应用型人才培养目标下的信号与系统课程教学模式

　　摘要：建立一种行之有效的、应用型人才培养目标下的信号与系统课程教学模式已成为当前人才培养的重要课题。本文从师资队伍建设、教材建设、教学方法改革、实践环节改革等方面对应用型人才培养目标下信号与系统课程的新的教学模式进行论述。
　　关键词：应用型人才培养；教学方法；师资建设；教材建设；实践教学
　　
　　随着我国社会经济和科学技术的迅速发展，各行各业需要大量具有宽厚的专业理论知识和突出的实践能力的“应用型人才”。本科院校成为培养本科层次应用型人才的主体，既符合我国社会与经济发展的客观要求，也是我国高等教育多元发展的必然趋势。在我国高等教育大众化阶段，教育质量问题越来越受到人们的关注，培养什么样的人才，怎样培养人才等问题己经受到各方面的重视[1]。
　　1师资队伍建设是应用型人才培养的根本
　　在高校培养人才过程中，教师和课程是两个起决定作用的因素。只强调其中一方都达不到理想的教学效果。师资培养是教育改革的前提，改革成功与否关键在于教师的参与程度。只有教师认同改革理念，参与改革过程，才能使改革成功。教学方法、教学手段、教学内容的改革，都只有通过教师才能得以落实。
　　教师专业发展是课程改革的重要内部支撑力量，有效的课程领导是教师参与课程改革的重要外部支持系统，内外相结合，才能推动教育改革的进程。教师不仅是知识的传授者，更应是学生全面发展的促进者。因此，在教师培养过程中，对教师的人格修养、人文素养、教育反思能力、激活创造能力、开发和利用课程资源的能力、支持学生有效学习的能力等都提出了更高的要求[2]。
　　多年来，我们一直重视教师队伍建设，并结合“信号与系统”省级精品课建设，组织了一支精干的教学队伍。本门课程的教学人员共7人(博士4人、硕士3人)，其中教授2人、副教授3人、讲师2人，由此形成了以教授为龙头、副教授为骨干、讲师为中坚的教学队伍。梯队教龄、职称的分布合理形成了一支高水平的老中青结构合理的教师队伍。这些教师长期从事“信号与系统”课程教学，并工作在科研第一线，负责或参加多项科研项目，具有较强的科研能力，有多年从事教学与科研的群体优势。大家积极开展科研活动，以科研促进教学，注意将科研成果及时渗透到教学中，使课堂教学水平不断提高，也为学生开拓思路和了解学科前沿打下基础，他们先后指导学生设计并完成了多个开发课题，同时，在教学过程中每周都组织教研活动，结合学科的发展动态规划课程教学体系，根据教学内容交流教学方法和教学手段，发现新问题及时解决，做到资源共享。这支教学队伍可以说是一支既能从事教学又能从事工程实践的“双师型”教学团队。
　　2教材建设是应用型人才培养的保障
　　教材建设是课程建设的重要组成部分，它既是课程培养目标和基本要求的具体体现，也反映了教师的教学理念。因此，我们必须将以应用型人才培养为目标的课程体系和教学内容改革的成果落实在教材建设上。教材建设中，我们应注重体现基础性和先进性，体现人类的认知过程和认知规律，体现知识点之间的内在联系，体现专业特色，特别要注重理论与工程实际之间的联系。
　　为此，我们新编了信号与系统系列教材，在进行主教材编写的同时，同步进行多媒体课件的制作，并计划逐步编写“信号与系统复习指导书”和“信号与系统实验讲义”，建立信号与系统的教学网站，实现教学录相上网，构成和谐完整的立体化教材体系。
　　与以往同类教材相比较，主教材的编写具有如下创新点。
　　1) 加重离散部分内容，适应计算机专业需要。由于信号与系统课程属于专业基础课，其重要功能就是为后续课程打基础。随着计算机的使用以及相关课程不断增补到各电类专业授课计划中，尤其是计算机专业，为了满足后续课及新技术发展的需要，在信号与系统课程教学过程中加强离散信号与系统分析势在必行。基于此，主教材将离散部分分析与连续部分分析并行，进而强调离散部分的重要性。
