信号与系统资源共享课程实践教学改革探讨

刘翠响等

摘要：基于河北工业大学“信号与系统”课程的教学改革成果，主要对其在资源共享课程建设中的实践教学改革进行了探讨。分析了信号与系统资源共享课程整合的必要性，然后结合教学实际，研究了信号与系统资源共享课程实践教学改革的措施，搭建了软硬件相结合、便于实现资源共享的实践教学平台，研制改进了试验设备，取得了较好的教学效果。

关键词：信号与系统；资源共享；实践教学平台

中图分类号G642.0文献标识码：A文章编号：10054634（2015）05009605

0引言

中国大学资源共享课的推出，将进一步推进高等教育改革，有效加快优质教育资源共享的步伐，在促进教育公平、提高高等教育质量、推进高等教育教学改革、更好地服务学习型社会建设等方面发挥重要作用。2012年，以美国为代表的高等教育发达国家兴起了大规模在线教育，这一举措加速了高等教育的全球化发展和全球化竞争鉴于此，建设资源共享课程具有重要意义。

资源共享课共享体现了学校之间的协同、教师与学生的协同、学校与社会的协同。实现资源共享，若进一步结合信息技术的发展与应用，有助于“没有围墙”的大学在不久的将来成为可能。资源共享课也有助于探索中国特色高教改革发展道路[[KG-*6]4[KG-*6]]。目前，我国的高等教育已进入了以提高质量为核心的内涵式发展阶段，加快精品资源共享课程建设对深化课程教学改革和提高教学质量都具有十分重要的意义[[KG-*6]5[KG-*6]]。

近年来，全国各个高校在信号与系统教学中，做了大量的教学研究与改革工作，由于实践教学环节在教学中起着举足轻重的作用，更是教学改革的重点[[KG-*6]6[KG-*6]]。

本文结合河北工业大学的特点，在原有信号与线性系统省级精品课建设和数字信号处理校级精品课建设的基础上，围绕实践教学环节和内容的优化组合做了大量的改革工作，以完成信号与系统资源共享课程转型。信号与系统资源共享课程，将省级精品课程“信号与线性系统”、校级精品课程“数字信号处理”进行合理调整，构建信号与系统大课程体系，对于提高共享资源利用率，促进实践教学的改过与创新，实现由单一课程建设向系列课程的转化，有着极其重要的意义，并且极具可行性。

1信号与系统资源共享课程整合的必要性

在进行“信号与系统”精品资源共享课程建设过程中，将 “信号与线性系统”、“数字信号处理”与“信号与系统课程设计”三个模块理论和实践教学的内容进行科学设计、合理调整，具有重要意义。

1.1[2]由单一课程建设向课程群建设转化的必然结果

精品课程建设是一项综合系统工程。它涉及到师资、教材、教学思想、教学管理、教学方式、教学内容和教学手段等方面，是牵一发而动全身的工程。精品课程建设过程中探索出的许多成功经验，不仅指导了本课程教学改革工作，同时也辐射到部分相关课程。笔者根据信号与线性系统课程在培养方案中的重要地位，为使其在整个人才培养过程中充分发挥示范和杠杆作用，培养创新能力强、综合素质高的电子信息类人才，将单一课程的建设转向省级“信号与信息处理系列课程群”建设。

1.2[2]进行实践教学改革实现资源共享的必要条件

在精品课程建设过程中，根据信号与线性系统课程实践性强的特点，为培养和提高学生的工程应用能力和实践操作技能以及创新能力，率先在电子信息工程、通信工程开设了信号与线性系统课程设计。由于起初课程设计只是针对一门课程进行的，设计内容有较大的局限性，知识面相对偏窄。于是，在经过两年的实践之后，学院调整了课程设计的开课时间及设计内容范围。授课时间调整到数字信号处理课程结束的学期末，两门课程统筹考虑，作为信号与系统课程设计的教学目标，内容宽了，知识点多了，对于正确认识连续与离散信号及系统的关系、区别、分析方法、系统设计方法等起到了很好的作用，教学效果显著。所以，将信号与线性系统课程与数字信号处理课程统筹考虑，综合建设，是实现资源共享、保障实践教学改革顺利进行的必要条件。

1.3提高共享资源利用率的有效措施

[JP+1]建设资源共享课程需要投入大量的人力和物力。每一门资源共享课程都需要有网络平台的支持，建议要有相关的网站。如果像以往精品课程那样建设，势必造成大量的资源浪费，包括网站建设硬件环境，软件维护等。笔者将转型的信号与线性系统、数字信号处理课程，内容密切关联、性质相同、教学手段相近、硬件设备相同、师资队伍同为省级教学团队成员，经过多年的协同建设，已经形成了一个密不可分的整体。因此，将相关课程整合，可以有效提高共享资源的利用率，推动信号与信息处理省级教学团队的建设与发展。

