摘要：“信號(hào)與系統(tǒng)”作為通信及電信相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課，涉及大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，因此在網(wǎng)絡(luò)上被大量學(xué)生戲謔地稱為“工科神課”。針對該門課程，筆者對經(jīng)驗(yàn)豐富的骨干教師、各班成績優(yōu)秀的學(xué)生、學(xué)習(xí)成績不佳的學(xué)生等進(jìn)行了大量的調(diào)查，面向課程的實(shí)際需求及學(xué)生對理論知識(shí)的接受能力，通過在教學(xué)環(huán)節(jié)穿插歷史典故、名人事例、生活常識(shí)等學(xué)生耳熟能詳?shù)闹R(shí)，將晦澀的理論結(jié)論與學(xué)生喜聞樂見的信息相結(jié)合，用生動(dòng)的知識(shí)取代空洞的理論，用簡單的系統(tǒng)概念取代復(fù)雜的計(jì)算公式，讓學(xué)生真正理解這門課要“學(xué)什么、講什么、做什么、干什么”。通過這樣的課程教學(xué)環(huán)節(jié)優(yōu)化，教學(xué)的課堂效果得到了明顯的提升，在學(xué)生中也取得了較好的反饋。

關(guān)鍵詞：信號(hào)與系統(tǒng)；課程實(shí)際需求；教學(xué)環(huán)節(jié)優(yōu)化

一、研究背景

隨著我國提出“從工業(yè)大國邁向工業(yè)強(qiáng)國”的戰(zhàn)略總思想，越來越多的企業(yè)對產(chǎn)線的智能化升級改造提出了更高的需求，這也促使企業(yè)對通信相關(guān)專業(yè)的學(xué)生需求量日益提升。作為通信專業(yè)的主干課程，“信號(hào)與系統(tǒng)”以其公式多、知識(shí)涉及面廣、理論復(fù)雜等特點(diǎn)成為當(dāng)前學(xué)生眼中的“神課”。這一現(xiàn)象也對教師提出了更高的要求，即如何采用學(xué)生可以接受的方式對課程教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，推動(dòng)學(xué)生深度理解該門課程的中心思想。針對這一問題，不同教師給出了不同的解決方案。陳廣福［1］利用MATLAB軟件將復(fù)雜的物理過程變?yōu)楦又庇^的圖形語言，以期提升學(xué)生對于復(fù)雜物理知識(shí)的直觀感受。徐梓欣［2］提出項(xiàng)目式管理的方式，通過引入一個(gè)個(gè)實(shí)際的工程案例，讓學(xué)生在解決問題中學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)并根據(jù)最后項(xiàng)目的完成情況進(jìn)行課程評價(jià)，以期提高學(xué)生對于課程的理解。袁云梅［3］提出采用分課堂教學(xué)模式，配合學(xué)習(xí)通軟件，實(shí)現(xiàn)課程的線上線下結(jié)合，方便學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)課程的相關(guān)知識(shí)。錢國兵［4］則提出在課程的教學(xué)過程中多進(jìn)行有效教學(xué)與審美化教學(xué)，讓學(xué)生從不同的角度觀察到課程中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的美，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高課程的教學(xué)質(zhì)量。解培中［5］面向講授法的不足，即互動(dòng)不足、高階能力培養(yǎng)不夠等問題，選擇采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，分解復(fù)雜問題，讓學(xué)生通過層層遞進(jìn)的方式解決簡單問題，激發(fā)專業(yè)熱情，進(jìn)而開闊學(xué)生的視野，提升課程整體教學(xué)效果。綜合上述教師給出的方案不難發(fā)現(xiàn)，目前雖然有通過輔助手段提升課程的教學(xué)質(zhì)量的方法，但究其本質(zhì)并沒有達(dá)到“學(xué)生可接受”這一根本目標(biāo)，尤其是針對這樣一門理論要求高但實(shí)際應(yīng)用場景也多的課程，學(xué)生可接受這一目標(biāo)更顯重要。

