创新性思维在信号与系统实验教学中的探讨

王忠勇，许莹婧

(武夷学院电子工程系，福建 武夷山 354300)

信号与系统是电子信息技术、通信工程、信号图象处理等专业的一门重要的专业基础课，课程内容涉及多个学科，实用性强，对后续专业课起着承上启下的作用。［1］该课程涉及的基本方法和基本理论应用于工业生产和信息产业的各个领域。信号与系统的教学中，实验质量关系到学生创新能力的培养和动手能力的提高，是一个非常重要的教学环节。［2］长期以来，“信号与系统”课程多采用理论教学方式，忽视实验教学，所做的实验都是验证性的，综合性和创新性实验少，极大地影响了学习效果。由于缺少创新性实验教学，学生将精力和时间用于繁杂的手工数学运算，不能真正理解理论知识在实践中的实际应用。运用创新性思维，设计实验，增加创新性实验在教学中的比重，强化综合性实验设计，培养学生在学习中的主动性和积极性，提高学生分析和独立解决问题的能力，不断提高教学质量。［3－4］

本文总结了我们在信号与系统实验教学改革中开展创新性实验教学的经验体会。由于信号与系统课程的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，为此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力［5］是必须的，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。

一 实验的创新性设计

1.实验内容的设计。

信号与系统的实验教学中，需要通过实验提高学生动手能力，培养创新能力，为此我们课题组教师精心设计每个实验，对实验内容、实验方法进行认真的研究，对验证性实验在原有的基础上改进内容，提高实验要求，对创新性实验和综合性实验，不给出结果，只给出研究方向，重在强化学生运用已学知识分析问题的能力，让学生在得到实验结果时，学会自己分析结果。对于学生的分析结果，从积极的角度来考虑，不打击学生学习和探索的积极性。

按照实验大纲的教学要求，安排2－3名教师深入企业生产过程，提取符合学生水平的内容用于实验中，结合理论课程的教学，形成一个包括软件和硬件的完整系统。在保证时间和实验条件可行的情况下，实验内容选定的难度不断拓宽，利于培养学生不断提高专业素质。例如我们深入企业联合开发电子类产品，如非线性电机的控制电路、烟草烘烤温控电路等生产项目，这些实验选题内容新颖，紧密结合实践，富有创新性和实用性，为学生动手能力的培养提供了很好的机会。

2.实验与科研项目结合。

在实验内容的设计上，我们积极与有科研项目的老师配合，结合工程实践和科研课题，从不同层次的科研项目中提取实验部分的内容，经过改进后作为学生的创新性实验。这些实验着重于对理论知识的创新。通过对学生的调查反馈表明，这些课题类的实验可以使学生及时了解本领域最新的知识，更好地培养学生创新能力和动手能力。

3.学生自己设计实验。

由于信号与系统对实验的要求比较好，我们课题组在实验部分，对某些实验由验证性实验变为探索性实验，增加学生设计实验的环节，所有的实验内容均为设计性的。每个实验只给出课题，只提供基本的设计思想，不提供具体的电路与程序。教师组织学生分析实验设计情况，对分析正确的实验再设计方案实施，这种学生设计的实验，具有随机性和不确定性，可以将不同学生的思维整理放大，并相互学习具有很好的价值。实验课的特点就是学生可以自己动手，信号与系统课程的验证性的实验比较简单，实验目的和实验过程以及实验步骤都是设计好的，学生只要按照要求做，实验结果可以和标准答案比较。实验的过程就是探索的过程。

二 培养学生的创新性思维

为了培养学生的创造性和发散性思维，［6］我们增加了创新性实验的比重，用创新性实验辅助理论知识的学习，在教学的过程中以开拓学生的思维为主。对综合性实验题目，不能遵循已有的定理和公式，不提前为学生提供答案，学生在解答了问题后急于知道的是其标准答案。而对于和实际问题结合紧密的信号与系统是没有标准答案的，在不同的条件认定下，在对问题从不同的角度审视时，解决问题的方式和方法是不同的，对结果优劣的评价也是相对而言的。

在实验过程前首先提出问题，让学生从不同角度提出不同的解决方案，共同讨论在处理问题时可能出现的情况，在讨论中得到有创造性的思想和独到的见解，比较不同解决方案的优缺点，逐步培养学生的创新性思维。通过这种方法提高了学生的学习热情，不断发现在学习上存在的不足，拓展了学习思路，这是运用创新性思维教学的成果。

