信号与系统课程教学改革的实践探索

张晨光 安 树 刘正春

军械工程学院车辆与电气工程系 河北石家庄 050003

信号与系统课程教学改革的实践探索

张晨光 安 树 刘正春

军械工程学院车辆与电气工程系 河北石家庄 050003

信号与系统是电气、通信类专业的一门重要的专业基础课程。为了改变过去以理论讲授为主导的教学思路，适应新形势下部队技术人才的培养需求，课程组结合自身教学经验，从课程教学内容、信息化教学模式和实验教学三个方面对课程教学改革问题进行了阐述。

信号与系统；课程改革；网络教学；实验教学

信号与系统以高等数学、电路分析课程等为基础，是一门研究信号与系统理论、关系及分析方法的专业基础课程，具有很强的理论性和应用性。［1］在以往的教学过程中本课程主要以理论讲授为主，课堂上数学公式、理论推导较多，而实践环节相对薄弱，从而导致了课堂气氛不活跃，学生学习积极性不高，能力提升不明显的问题。为了适应新形势下部队技术人才的培养需求，课程组近两年主要从教学内容、教学模式和实践应用这三个方面入手，开展了一系列以提升学生综合能力为目标的教学改革实践活动。

1 针对授课对象特点 优化课程教学内容

信号与系统课程概念抽象、公式繁多，对学生的数学基础要求较高。［2-3］之前的教学过程中，课程内容涉及面较广，讲解时注重概念、方法和推导计算，这种授课方式在课时安排较为宽裕的情况下有利于学生打牢基础。但是，随着学院全面教学改革的推进，在面对课时压缩和学生专业能力提升的双重压力下，我们必须进一步提高授课效率，对教学内容进行优化整合。

1.1 依据课时压缩的内容优化

本课程计划学时由过去的50学时减少到现在的40学时，授课时间明显减少。为了适应新的课程标准，在讲授内容方面主要保留信号系统基础、卷积、傅里叶变换、拉普拉斯变换和z变换，将系统函数章节内容打散后融入变换域的分析当中，略去系统状态变量分析章节。同时，在讲解中将信号、系统求解的数学推导过程弱化，重点强调两者的联系、物理意义，注重总结方法和对结果的分析，增加联系实际应用的教学实例，提高学生学习的兴趣。［4］

1.2 紧贴专业需求的内容优化

本院的信号与系统课程主要针对电子类专业本科生，属于专业基础必修课程。过去每期授课的教师和所教专业不固定，所有专业讲授内容完全一样，在各自专业课程体系方面虽然能够起到了一定的承上启下作用，但还无法完全满足新的专业人才培养需求。因此，课程组在安排任课教师上做到了定人定专业，在保证教学内容总体一致的前提下，针对不同专业的特点做出适当调整。例如，针对雷达、火控等专业，重点加强拉氏变换、系统函数、稳定性等方面的教学内容，以满足自动控制课程的侧重需要；而针对电力工程专业则重点加强连续、离散信号分析、傅里叶变换等内容，为后续信号处理、测试类课程打下基础。

2 发挥网络学习优势 丰富课程教学模式

在课程教学改革之后，依靠仅有的40学时课堂讲授和实验操作就想把信号与系统这门课学好，这对于绝大多数学生来说显然是不现实的。所以，除了课上的被动接受式学习之外，如何充分利用课余时间巩固所学知识，激发学生自主学习的积极性就显得尤为重要［5］。多媒体和网络技术的快速发展，为学生开展自主探究式学习提供了有利的技术条件，课程组基于学院的网络教学应用系统搭建了信号与系统网络课程平台供师生交流和学习使用，取得了不错的效果。教学系统可实现自主学习、师生互动、综合评价及资源管理四大功能，其主页如图1所示，包含教学提示、实时教学、讨论交流等几个栏目。

图1 “信号与系统”网络课程主页

2.1 自主学习功能

该功能由“教学提示”栏目来实现，除了介绍课程及章讲的概述信息之外，还针对每讲内容提供了大量教学资源供学生自学使用。其中，“网络教材”为纸质教材的简化电子版，以网页形式呈现；“电子教案”为课堂上授课的配套课件；“讲授教材”为本讲内容的授课录像，可配合课件同步演示；“典型实例”为本讲相关的例题和实例资源；“教员教案”为教师编写教案的电子版，供部分要求较高的学生参考使用。通过以上教学资源，学生可灵活运用课余时间完成复习巩固及预习工作，有效弥补了课堂教学时间的不足。

2.2 师生互动功能

该功能包括“实时教学”“答疑”和“讨论交流”三个栏目。“实时教学”可实现师生间的网络视频对话，面对面进行交流指导和问题反馈；“答疑”栏目提供本课各章讲的常见问题列表，学生也可针对课堂讲授内容提问留言；“讨论交流”栏目为师生交流论坛，可发帖分享学习体会。