針對當(dāng)前教育領(lǐng)域普遍關(guān)注的教學(xué)優(yōu)化問題，本文作者深入調(diào)研，與多位在教學(xué)一線辛勤耕耘多年的老教師，具備豐富實(shí)際通信領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)的老工程師以及來自不同學(xué)術(shù)背景、成績各有差異的學(xué)生進(jìn)行了深入的交流和討論，這一系列的訪談旨在挖掘和總結(jié)那些能夠提升教學(xué)質(zhì)量、優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)的有效方法。此外，作者還與學(xué)生進(jìn)行了廣泛的交流，特別是那些在班級內(nèi)成績相對較好和相對較差的學(xué)生。通過與他們的對話，作者了解到學(xué)生對于課程的真實(shí)需求和困惑，以及他們對于教學(xué)方法和內(nèi)容的看法和建議。這些來自學(xué)生的直接反饋，為教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)化提供了重要的參考依據(jù)。本文將重點(diǎn)闡述這些實(shí)際案例，詳細(xì)介紹這些方法的應(yīng)用過程和效果。希望這些案例能夠?yàn)轭愃普n程的專任教師提供有益的參考和啟示，共同推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的提升和學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)的優(yōu)化。

二、課程教學(xué)環(huán)節(jié)優(yōu)化

（一）歷史故事穿插其中，提高課程趣味性的同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生的民族認(rèn)同感

在深入備課的過程中，筆者始終堅(jiān)信將歷史故事巧妙地融入課堂的重要性，筆者選取的這些歷史故事并非隨意為之，它們都與課程的主題緊密相關(guān)。當(dāng)學(xué)生在聆聽這些故事時(shí)，他們的大腦在休息的同時(shí)，也在不自覺地吸收著與課程相關(guān)的知識(shí)。這種寓教于樂的方式，不僅使學(xué)生更容易接受和理解新知識(shí)，還能加深他們對知識(shí)點(diǎn)的記憶，更重要的是，這些歷史故事還能增強(qiáng)學(xué)生的民族認(rèn)同感。通過講述我國古代的典故，學(xué)生可以更加深入地了解我們的歷史文化，感受到中華民族的偉大和智慧。這種認(rèn)同感不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還能培養(yǎng)他們的愛國情懷。以信號(hào)傳輸為例，筆者會(huì)引入“烽火戲諸侯”的典故。在這個(gè)故事中，筆者首先向?qū)W生解釋周幽王如何通過烽火這一信號(hào)來傳達(dá)他需要諸侯出兵相助的消息。接著，筆者會(huì)引導(dǎo)學(xué)生思考，如果在這個(gè)過程中遇到了下雨、天黑或沙塵暴等自然障礙，古人會(huì)如何應(yīng)對？這些問題不僅能讓學(xué)生大開腦洞，發(fā)揮他們的想象力，還能讓他們深刻體會(huì)到古人在信息傳遞中的智慧和困難。通過這樣的討論和思考，學(xué)生不僅能夠了解到信號(hào)在傳輸過程中可能遇到的噪聲問題，還能為后續(xù)的濾波器學(xué)習(xí)建立一定的印象。他們會(huì)意識(shí)到，無論是在古代還是現(xiàn)代，信息的有效傳遞都是至關(guān)重要的，而這種理解，無疑將為他們未來的學(xué)習(xí)和工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）理論與實(shí)踐相結(jié)合，用學(xué)生了解的知識(shí)映射所要學(xué)習(xí)的新知識(shí)，提高學(xué)生的接受能力

