郭燕

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇泰州225300）

信號與系統(tǒng)課程在應(yīng)用型本科院校的教學(xué)改革

郭燕

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇泰州225300）

針對信號與系統(tǒng)這門課的特點(diǎn)，結(jié)合應(yīng)用型本科院校的實(shí)際情況，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法與教學(xué)手段，使用MATLAB軟件仿真豐富課堂教學(xué)，加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。教學(xué)實(shí)踐表明，以上措施極大地提高了該課程在應(yīng)用型本科院校的教學(xué)質(zhì)量和效果。

信號與系統(tǒng)；應(yīng)用型本科；教學(xué)改革

“信號與系統(tǒng)”是通信工程、電子信息工程、自動化及計(jì)算機(jī)等專業(yè)的一門重要的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課。在教學(xué)環(huán)節(jié)中起著承上啟下的作用，它的基本原理和分析方法會運(yùn)用到通信工程、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、自動控制等多個(gè)領(lǐng)域［1］。這門課把數(shù)學(xué)上的一些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃惴ㄅc工程應(yīng)用相結(jié)合，通過這門課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握必要的信號與系統(tǒng)基本概念與基本理論，提高學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)知識來解決工程中的一些實(shí)際問題。但是信號與系統(tǒng)這門課數(shù)學(xué)公式比較多，各種波形及其變換比較復(fù)雜，單靠板書結(jié)合PPT對應(yīng)用型本科院校的學(xué)生接受起來比較困難，很難達(dá)到理想的效果［2］。因此，該課程需要在教學(xué)方法上進(jìn)行改革。

一、傳統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀分析

一方面，應(yīng)用型本科院校的生源相對不及一般本科院校，學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，求知欲望不強(qiáng)，分析問題解決問題的能力相對較弱。而信號與系統(tǒng)這門課的基本概論和基本理論又比較多，數(shù)學(xué)公式多，數(shù)學(xué)演繹復(fù)雜，物理概念比較抽象。傳統(tǒng)教學(xué)模式理論課與實(shí)驗(yàn)課是分開的，理論課上，老師上課是純理論教學(xué)，板書結(jié)合PPT，實(shí)驗(yàn)課是使用的信號與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)生一旦離開實(shí)驗(yàn)室就無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。信號與系統(tǒng)課程總學(xué)時(shí)為56，其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為8學(xué)時(shí)，理論學(xué)時(shí)多，實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，大部分時(shí)間都花在公式的推導(dǎo)演算，不能真正理解這些公式所代表的物理意義。另一方面，實(shí)驗(yàn)課程一般安排在理論課后，單純使用信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱做實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)形式單一，學(xué)生不能及時(shí)將理論和實(shí)踐相結(jié)合，造成學(xué)生不能學(xué)以致用，不利于學(xué)生的培養(yǎng)和發(fā)展。無論是從學(xué)生學(xué)的角度還是從教師教學(xué)的角度，這門課運(yùn)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法都有一定的難度，學(xué)生不容易接受。最后，考核方式需要改進(jìn)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，采取的是（卷面考試+平時(shí)成績）來考核學(xué)生學(xué)這門課的成績。這種方法對于一般普通高校還是有可取之處的，因?yàn)樾盘柵c系統(tǒng)這門課是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，而且很多學(xué)生考研會考這門課，而在應(yīng)用型本科院校，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力，采用傳統(tǒng)的考核方式導(dǎo)致學(xué)生只學(xué)到理論知識，只會公式推導(dǎo)，不注重其中的物理應(yīng)用，對后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)非常不利。綜上所述，傳統(tǒng)教學(xué)方法有悖應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)學(xué)生動手能力和工程實(shí)踐應(yīng)用能力的教學(xué)目的，不利于人才的培養(yǎng)，需要改進(jìn)。

二、結(jié)合應(yīng)用型本科高校的特點(diǎn)，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和方法的改革

（一）選用合適的教材，完善課程體系

由于信號與系統(tǒng)這門課的知識點(diǎn)很多，同時(shí)又是一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，一般普通高校會分兩個(gè)學(xué)期來細(xì)講這門課。而針對應(yīng)用型本科院校學(xué)生的特點(diǎn)，更加注重學(xué)生的實(shí)踐能力，學(xué)時(shí)一般只有56，所以要充分利用這些學(xué)時(shí)，突出重點(diǎn)講解，教材的選用就顯得尤為重要。這里，推薦使用徐天成主編，電子工業(yè)出版社出版的《信號與系統(tǒng)》教材。這本書相對比較易懂，知識點(diǎn)全面，重點(diǎn)突出。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）信號部分與系統(tǒng)部分分開敘述；很多教材在結(jié)構(gòu)上采用的是先連續(xù)、后離散、先時(shí)域、后變換域，但不管在連續(xù)還是離散部分，都是將信號與系統(tǒng)穿插在一起分析。對于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生很難接受這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，這本教材先信號后系統(tǒng)顯得脈絡(luò)清晰。（2）使用MATLAB驗(yàn)證信號與系統(tǒng)的基本理論；這本教材每一章都使用MATLAB軟件對各知識點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證與仿真，不僅大大提高了教學(xué)效率，而且更利于學(xué)生理解這門課。（3）突出傅里葉變換的應(yīng)用；傅里葉變換時(shí)信號與系統(tǒng)的核心內(nèi)容，這本教材為了強(qiáng)調(diào)傅里葉變換應(yīng)用的重要性和具體問題具體分析的科學(xué)態(tài)度，單獨(dú)列出一章“傅里葉變換的應(yīng)用”［1］。另外，考慮到后續(xù)課程“數(shù)字信號處理”專門會講述離散系統(tǒng)、Z變換及其性質(zhì)、逆Z變換等知識點(diǎn)，在信號與系統(tǒng)這門課中可以對這些內(nèi)容進(jìn)行粗略的講解，這樣在課程內(nèi)容教學(xué)中也省略了較多繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，避免教學(xué)內(nèi)容的重疊，教學(xué)資源的浪費(fèi)。學(xué)生有更多的時(shí)間和精力投入對課程的實(shí)際應(yīng)用方面。