2.3 综合评价功能

该功能由“作业”“考试”及“效果分析”三个栏目组成，用于实现网上作业的布置与批改，课中测验的组织实施，学习效果及平时成绩的统计分析。

2.4 资源管理功能

该功能按文件格式汇总了本课程所有的多媒体教学资源，包括课件、视频、动画等内容。教学资源由教师上传并定期维护管理，学生可随时下载查看。

网络课程平台使用后，通过自主学习和互动功能，教师课上只需点明各讲重点和实践应用内容，不用再花费较多的时间和精力详细讲解每个知识点与例题，学生可通过课下自学、网络视频辅导等手段来巩固和加深对课程内容的理解掌握。通过网络作业和考试等功能，学生可根据自己的知识点掌握情况和学习精力，自主选择练习的难度和题量，同时也方便了教师的教学组织，节约了教学资源。经过2年的教学试用，从学生反馈和考试情况来看，网络教学平台有效地提高了学生的自学能力和分析能力，同时在课时不足的情况下大大提高了授课效率。

3 强化创新能力培养 改革课程实验教学

以往教学中重视理论分析和推导，而忽视了实验教学，实验内容较少且均为基础验证性实验，学生课后很难与后续专业课程及从事工作相联系，实验教学没有起到应有的作用。新形势下的人才培养目标，对学生的综合素质和创新能力提出了更高要求，这就需要课程组在实验教学上加强改革和创新，灵活运用多种方法、手段提高实验课学习效果。

3.1 基础验证性实验改革

改变过去实验内容在课程教学中后期的安排，让学生尽早将所学理论与应用相结合。考虑到课程初期（开课后2周左右）学生对课程的认识不足以及仪器设备操作不熟悉等问题，这一阶段的实验内容主要利用我们自主开发的仿真实验教学系统供学生课下练习使用。该系统基于MATLAB软件及其提供的图形用户界面设计平台开发，可完成信号的时域分析、频谱分析、系统频域分析、综合实验等七大实验内容，帮助学生更加直观、感性地理解和掌握课程基本知识和原理。

图2 语音信号综合分析实验

以综合实验模块中语音信号综合分析实验为例，其界面如图2所示，该实验模块可以自行录制或导入电脑中存储的声音文件作为分析对象，也可利用模块自带的信号发生器产生特殊信号进行分析。利用该仿真实验模块，学生能够将时域和频域的学习相联系，直观的获得信号分析参数，通过比较不同种类、不同组合的声音信号分析结果加深对频域分析及其应用的理解掌握。与之前相比，在使用仿真教学实验系统后，学生的实验时间安排更加灵活，学习兴趣大大提高，更容易发散思维提出各种各样的新问题，加深了课程理解。

3.2 面向专业应用的创新性实验改革

在课程学习的中后期，学生对本课有了较为深刻的理解后，可引入自主创新型实验题目［6］，将所学理论与工程实践初步结合，加深课程应用理解的同时，强化对学生动手设计能力的培养。根据学院教学计划安排，学生在同期开设的实验电子学课程已经具备了一定的硬件电路设计与调试能力，因此自主创新实验采用软件仿真与硬件电路相结合的方式，联合实验电子学课程组共同组织实施。现有两课程组根据学生总数拟制若干设计题目，例如：语音信号的采集与频谱分析、数字滤波器设计等，学生按照每组4～5人自由分组进行选题。实验过程中，由各组组长负责安排调配仿真、硬件设计、电路调试和汇报演示等工作，最后以答辩形式分组进行评比验收，得分计入课程实验成绩。通过这种实验方式，既提高了学生的创新实践水平，也锻炼了他们的团队协作和组织管理能力，取得了良好的效果。

4 结束语

信号与系统是电气、电子信息类专业重要的专业基础课。针对军队院校技术人才培养的新需求和本院电类专业学员的自身特点，课程组结合近两年的教学改革经验，在如何加强学生综合能力水平，解决信号与系统课程难教、难学等问题方面进行了探讨。从近期的学习效果和学生评价来看，本课程的教学改革已经取得了初步成效，但由于我院信号与系统课程教学起步晚、基础薄弱，授课效果与其他兄弟院校相比还存在较大差距，如何进一步调动学生积极性、加强创新能力培养，还需要在今后的教学实践中不断探索和完善。

［1］陈从颜，费树岷，柴琳.“信号与系统”课程教学改革趋势探究［J］.电气电子教学学报，2014（1）：13-14.

［2］葛愿.“信号与系统”创新教学模式探索［J］.科技视界，2014（1）：65-66.

［3］王宏伟.《信号与系统》教学改革小结［J］.中国科教创新导刊，2013（35）：149

［4］向友君，傅予力.基于物理意义的“信号与系统”教学方法探讨［J］.中国电力教育，2013（34）：107-108.

［5］吕瑞兰，解培中.网络教学模式的探索和实践——以信号与系统课程为例［J］.北京邮电大学学报：社会科学版，2013（3）：26-30.

［6］刘锋，段红，熊庆旭.信号与系统实验教学改革［J］.实验技术与管理，2008（3）：118-122.

Practice Exploration on Teaching Reform of Signals and Systems Course

Zhang Chenguang， An Shu， Liu Zhengchun
Department of Vehicle and Electrical Engineering， Ordnance Engineering College，Shijiazhuang， 050003， China

The Signals and Systems is an important course of electrical and communication subjects. In order to change the former teaching ideas based on theoretical lectures， meeting the needs of the training on military technical talents. With the teaching experience in recent years， this paper elaborates the issues of course reform about course contents， information teaching mode and experiment teaching.

signals and systems； course reform； networking teaching； experiment teaching

2015-04-09

张晨光，硕士，讲师。