在與學(xué)生的日常交流中，筆者時(shí)?？梢月牭饺纭敖處?，這個(gè)概念到底是什么意思，他到底有什么用”等類似的反饋，這些問題體現(xiàn)了學(xué)生對知識(shí)的渴望和對深層次理解的追求。為了更有效地解答這些疑問并促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，筆者在教學(xué)過程中經(jīng)常運(yùn)用一種直觀而生動(dòng)的教學(xué)方法——將所學(xué)的新知識(shí)與學(xué)生生活中常見的物品或現(xiàn)象相聯(lián)系。這種方法旨在幫助學(xué)生建立起新知識(shí)與現(xiàn)實(shí)世界的橋梁，使抽象的概念變得具體而可感。通過這種映射關(guān)系，學(xué)生更容易將所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)與已有的生活經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)而深化對知識(shí)的理解和記憶。以濾波器的講解為例，筆者在課堂上巧妙地引入了篩子這一日常生活中常見的物品作為教學(xué)輔助。筆者向?qū)W生解釋，噪聲就像是被篩子篩掉的石子，它們是無用且干擾我們正常工作的元素。而實(shí)際需要的信號(hào)，就如同篩子過濾后留下的大米，是我們希望保留和使用的部分。而濾波器正是這個(gè)起到篩選作用的篩子，它幫助我們留下我們想要的東西，同時(shí)濾除我們不需要的噪聲。通過這種生動(dòng)形象的比喻，學(xué)生對濾波器的功能和作用有了直觀的認(rèn)識(shí)，他們不再覺得濾波器是一個(gè)遙不可及、難以理解的抽象概念，而是能夠?qū)⑵渑c日常生活中的篩子相提并論，形成深刻的記憶和理解。這種教學(xué)方法不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，還幫助他們更好地掌握了所學(xué)知識(shí)。通過類似的映射關(guān)系建立，學(xué)生在學(xué)習(xí)其他知識(shí)點(diǎn)時(shí)也能夠更加輕松地理解和應(yīng)用。這種直觀而生動(dòng)的教學(xué)方式，使學(xué)習(xí)過程變得更加有趣和高效。

（三）生活場景與課程問題相關(guān)聯(lián)，用講相聲的方式闡述課程的知識(shí)點(diǎn)

在與一線教師的交流過程中，大家普遍反映學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的專注力不高。但是，在與學(xué)生的交流中則不難發(fā)現(xiàn)，其實(shí)學(xué)生不是不能保持專注力，而是學(xué)生樂于接受自己喜歡的內(nèi)容，而對于那些枯燥的理論，則很難提起興趣。針對這一問題，筆者嘗試將課程問題嵌入生活場景中，并利用講相聲這種學(xué)生很容易接受的方式讓學(xué)生找到其中的解決辦法。比如，在講述濾波器的應(yīng)用環(huán)節(jié)，我往往會(huì)設(shè)置一個(gè)場景，即在上課的過程中突然有鳥叫聲，這樣一個(gè)離奇的場景往往會(huì)引得哄堂大笑，讓學(xué)生將注意力轉(zhuǎn)移到課堂上來，接著我會(huì)繼續(xù)設(shè)置場景，即這時(shí)我想知道這只鳥是什么鳥，所以我想先把這個(gè)教師上課的聲音給過濾掉，這時(shí)大家想采用什么辦法，這個(gè)環(huán)節(jié)就是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，即如何過濾聲音，也就是我們最常用的語音濾波器，然后如何分離又成了一個(gè)大問題，這時(shí)就可以讓學(xué)生進(jìn)行自由討論，筆者經(jīng)常會(huì)聽到的答案就包括聲音的大小、聲音的頻率等，聲音的頻率作為正確答案就可以引得學(xué)生進(jìn)行更深層次的思考，即為什么聲音的頻率可以進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生了解頻域分析的必要性。換句話說，這樣一個(gè)實(shí)際案例讓學(xué)生了解了濾波的必要性以及頻域?qū)W習(xí)的必要性，將前后的很多知識(shí)點(diǎn)串在了一起，同時(shí)一個(gè)離奇的故事也讓學(xué)生將注意力重新聚焦在課堂上，讓學(xué)生對課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有一個(gè)更加深入的理解。