1.从不同角度分析实验结果。

信号与系统课程是专业基础课，实验内容主要训练学生通过观察实验结果，分析实验数据，从而找出事物之间相互的关联。例如在分析一个实验的信号电流时，就从不同测量时刻的影响因素，电路的输入端，中间干扰环节等几个方面着手，通过学生自己去调研及合理设定来分析。在不同的假设下，模型与结论可以是完全不同的，培养学生全面分析问题的思维。

学生在做完实验后，都要安排对实验结果的分析，我们认为对试验结果的分析和做实验是同等样重要的，可以使学生在相互评议中了解别人的想法并从中得到启发。尤其是在设计实验阶段，由同学分析别人设计的实验，教师点评，然后和得到的实验结果分析比较，学生能从这个过程中学会很多，当然这对教师的要求也相应提高了。

2.从模仿到创新。

对工科类的学生，要学会创新，首先是模仿，模仿是创造的基础，目的是要逐步培养学生丰富的想象力，能利用实验研究一些未知的事物，比如，在试验中，可能会得到预先没想到的结果，对这些结果的分析，就需要从模仿开始学起。在学生具备了初步的设计实验能力以后，就要开始学习设计探索性的实验。模仿同时也是学习的过程，每做完一个实验，相当于完成一个小课题的研究。这种全新的设计性实验。首先要将已有的实验，从实验目的到实验过程，以及实验结果一步一步地分析，看这个实验是要揭示什么原理，为什么要这样设计，具体要利用什么电路元件，学会了这些，基本就熟悉了本实验的设计过程。然后再用逆推法，设计新的实验。我们课题组用这个方法两个学期以来，效果很好，这些学生参加大学生电子设计大赛的成绩普遍比较好。

3.学会查阅资料。

本科生不是研究生，做研究的时间比较少，还不会主动地查阅资料，在我们做创新性实验的过程中，发现很多学生由于知识的局限影响了对实验结果的分析。所以我们要求学会利用图书馆工具查阅资料的方法。有目的的让感兴趣的学生针对某一主题查阅资料，让学生学会有鉴别的搜索和学习，网上资源越来越丰富，可利用的学习手段也越来越多，我们的课堂作业中就包括结合课题收集相关资料及参考书籍，并学会使用已有的知识体系求解问题的方法。

三 培养学生的合作意识

信号与系统的实验要依靠小组成员的相互配合。我们从学期开始就逐步培养学生的合作精神，学会分工合作，学会资料共享。在实验过程中，发现有些学生和小组其他成员不能有效合作，或者分工后合作不融洽，在对实验结果做分析时不能较好地展开交流，比如讨论时不讲话或讲不清要表达的意思等现象。通过教师地逐步引导，不断培养学生的合作精神，在做实验时大部分学生都能很快商议、分工并进入工作状态。教师在每次试验后，会要求实验小组成员做反馈，每个学生就自己负责的部分做出总结，小组写出一份实验总结。

四 总结

为保证提高信号与系统的实验效果，提高教学质量，在学校质量工程项目基金的资助下，我们课题组不断进行实践与探索，并有针对性地对学生进行培训，结果表明我们的创新性思维方法，可以使学生的动手能力、实践能力得到很好的提高。教学效果反馈表明这种实验理念的运用，大大增强了学生的动手能力，促进了理论教学的发展，使实验教学和理论教学相互促进，整体教学质量不断提高。

如何更好地把创新性思维运用到实验教学中，充分调动学生的积极性和创造性，发掘学生的能动性，开发学生的潜力，是我们下一步要继续做的工作。

［1］郑君里.教与写的记忆—《信号与系统》评注［M］.北京:高等教育出版社，2005:271－273.

［2］唐凤娥.高校实验教学管理中存在的问题及对策［J］.长江大学学报(自然科学版)，2010(33):2:96 －97.

［3］倪凤祥.现代设计教育改革的再思考［J］.首都师范大学学报:社会科学版，2007，4:21－24.

［4］陈传联.大学教育必须注重大学生实践能力的培养［J］.求实，2004(11):264 －265.

［5］张林.实验课程体系改革的探讨.实验室研究与探索［J］.2001(4)，14 －16.

［6］薛长虹，于凯.谈大学生科研能力的培养［J］.山东大学学报(理学版)，2004，39:102 －104.