信号与系统课程在应用型本科院校的教学改革

郭燕

（南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300）

信号与系统课程在应用型本科院校的教学改革

郭燕

（南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300）

针对信号与系统这门课的特点，结合应用型本科院校的实际情况，优化教学内容，改革教学方法与教学手段，使用MATLAB软件仿真丰富课堂教学，加强了实践教学环节。教学实践表明，以上措施极大地提高了该课程在应用型本科院校的教学质量和效果。

信号与系统；应用型本科；教学改革

“信号与系统”是通信工程、电子信息工程、自动化及计算机等专业的一门重要的学科专业基础课。在教学环节中起着承上启下的作用，它的基本原理和分析方法会运用到通信工程、数字信号处理、数字图像处理、自动控制等多个领域［1］。这门课把数学上的一些严谨的算法与工程应用相结合，通过这门课的学习，使学生掌握必要的信号与系统基本概念与基本理论，提高学生综合分析问题和解决问题的能力，使学生能够运用数学知识来解决工程中的一些实际问题。但是信号与系统这门课数学公式比较多，各种波形及其变换比较复杂，单靠板书结合PPT对应用型本科院校的学生接受起来比较困难，很难达到理想的效果［2］。因此，该课程需要在教学方法上进行改革。

一、传统教学现状分析

一方面，应用型本科院校的生源相对不及一般本科院校，学生数学基础薄弱，求知欲望不强，分析问题解决问题的能力相对较弱。而信号与系统这门课的基本概论和基本理论又比较多，数学公式多，数学演绎复杂，物理概念比较抽象。传统教学模式理论课与实验课是分开的，理论课上，老师上课是纯理论教学，板书结合PPT，实验课是使用的信号与系统的实验箱，学生一旦离开实验室就无法进行实验。信号与系统课程总学时为56，其中实验学时为8学时，理论学时多，实验课时少，大部分时间都花在公式的推导演算，不能真正理解这些公式所代表的物理意义。另一方面，实验课程一般安排在理论课后，单纯使用信号与系统实验箱做实验导致实验形式单一，学生不能及时将理论和实践相结合，造成学生不能学以致用，不利于学生的培养和发展。无论是从学生学的角度还是从教师教学的角度，这门课运用传统的教学方法都有一定的难度，学生不容易接受。最后，考核方式需要改进。在传统的教学模式下，采取的是（卷面考试+平时成绩）来考核学生学这门课的成绩。这种方法对于一般普通高校还是有可取之处的，因为信号与系统这门课是一门理论性很强的专业基础课，而且很多学生考研会考这门课，而在应用型本科院校，更加注重培养学生的动手实践能力，采用传统的考核方式导致学生只学到理论知识，只会公式推导，不注重其中的物理应用，对后续的专业课学习非常不利。综上所述，传统教学方法有悖应用型本科院校培养学生动手能力和工程实践应用能力的教学目的，不利于人才的培养，需要改进。

二、结合应用型本科高校的特点，进行教学内容和方法的改革

（一）选用合适的教材，完善课程体系

由于信号与系统这门课的知识点很多，同时又是一门十分重要的专业基础课，一般普通高校会分两个学期来细讲这门课。而针对应用型本科院校学生的特点，更加注重学生的实践能力，学时一般只有56，所以要充分利用这些学时，突出重点讲解，教材的选用就显得尤为重要。这里，推荐使用徐天成主编，电子工业出版社出版的《信号与系统》教材。这本书相对比较易懂，知识点全面，重点突出。主要表现在以下几个方面：（1）信号部分与系统部分分开叙述；很多教材在结构上采用的是先连续、后离散、先时域、后变换域，但不管在连续还是离散部分，都是将信号与系统穿插在一起分析。对于应用型本科院校的学生很难接受这样的教学设计，这本教材先信号后系统显得脉络清晰。（2）使用MATLAB验证信号与系统的基本理论；这本教材每一章都使用MATLAB软件对各知识点进行验证与仿真，不仅大大提高了教学效率，而且更利于学生理解这门课。（3）突出傅里叶变换的应用；傅里叶变换时信号与系统的核心内容，这本教材为了强调傅里叶变换应用的重要性和具体问题具体分析的科学态度，单独列出一章“傅里叶变换的应用”［1］。另外，考虑到后续课程“数字信号处理”专门会讲述离散系统、Z变换及其性质、逆Z变换等知识点，在信号与系统这门课中可以对这些内容进行粗略的讲解，这样在课程内容教学中也省略了较多繁杂的数学推导，避免教学内容的重叠，教学资源的浪费。学生有更多的时间和精力投入对课程的实际应用方面。