　　2) 每章配备应用举例和习题，增强内容吸引力。根据每章的具体内容，结合当前通信(如网络通信，3G等技术)、自动控制(如系统设计、空间技术)、信号处理(如模拟、数字滤波器、计算机图像处理等)方面的最新技术，结合教师多年的科研实践增加新的应用举例。同时，在每章的课后，配备适量的习题，力求使习题与实际相结合，避免学生出现单纯做题的现象，这有助于激发学生学习的志趣和热情，推动学生灵活、深入地理解和掌握基本概念。
　　3) 科技应用软件Matlab的应用，可以增强学生对本课程的理解能力和分析问题、解决问题的能力。为了加强理论知识与实际相结合，培养学生的应用能力及工程素质，教材单设一章，专门讨论Matlab在信号与系统分析中的应用问题。同时也根据课程的特点设计若干基于Matlab的仿真实验，通过在计算机上模拟信号的分析处理过程和系统功能，完成各项实验内容，从而代替传统的试验箱进行的演示实验。同时，它也可以复习和强化信号与系统课程中的一些重要概念。是对信号与系统分析的巩固和验证，有助提高学生利用计算机辅助分析方法解决问题的能力。
　　先进适用的教材不仅对推进教学现代化，提高教学质量具有明显的效果，而且能够培养学生的创新意识。信号与系统课程教材建设涉及到教育思想、教学内容、人才培养规格和知识结构等方面，是一项系统工程与基础工程。教材建设要求教育工作者要转变教育观念，以素质教育为中心，把传授知识、培养能力和提高素质三者有机结合起来，并融为一体，不断改进，以期达到令人满意的教学效果[3]。
　　3教学方法的改革是应用型人才培养的必要手段
　　教学改革的核心是教学方法的改革，教学方法主要体现在课堂教学过程中。在课堂教学中，如何实现由以教师为中心向以学生为主体、教师为主导转变；由单向灌输向师生互动转变？如何将知识传授与综合能力培养相结合？对此，我们进行了较深入的探索和实践，在信号与系统课程的课堂教学中综合使用了3种教学方法。
　　1) 全面推行“问题”教学方法。应用型人才培养的思想强调以培养学生发现、分析、解决问题的能力为主要目的。“问题式”教学法就是教师以设置问题或提问方式引入知识点，引导学生思考并鼓励学生回答。此种方法的正确使用对于提高学生的素质和学习兴趣、调动学生的主观能动性、培养学生的创新能力都有积极作用。围绕问题展开教学活动，激发学生自觉思考、主动探索，引导学生不断发现问题、提出问题、分析问题并最终解决问题，培养学生的创造性思维。
　　“问题”教学法的关键是首先找出教学主题的切入点，激起学生强烈的兴趣(以引起好奇，产生疑问为主要特征)，产生学习的内动力，进而把兴趣切入到对教学主题的讨论上。比如在信号与系统教学中，在介绍一些重要理论之前，可通过一个例题或工程实际问题或实验演示来引入问题，设置疑点，使学生处于思维兴奋状态，然后展开讨论，最后进行归纳总结，并实时进行课堂互动测试。教师只要精心设计，很多教学内容都可以找到恰当的切入点。这种教学方法的设计可以使学生充分融入到课堂中去，使课堂气氛变得活跃，使学生的学习热情被调动起来，激发学生的参与意识和求知欲望[4]。
　　2) 现代化教学手段的运用。利用Matlab超强的数值计算和波形绘制能力，使复杂的数学计算和变换变得简单明了，这有利于帮助学生将视线从教学计算的过程转向计算结果所对应的物理意义；Matlab也为实现信号的可视化及系统分析提供了强有力的工具。Matlab强大的工具箱函数可以分析连续信号、连续系统；同样也可以分析离散信号、离散系统，并可以对信号进行各种分析或计算，如相加、相乘、移位、反转、傅里叶变换、拉氏变换、Z变换等多种计算。如果教师能结合以图形来辅助教学，那就能达到事半功倍的效果，从而提高教学质量及效率[5]。
　　
　　3) 结合课程所学内容，抓住当前新技术，制定课外作业。在实际教学过程中，除了书本上的作业以外，还要找出与现代先进技术的契合点，结合所学内容及时找出学生感兴趣、想了解的“信号与系统”理论的应用领域。例如，在学习信号与系统频域分析以后，可以根据学生最熟悉的手机及互联网技术提出：为什么大家的手机号码不同？一代手机(模拟)与GSM手机的通讯原理有什么不同？为什么GSM和CDMA手机卡不能通用？3G是什么意思？调制解调器在网络通讯中的作用是什么？学生可以选作，但是必做其一。
