劉文紅

摘 要 《信號(hào)與系統(tǒng)》是電子信息工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本文在對(duì)該課程研究的基礎(chǔ)上，給出了教學(xué)改革研究路線，對(duì)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及考核方法等方面提出了一些改革措施，并在教學(xué)過程中加以實(shí)踐。本研究可以提升《信號(hào)與系統(tǒng)》授課教師的教學(xué)水平，促進(jìn)學(xué)生對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》核心內(nèi)容的理解和掌握，提高學(xué)生理論與實(shí)際結(jié)合的能力；有利于《信號(hào)與系統(tǒng)》課程在應(yīng)用技術(shù)性院校的教學(xué)。

關(guān)鍵詞 信號(hào)與系統(tǒng) 改革 實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2016）24-0012-02

一、前言

《信號(hào)與系統(tǒng)》是信息類本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展與日益廣泛的應(yīng)用是信息時(shí)代的主要特征。信息的獲取、存儲(chǔ)、傳遞、處理、識(shí)別與綜合是信息技術(shù)研究的主要內(nèi)容。信號(hào)是信息的載體，系統(tǒng)是信息的處理手段。因此，以研究信號(hào)與系統(tǒng)理論的基本概念和基本分析方法為目的的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程是通信技術(shù)、電子信息技術(shù)和自控技術(shù)各專業(yè)必修的主干基礎(chǔ)課之一，是電子信息工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是碩士研究生入學(xué)考試的必考科目。

本課程是一門理論性很強(qiáng)的課程，通過這門課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解信息的基本處理過程，能運(yùn)用基本分析方法理解系統(tǒng)對(duì)信號(hào)所起的作用，為以后的設(shè)計(jì)系統(tǒng)打下理論基礎(chǔ)。與大部分工科課程相同，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程作為面向電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也起源于歐美。在二十世紀(jì)五十年代，美國(guó)麻省理工學(xué)院總結(jié)二戰(zhàn)以來在通信、雷達(dá)和控制等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)理論，開設(shè)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程，講授卷積、傅里葉變換、拉普拉斯變換、反饋分析等專業(yè)知識(shí)，我國(guó)在改革開放之后才開設(shè)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程。

當(dāng)前，信息技術(shù)飛速發(fā)展，新理論和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，學(xué)科交叉融合日益密切，《信號(hào)與系統(tǒng)》不僅是電子信息類專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，也成為自動(dòng)控制、汽車、車輛、網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)專業(yè)的比較重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。因此，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的教學(xué)也與時(shí)俱進(jìn)，教學(xué)主體根據(jù)不斷發(fā)展的技術(shù)形勢(shì)，及時(shí)調(diào)整培養(yǎng)目標(biāo)，在課程體系、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)手段、教學(xué)方法和考核方法等方面進(jìn)行改革和實(shí)踐。

二、教學(xué)改革研究路線

雖然《電路分析基礎(chǔ)》《信號(hào)與系統(tǒng)》《數(shù)字信號(hào)處理》課程的教學(xué)核心，在國(guó)內(nèi)已達(dá)成共識(shí)，但按照何種順序講解、附加在何種背景下講解、如何進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面，不同的教材仍有不同的側(cè)重甚至完全相異的教學(xué)觀點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)這些課程時(shí)感到概念好懂，但如何用概念、理論來解決問題就比較難掌握。針對(duì)本課題的研究?jī)?nèi)容，本課題的研究工作采取理論——實(shí)踐——調(diào)研——再理論——再實(shí)踐的方案。

具體過程如下：

（一）理論

梳理核心內(nèi)容的邏輯關(guān)系：關(guān)于連續(xù)變換和離散變換的講課順序。

挑選核心內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)：拉氏變換講解的側(cè)重點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、時(shí)機(jī)的考慮：學(xué)好信號(hào)與系統(tǒng)，實(shí)踐是必不可少的環(huán)節(jié)，實(shí)踐中，MATLAB軟件又是最重要的工具，針對(duì)此軟件是單獨(dú)開實(shí)驗(yàn)課還是安排在課后習(xí)題中。

（二）實(shí)踐

在2015至2016學(xué)年第二學(xué)期開設(shè)相關(guān)課程的班級(jí)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，在不同專業(yè)的應(yīng)用案例中融入本專業(yè)的特色，本學(xué)期已經(jīng)考慮基于MALBA軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（三）調(diào)研

在2016年暑期，在上海本地相關(guān)院校和南京、北京、西安、武漢等有關(guān)院校，對(duì)相關(guān)課程的教學(xué)大綱、教學(xué)方法和手段、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等，以及開設(shè)專業(yè)、授課教師等情況的實(shí)地考察和學(xué)習(xí)。

