应用型人才培养模式下专业基础课程教改探索<br/>——以“信号与系统”为例

应用型人才培养模式下专业基础课程教改探索
——以“信号与系统”为例

2016-05-18聂文艳廖晓纬淮南师范学院机械与电气工程学院安徽淮南232038

赤峰学院学报·自然科学版 2016年8期

关键词：信号与系统应用型教学改革

聂文艳，廖晓纬（淮南师范学院　机械与电气工程学院，安徽　淮南　232038）

应用型人才培养模式下专业基础课程教改探索
——以“信号与系统”为例

聂文艳，廖晓纬
（淮南师范学院机械与电气工程学院，安徽淮南232038）

摘要：本文以社会各行业对应用型人才的需求为导向，针对电气信息类专业基础课程“信号与系统”进行一系列教学改革，把“应用能力的培养”理念贯穿于该课程的教学中，培养学生的学习兴趣和创新意识，提高学生实际应用能力.

关键词：信号与系统；应用型；教学改革

1　引言

当代经济社会，科技飞速发展，各行业都需要大量“拥有扎实专业知识，且具备较强实践能力”的应用型人才[1].因此本科高等学校应用型人才的培养就变得尤其重要.淮南师范学院（以下简称“我校”）定位为地方性应用型高校，来自农村的学生超过半数.根据电气信息类专业学生近几年就业情况，大多集中在江浙两省的合资企业，少数毕业生考取了研究生.针对现状，我校的培养目标定位是大多数的“知识型劳动者”，兼顾少量考研培养.要平衡两方面，落脚点应放在“应用能力的培养”上，所以课程教改的主要目标是突出培养学生分析及解决问题的能力，借助于实践环节,将理论知识点具体化、形象化，更好地掌握理论的深度和广度，解决实际应用问题.

本文以“信号与系统”课程改革为例，以应用型人才培养模式为目标，对专业基础类课程教学改革进行一系列探索研究.

2　教学内容优化

2.1合理组织教学内容

根据我校制订的专业教学计划，该课程总学时为90，其中课堂教学72学时，实验18学时.教材选用“十五”国家级规划教材，吴大正主编的《信号与线性系统分析》（第四版），参考书推荐郑君里主编的《信号与系统》.学生在学习本门课程之前，应先修高等数学、电路原理等基础课，之后的数字信号处理、自动控制原理等专业课程又需要该课的知识支撑，因此“信号与系统”在教学环节中起承上启下作用.具体安排如表1所示：

表1　“信号与系统”课程内容和学时安排表

2.2因材施教，分层次考虑学生需求

根据我校学生学情，从自身知识积累、个人兴趣、从业意向等方面实施分层次教学，一般可分成三个层面：基础好，有考研意向；成绩中等，就业愿望迫切；基础较差，易满足现状.针对三个层面特点，既注重整体发展，又注意局部特点.准备考研的学生除了掌握基本要求外，必须深入研究，领会问题的分析思路及答题技巧；就业的学生主要是掌握基本要求，为专业课学习做好准备；基础差的学生立足于通过课程考试，要帮助其正确掌握课程的基本要求.教学内容按照第一层面选择，授课时对学生进行分类指导，明确告知讲授内容的要求，是否属于必须掌握还是基本了解，最终考核按照教学大纲和考试大纲的最低要求进行.

3　教学方法和手段改进

应用型人才的培养强调学生实践能力的增强，要求在培养过程中强调学生分析和解决问题的能力，“信号与系统”课程依托大量数学基础和电路原理，理论性强，知识点多，概念抽象，存在大量计算和公式推导，学生普遍抽象思维能力较弱，深度理解力不强，学习热情不高，信心不足[2].为此，在教学过程中尝试了下面几方面的改革和实践：

3.1注重启发学生，增强分析和解决问题的能力

傅里叶变换在信号分析处理领域占有及其重要的地位.但是也有一些重要信号不存在傅里叶变换，比如信号模型中有按指数增长的形式.一些函数不存在傅里叶变换的原因是当t→∞时，信号f(t)的幅度不衰减，甚至增长.在教学设计时，可以先提出问题启发学生：原信号怎么处理，就使其傅里叶变换存在？再引导同学分析得出，可以用衰减因子为实常数）乘信号f(t)，根据不同信号的特性，适当选取σ的取值，使乘积信号当时信号幅度趋于零，从而使积分收敛.令上式为Fb(σ+jω)，相应的逆变换为上式两端同乘以eσt，得，令s=σ+ jω，其中σ为常数，则，代入化简即得双边拉普拉斯变换对，即在讲解拉氏变换收敛域时，可提以下问题启发思考：引出拉普拉斯变换后，信号乘的衰减因子σ表示什么？有何要求？经过引导，学生很容易看出，要使信号的拉氏变换存在，s的实数部分有一定的要求，这一要求就是拉氏变换的收敛域.在整个讲解拉普拉斯变换的过程中，从学生熟悉的傅里叶变换分析入手，在讨论、分析解决所提问题的基础上学习新知识，有利于学生理解和接受.