　　4实践环节是应用型人才培养的有力平台
　　应用型人才培养要求工科高等教育应针对综合素质教育，而非应试教育。传统的教学模式必须向提高学生综合素质、理论与实践相结合的能力的目标发展，并将培养学生的创新精神与创新能力作为重点。在达到和实现这一目标过程中，实践教学改革起着至关重要的作用，加强实践教学环节的改革已势在必行。我们将信号与系统的实践教学分为实验环节和课程设计两个方面。
　　4.1实验环节
　　信号与系统实验可以加深对信号与系统理论的理解，掌握实际信号与系统处理技术。实验课不是课堂教学的补充或可有可无的形式，而是课堂教学的延伸。实验教学和理论教学是一个统一的有机体。根据实验教学目标的层次划分，我们将信号与系统的实验分为两个层次。
　　1) 基于硬件实验箱的基础实验。作为基础型实验是以验证性为主的实验，主要针对原理性和抽象性强的知识点进行原理性的演示和验证。目的是培养学生的动手能力和实际操作能力。信号与系统课程共开设4个基础性硬件实验，分别为“数字示波器的使用”、“零输入、零状态及完全响应”、“非正弦周期信号的分解与合成”以及“线性系统的频率特性测试”。
　　2) 基于Matlab的仿真实验。基于Matlab的信号与系统仿真实验主要以综合性为实验内容。综合性实验综合和升华信号与系统的知识点，将部分分散的理论知识点进行有机整合，同时与其他课程或实际系统相联系，拓宽和加深学生的知识，实现从知识点到知识面的过渡，培养学生的创新性和科研素质。
　　在Matlab系统仿真实验中，共有5个实验，分别为“周期信号频谱分析与综合”、“信号的矩形脉冲抽样与恢复”、“系统函数零极点及稳定性分析”、“信号调制与解调”、“低频滤波器设计及验证”。采用Matlab仿真实验，可以做到一人一组，甚至学生可以突破时间和空间的限制，在任何地方利用计算机完成实验，通过电子邮件等各种形式提交仿真程序和实验结果，实验方式具有极大的灵活性，从而有利于提高学习效率。其次，实验课程中计算机仿真技术和网络技术的结合，使远程仿真实验融入到了网络教学中，完善了远程教学系统。
　　4.2基于各种大学生设计竞赛的自主课程设计环节
　　课程设计从应用型人才培养目标出发，培养学生掌握并运用信号与系统基本理论、基本知识和基本技能。全国大学生电子设计竞赛、大学生创新设计大赛等一系列科技竞赛活动有助于高校实施素质教育，培养大学生的创新能力、协作精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践能力的培养、提高学生对实际问题进行电子设计制作的能力。
　　我们设定的自主设计，如“数字式频谱分析仪设计”、“数据采集与传输系统设计”、“音频信号分析仪”、“程控数字滤波器”等题目都是以提高学生自主创新意识和实际工程应用设计能力作为主要培养目标。基于大学生设计竞赛的自主设计优点在于相同的题目，不同的学生设计的过程可能完全不同，它既锻炼了学生独立分析问题和解决问题的能力以及创造性思维能力，又使学生在第一时间了解到科学发展的新动向，尽快掌握新技术并熟练运用。
　　5结语
　　信号与系统是一门理论与实践并重的课程，对师资、设备、教学方法和实践环节要求都很高。随着我国社会主义市场经济体制和经济结构的战略性调整，社会各方面对应用型人才的需求量越来越大。这就要求我们要加大应用型人才的培养力度，在新的培养目标下相应地调整教育教学思想和方法。以上是我们信号与系统课程小组的想法和做法，它还有很多欠缺和不足，但希望以此起到抛砖引玉的作用，并且能和同行一起，通过讨论，建立起一套适合普通院校的应用型人才培养目标下信号与系统课程教学改革的新模式，不断地从教学实践中提升教育理论，再以教育理论指导实践，从而探索出一条应用型人才培养的有效途径。
　　
　　参考文献：
　　[1] 王玉萍. 地方性本科院校应用型人才培养研究[D]. 武汉：华中农业大学，2009:6.
　　[2]