[BT（1+1]2[2]信号与系统资源共享课程实践教学改革的措施

2.1实验软硬件相结合，便于实现资源共享

在自主研制第一代信号与系统试验箱的基础上，升级改进研制了第二代信号与系统实验设备，如图1所示。采用虚拟实验设备与其配套，实现硬件设备、软件仿真资源互补、共享。

信号与系统实验箱包括主板和独立可拆换的实验开发板，以此为基础开设了信号与系统、数字信号处理、课程设计等基础实验、综合实验、系统设计等实践环节。新的实验设备，在改进硬件实验条件后，重新完善配套的虚拟实验环境，采用DDS3X25虚拟信号发生器、DSO3064虚拟示波器搭建了软硬结合的实验平台，如图2、图3所示。按照基础性、应用性、综合设计性、创新训练等层层推进的思路，以“增强感性认识，实现对基础理论的掌握与综合应用，强化工程意识，提高实践与创新能力”为目标，在实验形式上采用软硬件相结合的方法，注重基础性实验，扩充综合性、设计性实验，增设集中课程设计环节。

实践教学实例分析：在模拟信号取样及恢复的实验中，采用信号与系统实验硬件平台，信号取样与恢复实验电路板，DSO3064虚拟示波器，DDS3X25虚拟信号发生器等实验设备进行实验。要求学生理解和掌握时域取样定理，掌握无混叠和有混叠条件下信号取样与恢复的频域分析方法，通过无混叠和有混叠条件下正弦等不同信号取样与恢复测试分析，比较不同取样频率和取样脉冲宽度对取样及恢复信号的影响。信号取样与恢复实验电路板如图4所示，无混叠条件下正弦信号的取样与恢复测试分析如图5所示，四路信号同时显示，切换方便，形象、逼真。

图5无混叠条件下正弦信号的取样与恢复测试分析[JZ）][HJ68x][LL]

通过亲自动手实践，将硬件试验结果与软件仿真结果相比较，提高了学生学习兴趣，加深了对理论知识的理解，强化了工程意识，解决了课程教学难点的教与学。

2.2虚拟仿真与实际试验密切配合

恰当解决强化创新能力、工程实践能力培养与实践教学学时有限的矛盾，是每一门专业课和专业基础课所面临和必须解决的问题。课程资源建设，可以将虚拟仿真实验，特别是硬件仿真实验放于网上，使硬件实验通过仿真软件预习，让学生带着问题走进实验室，效果会更好，同时有效实验时间也会提高。

尤其是在实验开课前，课程组教师进行预作试验，将新仪器的使用方法、注意事项说明及实验具体操作流程进行视频录制，上传到共享资源网站，供学生自学及熟悉仪器操作，提高了实验效果。此外，还要求同学们将硬件实验结果与软件仿真实验结果相对比，并进行分析，从而加深了同学对知识的理解和掌握。

2.3[2]搭建立体化实践性教学平台，实现实践资源共享

针对资源共享转型建设的需要，在现有实验设备条件的基础上进行进一步的研究开发，构建了“系列课程理论内容的融合互补，实践手段软硬结合，技能训练循序渐进，创新思维不断深化”的系列课程教学体系和实践教学平台，如图6所示。[FL）]

该实践教学平台主要包括硬件实验平台、基于PC机的软件实验平台、网络和数据库系统等几大部分。其中，软件实验平台和硬件实验平台通过信号采集/输出模块建立连接，实现硬件实验模块和信号分析处理软件的有机结合。软件平台通过信号输出模块可以灵活提供硬件平台所需的各类实验信号，硬件平台获得的实验结果则可以通过信号采集模块输入到软件平台进行记录、分析和处理，而处理得到结果又可以通过信号输出模块再次加载到相应的硬件模块，进行更为具象化的展示。信号与系统实验综合管理系统界面如图7、图8所示。

利用课程资源共享平台，开发相应的实践教学综合管理系统，对信号与系统实践教学全过程（选题、预习、实验操作步骤、实验结果记录、实验报告和课程设计报告的撰写、课程设计成果验收、报告批阅、实践教学环节成绩管理等）进行网络化的管理，促进学生从被动学习变自主学习，将实践教学模式从千篇一律、机械化的照教学大纲排实验的固定模式，变为自主性的个性化教育模式。

该平台由任课教师设计，学生参加制作。将先进的硬件开发平台和计算机虚拟仪器、仿真平台融为一体，这不仅能极大地满足教学的需要，还能锻炼提高学生的实际动手能力、综合运用知识能力、独立分析解决问题能力和创新能力，为通识教育，创新教育，搭建了良好的教育教学平台。

3实践教学改革的成效

信号与系统实践教学注重培养学生的创新精神、工程意识、实践能力，通过讲座拓展学生的知识面，通过研讨性课程锻炼学生的科研能力，培养学生的创新意识，使学生具有综合性、创新性设计能力，实现对学生知识、能力、素质的综合培养，适应当代社会对高素质人才培养的需求。河北工业大学在信号与系统课程设计教学环节中，采用了老师给出题目，学生自选课题、结成小组，共同查阅资料，分析研究讨论、确定方案、仿真调试、分析总结、撰写设计报告，通过答辩评定成绩的方法，整个过程如同完成一项科研项目，培养了学生基本的科研能力。此项训练为部分学生参加全国大学生电子设计竞赛和“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛并获得省部级以上奖励，奠定了坚实的基础，同时为参加河北省“大学生创新创业训练计划”项目做了必要的技术准备。

4总结与讨论

总之，在实践教学中，借助于资源共享平台，改进实践教学环节的组织形式，并采取相应的技术手段，促进了学生主动学习，实现实践教学学时的最优化利用，提高教学效率，改善教学效果。学生利用信号与系统课程共享资源，可不断加强师生互动交流，使学生学习了解的内容更全面，获取知识的形式更方便、途径更广泛，教学效果更显著。

参考文献

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