3.2加强抽象概念理解，注重理论与实用的结合

在“信号与系统”的教学过程中，常会遇到有学生问，某个知识点学了有什么用？如果在讲解时，注意理论与实际应用相结合，就能够减少学生学习抽象理论的枯燥感和迷茫感，增加学生的学习兴趣[3].例如讲授取样定理时，就遇到学生问：何为取样，为何要取样？对此，就可拿生活中计算机存储语音信号为例.由于计算机只能识别二进制语言即离散序列，所以需要将连续的语音信号变成离散信号，这个离散化的过程就是取样；当播放语音时，对接收者来说需要的仍然是连续的语音信号，所以就需要把离散信号再恢复成原来的连续信号，即无失真恢复.取样就是对原连续的语音信号f(t)每隔相同时间Ts取一个样本值，其集合称为取样信号fs(t)，再对取样信号fs(t)进行重建和滤波，称为信号的恢复.可在课堂讲授时利用多媒体技术展示取样和恢复的图片加深理解，如图1所示.

图1　连续信号不同频率下取样和恢复效果图

不难发现，Ts越小，fs(t)就越接近f(t)，越容易还原出f(t)，但是fs(t)越多，计算机处理的复杂性就越大.因此可引导学生进一步思考：Ts最大取多少时，就能够在样本值尽量少的条件下，由fs(t)无失真的恢复出f(t)？而取样定理的内容就是该问题的答案.

4　建设网络课程

“信号与系统”的学习难度较大，课后作业又要求学生能够结合理论内容运用数学工具解决实际问题，因此学生对教师的答疑需求比较大.为此，我们建设“信号与系统”精品课程网站并依托学校网络平台顺利投入使用.“信号与系统”网络课程由课程简介、教学文件、通知公告、科技进展、教师队伍、网络教学、实验教学、教学资源、第二课堂、教学反馈等10个功能模块组成；通过网络课程，教学（实验）大纲、考试大纲、实践大纲、教学进度表、教学内容和电子教案、课程录像得以在网上呈现；课程网络资源对国内外同行著作等资源进行整合，利用多媒体素材随时反映学科发展的最新动态，提供了大量的教学参考资料、相关链接地址等；教学反馈环节很好地为学生提供了同老师交流的平台；实验教学模块中除硬件实验外，还提供软件仿真实验中MATLAB编制的大量相关程序；教学资源涵盖该课程各章要点、典型例题、问题思考、考研试题、工程应用等资料，具有提供实例、学习交流等功能.网络课程总体构成如图2所示.

图2　“信号与系统”精品网络课程主页

自网站运行以来，取得了很好的反馈效果.学生有了能够自主学习的平台，发现问题还可以及时同老师交流.从课堂教学效果反馈看，学生学习的主动性和积极性明显提高，能够真正开始做到课前预习、课上听讲思考、课后网络复习，习题的出错率有所较低，平时测验平均分有所提高，学生同老师交流日益增多.网站加强信息交流，重视对学生主动学习模式的培养，通过问题和思考题等启发学生的探索精神，吸引大家更多的参与到这个自主学习的平台来.

5　实践环节加强

“信号与系统”课程的特点是理论性强，实用性更强.通过实践，可以更好地将理论知识运用到工程应用中[4].教改中所采用的实验教学体系颠覆传统的实验辅助理论教学的模式，最终目标达到与课堂教学平行的地位，形成以学生为中心的实验教学模式，突出学生思索能力、创新意识的培养.

5.1设计思想

从传统的教师辅导解答为主过渡到引导启发学生为主，在实验项目选择上和方案设计过程中鼓励学生自主思考，在分析和解决问题的过程中提高实践能力；从以往的注重实验结果转变为重视实验过程，引导学生在实验过程中思索原理，寻求解决办法，培养探索精神；改变原有实验单一模式，提倡多元模式，实行开放式教学模式，鼓励学生团队协作与自主创新.

5.2具体做法

（1）采用软硬件实验相结合的方法，结合实验室目前个别“信号与系统”实验箱局部电路老化磨损，导致部分功能不稳定等特点，让学生参与到实验设备的维修及改造过程中，培养他们实际动手的能力.软件实验侧重对学生创造性思维的培养，利用MATLAB软件尝试实验设计与开发应用[5].

（2）采用第一课堂和第二课堂相结合的方法，在不增加计划课时量的前提下增加实验内容.将仿真软件实验题目公布到网络课程网站上，实验内容体现多层次.采用循序渐进的步骤，即学生先做基础验证性实验，再到研究性实验，最终到综合自主设计实验，即完成从点到面，再到体的升华.所有实验强调过程、淡化结果.

（3）满足不同层次学生的学习要求，在实验数量方面采用定量基本要求和放量鼓励创新相结合的方法，鼓励和引导学生参与到各种学科竞赛、创新创业大赛等实践环节中去.