩士,副教授,研究方向:數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理。

(責(zé)任編輯:郝樹平)