（四）再理論

總結(jié)調(diào)研內(nèi)容、取長(zhǎng)補(bǔ)短，結(jié)合本校的教學(xué)實(shí)踐和相關(guān)院校的教學(xué)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)之前的理論研究進(jìn)行修正。中期成果為在撰寫調(diào)研報(bào)告的基礎(chǔ)上投稿至少一篇教研教改論文。

（五）再實(shí)踐

總結(jié)在2015至2016學(xué)年第二學(xué)期開設(shè)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的班級(jí)進(jìn)行的教學(xué)實(shí)踐，在2016至2017學(xué)年第一學(xué)期開設(shè)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的班級(jí)進(jìn)行進(jìn)一步的教學(xué)實(shí)踐，撰寫教學(xué)教改論文。

通過對(duì)多個(gè)學(xué)校、多種教材的考察、多篇教學(xué)文章的學(xué)習(xí)，本課題組已經(jīng)對(duì)如下問題進(jìn)行了思考和預(yù)研究：連續(xù)變換和離散變換的講課順序；拉氏變換講解側(cè)重點(diǎn)；MATLAB軟件的使用：學(xué)好信號(hào)與系統(tǒng)，實(shí)踐是必不可少的環(huán)節(jié)，實(shí)踐中，MATLAB軟件又是最重要的工具，針對(duì)此軟件本學(xué)期主要以單獨(dú)開實(shí)驗(yàn)課為主，安排在課后習(xí)題中為輔。經(jīng)典例題的應(yīng)用：以經(jīng)典例題為主，輔以課堂講解，并更新一部分符合現(xiàn)代背景的例題，在興趣中講解，并在講解中產(chǎn)生興趣。實(shí)驗(yàn)形式選?。簩?shí)驗(yàn)是教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)，演示性實(shí)驗(yàn)偏重原理講解，研究性實(shí)驗(yàn)偏重提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。二者有機(jī)結(jié)合。

《電路分析基礎(chǔ)》《信號(hào)與系統(tǒng)》《數(shù)字信號(hào)處理》是理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、應(yīng)用廣泛、交叉滲透了許多學(xué)科的課程。其中《信號(hào)與系統(tǒng)》是以信號(hào)與系統(tǒng)特性以及信號(hào)處理等工程問題為背景，經(jīng)數(shù)學(xué)抽象及理論概括而形成的一門課程，任何事物都可以看做是一個(gè)系統(tǒng)，用系統(tǒng)模型的建立和系統(tǒng)分析的理論，對(duì)其進(jìn)行定量分析。因此，本課程所采用的分析概念是許多工程學(xué)科的組成部分，尤其重要。

了解相關(guān)大學(xué)，包括985、211院校的有關(guān)課程的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等；交流對(duì)于不同學(xué)科專業(yè)有關(guān)課程的基本教學(xué)要求；了解對(duì)于以培養(yǎng)應(yīng)用能力為主要目標(biāo)的學(xué)校，該課程教學(xué)中的側(cè)重點(diǎn)。學(xué)習(xí)和交流有關(guān)課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)方式、課堂教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容中重點(diǎn)和難點(diǎn)的處理方式。了解相關(guān)大學(xué)有關(guān)課程教學(xué)教師的情況以及團(tuán)隊(duì)建設(shè)的措施；了解其學(xué)校對(duì)教師教學(xué)能力、教學(xué)效果的評(píng)價(jià)方法。

外文教材與中文教材的選用：外文教材具有幫助閱讀和寫作的優(yōu)勢(shì)，中文教材具有幫助理解的優(yōu)勢(shì)。大班教學(xué)與小組討論：教學(xué)過程中，以大班教學(xué)為主，以小組討論形式為輔。

相關(guān)院校調(diào)研，有關(guān)課程的教學(xué)大綱、教學(xué)方法和手段、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等，以及開設(shè)專業(yè)、授課教師等情況的實(shí)地考察和學(xué)習(xí)。調(diào)研軟件實(shí)驗(yàn)與硬件實(shí)驗(yàn)，目前有多所學(xué)校在MATLAB基礎(chǔ)上增加FPGA實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步驗(yàn)證真實(shí)環(huán)境下的理論知識(shí)，也有多所學(xué)校仍堅(jiān)持軟件驗(yàn)證為主。

將新的教學(xué)理念、方法、案例等應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)。對(duì)核心教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合?？紤]到學(xué)生前序課程復(fù)變函數(shù)理解可能不夠透徹，將三個(gè)變換并行講解模式改為串行講解模式，即先讓學(xué)生切實(shí)掌握傅里葉變換，然后以傅里葉變換為基礎(chǔ)，讓學(xué)生理解其它變換。也同樣由于前序課程復(fù)變函數(shù)課程學(xué)生可能理解不夠透徹，加重零極點(diǎn)內(nèi)容教學(xué)，因?yàn)檫@個(gè)方面的分析對(duì)后續(xù)課程有很大幫助，如數(shù)字信號(hào)處理等。