（四）歷史人物的小典故進(jìn)入課堂，讓學(xué)生了解科學(xué)精神以及知識(shí)的重要性

在課堂教學(xué)中，我們的目標(biāo)遠(yuǎn)不止于簡單地傳遞知識(shí)給學(xué)生。更為重要的是，我們需要激發(fā)學(xué)生的科學(xué)熱情，培養(yǎng)他們的科學(xué)精神，并讓他們深刻認(rèn)識(shí)到知識(shí)的重要性和力量。這樣的教育過程，不僅要涵蓋知識(shí)的講解，還要融入那些激發(fā)人心、富有啟示性的歷史故事。以傅里葉變換為例，這個(gè)數(shù)學(xué)工具的背后，隱藏著一位偉大科學(xué)家——傅里葉先生。傅里葉先生的一生充滿了傳奇經(jīng)歷，這些故事不僅展現(xiàn)了傅里葉先生深厚的學(xué)識(shí)和卓越的才能，更凸顯了知識(shí)在人生道路上的重要性和價(jià)值。在課堂上，當(dāng)我們向?qū)W生講述傅里葉變換的過程中，穿插講述傅里葉先生的生平故事，不僅能夠幫助學(xué)生更好地理解這一數(shù)學(xué)概念，還能夠讓他們深刻體會(huì)到知識(shí)的重要性。這些故事不僅富有啟發(fā)性，而且能夠增加課堂的趣味性，吸引學(xué)生的注意力，讓他們更加專注于課堂內(nèi)容。通過這樣的教學(xué)方式，我們不僅能夠傳授知識(shí)，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，讓他們明白知識(shí)的力量和價(jià)值。這樣的教育過程，將為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和成長打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（五）緊跟時(shí)代潮流，讓學(xué)生在自己感興趣的領(lǐng)域中持續(xù)成長

通過在課程環(huán)節(jié)中設(shè)置緊跟時(shí)代潮流及學(xué)生感興趣的模塊，讓學(xué)生對其中蘊(yùn)含的知識(shí)更加感興趣，提高課程整體的趣味性。例如，在講到系統(tǒng)穩(wěn)定性的章節(jié)中，為了讓學(xué)生更好地理解穩(wěn)定性的重要性，可以列舉電路課程中學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的過程中出現(xiàn)的問題為例子。學(xué)生在電路實(shí)驗(yàn)中對一個(gè)固定的電路輸入特定的電流，在另一端會(huì)得到一個(gè)固定的結(jié)果。但如果這個(gè)系統(tǒng)中每次輸入都會(huì)得到一個(gè)不同的結(jié)果，那我們做這樣的實(shí)驗(yàn)將毫無意義。用這樣的例子向?qū)W生闡述系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要性會(huì)讓學(xué)生有一個(gè)更加直觀的印象。再比如說，講到數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的時(shí)候，就可以用我們常用的數(shù)字音樂和近代的黑膠唱片做對比。數(shù)字音樂就是一種典型的數(shù)字信號(hào)，比如說我們在不同的聽歌軟件中有不同的清晰度，本質(zhì)上就是采樣頻率的高低導(dǎo)致的。而黑膠唱片則是一種模擬信號(hào)，雖然它很清楚，但是不耐用，黑膠唱片上面的紋路隨著播放次數(shù)的改變會(huì)出現(xiàn)磨損，進(jìn)而導(dǎo)致高音部分和低音部分的音色發(fā)生改變。用這樣的例子在課上進(jìn)行講解，會(huì)讓學(xué)生更好地理解數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩者的聯(lián)系與區(qū)別。

