信号与系统课程教学改革与实践

陈爱萍,张可为,龙泳涛,林 愿

(湖南工程学院电气与信息学院,湖南湘潭411101)

信号与系统课程教学改革与实践

陈爱萍,张可为,龙泳涛,林 愿

(湖南工程学院电气与信息学院,湖南湘潭411101)

以信号与系统精品课程建设为依托,根据该课程特点,提出了该课程的教学方法和手段的改革措施。在教学方法上,将课堂教学、M A TLAB仿真示例、课堂研讨、网络教学与学习等结合起来;在教学手段上,将传统板书和多媒体教学相结合;在实验教学方面,将硬件实验和软件实验相结合。实践证明,这些改革措施有效地提高了教学质量,取得了很好的教学效果。

信号与系统;教学改革;MA TLAB

信号与系统是电子信息类专业的核心技术基础课,以高等数学、复变函数、电路分析等课程为基础,同时又是数字信号处理、通信原理等课程的基础,在课程体系中有着承上启下的作用。该课程的基本分析方法和原理广泛应用于通信、数字信号分析与处理、数字语音处理、数字图像处理等领域。因此提高信号与系统课程的教学质量,让学生掌握信号与系统的分析方法和理论,对后续专业课程的学习及毕业后从事专业工作的能力,都具有重要意义。

课程组以精品课程建设为依托,根据理论与实践并重的原则,对信号与系统课程的教学内容、教学方法和手段进行了一系列的改革。

一 教学方法的改革与实践

在教学方法上,将课堂教学、MA TLAB仿真示例、课程研讨、网络学习等有机地结合起来,并充分利用多媒体教学手段提高教学效率、激发学生的学习兴趣和热情。在教学过程中,注重基本理论、基本概念和基本方法,淡化计算技巧。以现代信息的观点审视传统内容,删减与保留,这一观点贯穿在整个教学过程中,激发学生综合应用所学知识进行科学观察、进行新知识探求的思维能力。将数学概念、物理概念及工程概念有机结合。

(一)课堂教学

“信号与系统”教学内容可以概括为两种系统(连续系统和离散系统)、两类方法(时域解法和变换域解法)、三大变换(傅里叶变换FT、拉普拉斯变换L T、Z变换ZT)。在教学内容上,连续系统和离散系统的时域分析法是基础,傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换分析是难点。其中傅里叶变换是主线,通过它可以将拉普拉斯变换、Z变换分析联系起来,成为一个整体,互相渗透,便于学生理解和掌握。

在课堂教学中,重点讲解信号与系统的基本原理、基本概念与基本方法,并联系其物理意义和工程意义。我们以工程应用为背景,密切结合基本概念介绍通信、控制、信号处理方面的应用实例,有利于激发学生的学习兴趣和热情;内容取材时,不仅要体现课内知识点之间的内在联系,还体现电路分析、信号与系统、数字信号处理、通信原理等课群之间的相互关系。

(二)引入M A TLAB仿真软件

在教学中,引入M A TLAB仿真软件,给出MA TLAB仿真例题,帮助学生理解信号与系统中的物理概念。例如傅里叶级数中的信号的分解与合成难以理解,课堂上给出MA TLAB程序,演示运行结果,如图1所示,从图1清楚地看到7、21、41次谐波合成周期矩形波的结果。

如图2所示为尺度变换对门函数及频谱的影响,从图2中可看到时域中扩展,频域中压缩;反之,时域中压缩,频域中扩展。

如在讲解傅里叶变换的频移性质时,说明频移性质应用于信号调制解调,用MA TLAB程序进行仿真演示,观察调制解调前后的波形,还可用simulink模型实现信号的调制与解调,非常直观、生动,便于学生理解。

我们在课堂上,给出了信号的产生、运算(包括移位、反折、相加、尺度变换、卷积等)、画频谱图、信号的分解与合成、画幅频特性和相频特性、求系统的响应、画零极图等MA TLAB示例,并将示例放在了网上,要求学生下载自己练习。

(三)课堂研讨

在课堂研讨中,有在线和离线两种方式,同学们提出的疑难问题,可以发布在bbs公告版上,然后学生一起分析研讨,并提出解决方案。也可以由老师在课堂或以电子邮件方式回答。在此过程中,可以将多门相关课程的内容综合起来,也可以是对某些概念的理解或学习心得体会,也可以交换学习和实验的内容,以相互促进,共同提高。