對(duì)練習(xí)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和加強(qiáng)?？紤]到學(xué)生目前對(duì)公式推導(dǎo)更多在于形式上的理解而不是概念上的理解，所以在作業(yè)中布置MATLAB編程和畫圖的題目，學(xué)生通過MATLAB畫圖，可以直觀的理解公式所表達(dá)的物理含義。例題的使用考慮到《信號(hào)與系》這門基礎(chǔ)課對(duì)后續(xù)課程的鋪墊作用，以不同專業(yè)后續(xù)課程中的實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)，講解對(duì)應(yīng)的例題。

三、教學(xué)方法、手段及考核方法

采用多種教學(xué)方法和手段，如講授法、談?wù)摲?、演示法、練?xí)法、課堂討論法、實(shí)驗(yàn)法等。實(shí)驗(yàn)法是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，使用一定的設(shè)備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實(shí)驗(yàn)對(duì)象的某些變化，從觀察這些現(xiàn)象的變化中獲取新知識(shí)或驗(yàn)證知識(shí)的教學(xué)方法。而本門課程的特殊性，采用的實(shí)驗(yàn)法是指通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，所采用的軟件為MATLAB，利用該軟件，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，可對(duì)所學(xué)的理論進(jìn)行仿真驗(yàn)證，對(duì)深刻理解所學(xué)知識(shí)大有裨益。

建立多專業(yè)授課教師合作工作室。為了深入探討各個(gè)專業(yè)的特色，并根據(jù)特色突出相應(yīng)的理論重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)本門課程和專業(yè)的無縫對(duì)接，本項(xiàng)目擬定建立多專業(yè)授課教師合作工作室。該工作室的建立面向?qū)W生及講授該門課程的教師。在工作室環(huán)境下，以項(xiàng)目為依托，便于學(xué)生與教師及教師之間的交流、溝通，并使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到“理論用于指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐可用于驗(yàn)證理論”，從而避免以往的理論教學(xué)與實(shí)踐相脫離的現(xiàn)象，縮小理論與實(shí)踐的距離，充分有效利用高校資源。在該平臺(tái)上，可結(jié)合各專業(yè)的技術(shù)需求情況，制定授課計(jì)劃，實(shí)際項(xiàng)目，在課程的整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，可使學(xué)生與教師零距離接觸，便于專業(yè)知識(shí)的吸收和轉(zhuǎn)化，既可以提高學(xué)生的理論，又可以培養(yǎng)實(shí)踐能力。

對(duì)于課程的考核方式，基于學(xué)校對(duì)考查課的要求，可采取試卷考核、大作業(yè)、小論文、調(diào)研報(bào)告、上機(jī)操作、現(xiàn)場(chǎng)技能操作、答辯、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等方式與日常表現(xiàn)結(jié)合的考核方式。

關(guān)于評(píng)價(jià)體系，課程的評(píng)價(jià)體系采用學(xué)生評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)、學(xué)校評(píng)價(jià)，三者結(jié)合的方式，對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行評(píng)定。所評(píng)定的內(nèi)容包括教學(xué)方式，教學(xué)方法，教學(xué)態(tài)度，教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的研究、改革與實(shí)踐，可以提升《信號(hào)與系統(tǒng)》授課教師的教學(xué)水平，促進(jìn)學(xué)生對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》核心內(nèi)容的理解和掌握，提高學(xué)生理論與實(shí)際結(jié)合的能力；有利于《信號(hào)與系統(tǒng)》課程在應(yīng)用技術(shù)性院校多專業(yè)的教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭君里.教與寫的記憶：信號(hào)與系統(tǒng)評(píng)注[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]李建華，馬曉紅，邱天爽.“信號(hào)與系統(tǒng)”課程體系剖析[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（04）.

[3]張小虹.信號(hào)與系統(tǒng)（第三版）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2014.

[4]鄭君里.信號(hào)與系統(tǒng)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[5]陳后金等.我?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”課程的改革與建設(shè)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（12）.

[基金項(xiàng)目：上海電機(jī)學(xué)院2016年校級(jí)重點(diǎn)教研教改項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱：寬領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程群教學(xué)的研究改革與實(shí)踐）；上海電機(jī)學(xué)院2016年校級(jí)重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目（課程名稱：信號(hào)與系統(tǒng)）。]

（責(zé)任編輯 劉 馨）