（六）紅色思政融入其中，讓學(xué)生更加直觀地感受我國科學(xué)家艱苦卓絕的紅色精神

在深入講解傅里葉級數(shù)以及傅里葉變換的課程中，我們不僅要聚焦于這些數(shù)學(xué)工具的理論和應(yīng)用，更要以此為契機(jī)，讓學(xué)生感知到我國在相關(guān)領(lǐng)域所取得的令人矚目的高精尖技術(shù)成就。這些成就背后，是我國科學(xué)家們不畏艱難、勇攀高峰的紅色精神。我們期望通過這些實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，鼓勵(lì)他們?yōu)榱宋覈目茖W(xué)事業(yè)及國家發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為例，這是一個(gè)具有全球?qū)Ш?、定位和授時(shí)功能的衛(wèi)星系統(tǒng)，它的研發(fā)過程充滿了挑戰(zhàn)和艱辛。其中，原子鐘作為北斗系統(tǒng)的核心零部件之一，其精度和穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。在原子鐘的研發(fā)過程中，小波濾波技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用，這項(xiàng)技術(shù)能夠有效地濾除原子鐘信號(hào)中的噪聲，提高信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。通過講述這樣的實(shí)例，我們希望學(xué)生能夠理解，我國之所以如此迫切地研發(fā)屬于自己的北斗系統(tǒng)，不僅是為了滿足國內(nèi)日益增長的導(dǎo)航定位需求，更是為了在全球范圍內(nèi)維護(hù)國家的安全和利益。在激烈的科技競爭中，我國科學(xué)家展現(xiàn)出了奮發(fā)向上的精神，他們不畏艱難，勇于創(chuàng)新，為我國科技事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)了自己的力量。同時(shí)，我們還可以結(jié)合錢學(xué)森先生等老一輩科學(xué)家的故事，來激發(fā)學(xué)生的愛國情懷。錢學(xué)森先生是我國航天事業(yè)的奠基人之一，他毅然決然地放棄了美國優(yōu)越的生活條件，選擇回到祖國，投身于我國的國防科技事業(yè)。他的愛國精神和奉獻(xiàn)精神，激勵(lì)了一代又一代的科學(xué)家為我國科學(xué)事業(yè)的發(fā)展而努力拼搏。

通過這些實(shí)例和故事，我們期望學(xué)生能夠深刻理解到國家的重要性，認(rèn)識(shí)到科學(xué)事業(yè)對于國家發(fā)展的重要性。我們鼓勵(lì)學(xué)生以這些科學(xué)家為榜樣，發(fā)揚(yáng)他們的愛國精神和奉獻(xiàn)精神，為了我國的科學(xué)事業(yè)和國家發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。綜合來說，通過在教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)置眾多學(xué)生喜聞樂見的場景，利用類比的方式將抽象的知識(shí)點(diǎn)具體化的同時(shí)，將學(xué)生的注意力再次集中到課堂上，提高學(xué)生的專注力，并且這類具體的現(xiàn)象相較于抽象知識(shí)點(diǎn)更容易激發(fā)學(xué)生的求知欲，提升課程的整體教學(xué)效果。

結(jié)語

通過對課程教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)化，即穿插歷史典故、名人事例、生活常識(shí)等學(xué)生耳熟能詳?shù)闹R(shí)，學(xué)生普遍反映課程的趣味性顯著提高，不僅期末考試成績有了顯著的提升，學(xué)生的出勤率、學(xué)習(xí)主動(dòng)性都有了顯著的提升，甚至發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)生群里就一個(gè)問題進(jìn)行討論的現(xiàn)象。最重要的是，在課程即將結(jié)束的時(shí)候，通過隨機(jī)點(diǎn)名的方式，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生對于學(xué)習(xí)這門課有什么用、這門課能干什么、這門課重點(diǎn)講了什么都有一定的理解。因此，在今后“信號(hào)與系統(tǒng)”這門課的教學(xué)過程中，我們將持續(xù)對課程教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，讓更多的學(xué)生從中受益。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳廣福.Matlab應(yīng)用于“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)探索與實(shí)踐［J］.現(xiàn)代信息科技，2022，6（18）：195-198.

［2］徐梓欣，劉說.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程改革探索［J］.科技風(fēng)，2023（23）：145-147.

［3］袁云梅，李晶，袁曉蘭.信號(hào)與系統(tǒng)的對分課堂教學(xué)模式分析［J］.電子技術(shù)，2022，51（09）：97-99.

［4］錢國兵，王世元，馮昌浩.有效教學(xué)與審美化教學(xué)在《信號(hào)與系統(tǒng)》教學(xué)中的應(yīng)用［J］.科學(xué)咨詢（教育科研），2022（05）：157-159.

［5］解培中，魏昕.“信號(hào)與系統(tǒng)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革和實(shí)踐［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2022，44（02）：78-81.

基金項(xiàng)目：無錫學(xué)院校級重點(diǎn)教改研究課題“新工科背景下智能制造創(chuàng)新型人才‘全人教育’培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：XYJG2023013）”的階段性研究成果

作者簡介：韓基泰（1991—），男，漢族，遼寧大連人，博士研究生，副教授，研究方向：微型鋁空氣電池的加工制造。