(四)习题课

信号与系统课程概念多、数学公式与定理多,想让学生掌握知识点,需配置一定比例的习题课。它是授课的延伸与拓展,是帮助学生消化和巩固所学知识、培养学生运用理论解决实际问题能力的重要环节。部分习题要求学生用MA TLAB软件完成,促使学生熟悉该软件的使用,为后续的数字信号处理、数字图像处理等课程的实验打下基础,同时有利于将软件应用于毕业设计。课余定时辅导和答疑,批改完作业后,总结作业中出现的问题,集中讲解。

(五)网络教学与学习

利用网络资源,在多媒体教室中,可以将多种教学方法有机地结合起来,利用电子教案、网络课件、MA TLAB仿真环境等教学手段,实现边学习、边实践、边研讨。

信号与系统的精品课程网站上提供了教学大纲、电子教案、试卷库、网上测试、习题解答、教案、MA TLAB练习、实验指导、参考书目等资源,满足学生的自主学习需求;此外我们建立了交互式的教学网站,可以通过网络与学生交流,在网上可以发布教学信息、布置作业、答疑等,还可进行模拟考试。

立体化的学习环境能把学生从“死读书,读死书”中解放出来,还学生一个丰富多彩的心灵世界。通过多种教学方式,教师可以根据教学实际情况灵活调整教学内容,促进教和学之间的交流。

二 教学手段的改革

为了有效地帮助学生解决信号与系统课程的重点和难点,在教学过程中,教师除了研究教材内容和教学规律,强调尊重学生的主体作用和主动精神,采取多种教学方法因材施教外,还要在教学手段上,充分利用现代多媒体电子教学,进行网上学习、交流沟通,将现代科学技术充分应用于教学改革之中。

(一)现代手段与传统教学方式有机结合

将多媒体课件的形象生动、图文并茂、课堂信息量大等特点与传统教学中所采用的层层递进的逻辑推理、起伏有致的教学节奏以及灵活多变的课堂调控等方法有机地结合起来。

(二)多媒体教学软件与MATLAB软件优势互补

自制的课件,在部分章节中将M A TLAB等软件链接进去,利用MA TLAB仿真环境等教学手段,改善教学效果,提高教学质量。

教师教学中对于信号与系统课程的重点和难点的处理方式是将理论和实际相结合,既有严密的理论体系,又有生动的工程实例。注重对基本概念和基本方法的介绍,在理论推导中引出工程应用的概念,在实例分析中强化理论概念,加深学生对信号与系统理论的认识和理解。

三 实践教学的改革

为了培养高素质应用型人才,实验教学环节是必不可少的,在实验教学中,采用硬件实验和仿真软件实验相结合的方法,改变传统的实验方法,有效地实现新的实验教学目标,提高学生综合应用所学知识分析问题的能力,培养合作精神及创新意识。实验由易到难,开设了零输入响应和零状态响应、抽样定理、二阶系统特性测试、模拟滤波的分析、模拟滤波的设计等硬件实验。硬件实验集中到实验室完成,软件实验学生自己利用课余时间完成,实验内容体现多层次,主要完成连续系统的实验,离散系统的实验在数字信号处理课程中完成。实验强调过程,要求学生运用理论知识分析实验结果。

四 教材建设

选用高等教育出版社出版的、郑君里等编写的国家级重点教材《信号与系统》(上下册),课程组成员编写了信号与系统实验指导书和数字信号处理实验指导书。

五 结 语

信号与系统课程的公式图表非常多,在网络教学中学生提问和教师答疑遇到公式和图表的输入会非常困难。因此网络答疑平台的建设是亟待解决的一个重要问题。

今后课程建设的重点是继续进行课程体系、教学内容及方法的改革;继续完善CA I课件,提供更多的M A TLAB仿真示例;完善试卷库系统的研制与应用,加大考核改革力度;完善网络教学系统,建立网上虚拟实验室。

[1]郑君里,应启珩,杨为理.信号与系统:第2版[M].高等教育出版社,2005.

[2]刘翠响,王宝珠,吴焕丽.信号与系统精品课程建设的探讨与实践[J].河北工业大学成人教育学院学报, 2006,(3):16-20.

[3]王松林,等.“信号与系统”国家级精品课程的建设与实践[J].高等理科教育,2008,(3):145-148.

[4]陈后金.信号与系统[M].高等教育出版社,2007.

[5]熊庆旭.“信号与系统”中三个层次教学探索[J].电气电子教学学报,2009,(1):5-7.

[6]许 波,陈晓平,等.“信号与系统”课程教学改革思考与实践[J].电气电子教学学报,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

陈爱萍(1964-),女,湖南浏阳人,硕士,副教授,研究方向:数字信号处理、数字图像处理。

(责任编辑:郝树平)