（二）教學(xué)手段多樣化

傳統(tǒng)的“教師講課——PPT（板書）——學(xué)生記筆記”的教學(xué)模式已經(jīng)不再適應(yīng)應(yīng)用型本科院校的教學(xué)發(fā)展。必須將課堂搬到機(jī)房，實(shí)施全方位“PPT、黑板、仿真演示、上機(jī)操作”的教學(xué)方法。這樣的教學(xué)改進(jìn)有以下幾方面的優(yōu)勢：（1）可以利用黑板進(jìn)行數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，信號與系統(tǒng)這門課數(shù)學(xué)共識多，避免不了數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)；（2）教師在教師電腦上用MATLAB仿真的過程跟結(jié)果可以同步顯示到學(xué)生電腦上，這等于“手把手教學(xué)”，更重要的是這樣的教學(xué)方法會讓學(xué)生更容易理解接受，學(xué)生不再覺得信號與系統(tǒng)是一門單調(diào)無味的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)課，不會覺得所學(xué)的知識無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。（3）學(xué)生可以現(xiàn)場動手練習(xí)，并提交作業(yè)。這樣有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和提高實(shí)踐操作能力。學(xué)生看完老師演示后都迫不及待地自己操作起來，修改程序看結(jié)果。

圖1　連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性圖

舉個(gè)例子，在講連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的頻域分析的時(shí)候，經(jīng)常需要求系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。傳統(tǒng)的方法是通過借微分方程的方法進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而應(yīng)用MLTLAB仿真可以得到很好的解決。例如，已知一個(gè)連續(xù)時(shí)間LTI系統(tǒng)的微分方程為y“（t）+10y”（t）+8y‘（t）+5y（t）=13x’（t）+7x（t），求該系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，繪出其幅頻特性和相頻特性圖。傳統(tǒng)的方法有兩種，一種是經(jīng)典法求解，不作任何變換直接求解系統(tǒng)的微分方程。另一種是先進(jìn)行拉氏變換，進(jìn)行代數(shù)求解，再進(jìn)行拉式逆變換。無論哪種方法，都離不開數(shù)學(xué)推導(dǎo)，即使學(xué)生能夠計(jì)算正確也未必能夠畫出正確的圖形。而使用MATLAB仿真，只要輸入正確的命令語句，即可出來正確的圖形。

命令語句如下：

運(yùn)行結(jié)果如圖1所示：

這種方法有效解決了傳統(tǒng)教學(xué)太過抽象，難以理解和記憶的問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效率，有助于加深學(xué)生的理解和記憶，提高了課程教學(xué)效果。

（三）考核方式多元化

（1）卷面考試：信號與系統(tǒng)是一門理論性很強(qiáng)的課程，而且很多學(xué)生考研會選擇考這門專業(yè)課，所以卷面考試必不可少。卷面考試主要由判斷題、選擇題、填空題、小計(jì)算、綜合題組成。卷面考試主要是對學(xué)生基本概念和綜合應(yīng)用能力的考核。但是卷面考試由傳統(tǒng)的70％降低到50％。

（2）上機(jī)操作：學(xué)生應(yīng)用MATLAB軟件在機(jī)房進(jìn)行現(xiàn)場操作，解決一些綜合性的大題。通過綜合性的題目考察學(xué)生的編程能力和信號與系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力。上機(jī)操作占比30％。

（3）平時(shí)成績：平時(shí)成績由上課的出勤率、課堂表現(xiàn)情況、課后作業(yè)完成情況決定。平時(shí)成績是對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)過程以及學(xué)風(fēng)的考核。平時(shí)成績占比20％。

三、結(jié)束語

文章結(jié)合應(yīng)用型本科院校學(xué)生的特點(diǎn)，結(jié)合應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目的，對“信號與系統(tǒng)”這門課進(jìn)行了全面的課程改革。以培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)場應(yīng)用能力為出發(fā)點(diǎn)，更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，采取理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，既提高了學(xué)生信號與系統(tǒng)理論知識的掌握程度，又能夠增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作解決問題的能力，實(shí)踐證明，這種教學(xué)模式取得了不錯(cuò)的效果。無論為今后學(xué)生其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)還是今后走向工作崗位都打下了良好的基礎(chǔ)。

［1］徐天成.信號與系統(tǒng)［M］.電子工業(yè)出版社，2013.

［2］張燕.應(yīng)用型本科院?！靶盘柵c系統(tǒng)”課程教學(xué)現(xiàn)狀及對策研究［J］.教育現(xiàn)代化，2016（14）：110-111.

According to the characteristics of the course of"Signals and Systems"，combined with the actual situation of practical colleges，the paper optimizes teaching content，reforms teaching methods and teaching means，uses software MATLAB to enrich the classroom teaching，strengthen the teaching practices.Teaching practices shows that these measures have greatly improved the teaching quality and effectiveness of the course in the pracyical colleges.

signals and systems；practical colleges；reform in education

G642

A

2096-000X（2016）22-0136-02

郭燕（1986，10-），女，漢族，江蘇泰州，碩士研究生，助教，南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，研究方向：通信技術(shù)。