（二）教学手段多样化

传统的“教师讲课——PPT（板书）——学生记笔记”的教学模式已经不再适应应用型本科院校的教学发展。必须将课堂搬到机房，实施全方位“PPT、黑板、仿真演示、上机操作”的教学方法。这样的教学改进有以下几方面的优势：（1）可以利用黑板进行数学公式的推导，信号与系统这门课数学共识多，避免不了数学公式的推导；（2）教师在教师电脑上用MATLAB仿真的过程跟结果可以同步显示到学生电脑上，这等于“手把手教学”，更重要的是这样的教学方法会让学生更容易理解接受，学生不再觉得信号与系统是一门单调无味的数学公式推导课，不会觉得所学的知识无实际应用价值。（3）学生可以现场动手练习，并提交作业。这样有利于提高学生学习的积极性和提高实践操作能力。学生看完老师演示后都迫不及待地自己操作起来，修改程序看结果。

图1　连续时间系统的幅频特性和相频特性图

举个例子，在讲连续时间系统的频域分析的时候，经常需要求系统的频率响应。传统的方法是通过借微分方程的方法进行数学推导，而应用MLTLAB仿真可以得到很好的解决。例如，已知一个连续时间LTI系统的微分方程为y“（t）+10y”（t）+8y‘（t）+5y（t）=13x’（t）+7x（t），求该系统的频率响应，绘出其幅频特性和相频特性图。传统的方法有两种，一种是经典法求解，不作任何变换直接求解系统的微分方程。另一种是先进行拉氏变换，进行代数求解，再进行拉式逆变换。无论哪种方法，都离不开数学推导，即使学生能够计算正确也未必能够画出正确的图形。而使用MATLAB仿真，只要输入正确的命令语句，即可出来正确的图形。

命令语句如下：

运行结果如图1所示：

这种方法有效解决了传统教学太过抽象，难以理解和记忆的问题，激发了学生的学习兴趣，提高了学习效率，有助于加深学生的理解和记忆，提高了课程教学效果。

（三）考核方式多元化

（1）卷面考试：信号与系统是一门理论性很强的课程，而且很多学生考研会选择考这门专业课，所以卷面考试必不可少。卷面考试主要由判断题、选择题、填空题、小计算、综合题组成。卷面考试主要是对学生基本概念和综合应用能力的考核。但是卷面考试由传统的70％降低到50％。

（2）上机操作：学生应用MATLAB软件在机房进行现场操作，解决一些综合性的大题。通过综合性的题目考察学生的编程能力和信号与系统的实际应用能力。上机操作占比30％。

（3）平时成绩：平时成绩由上课的出勤率、课堂表现情况、课后作业完成情况决定。平时成绩是对学生的学习态度、学习过程以及学风的考核。平时成绩占比20％。

三、结束语

文章结合应用型本科院校学生的特点，结合应用型本科院校的人才培养目的，对“信号与系统”这门课进行了全面的课程改革。以培养学生的现场应用能力为出发点，更加注重实践环节，采取理论与实践相结合的教学方式，既提高了学生信号与系统理论知识的掌握程度，又能够增强学生的实践环节，培养学生的动手操作解决问题的能力，实践证明，这种教学模式取得了不错的效果。无论为今后学生其他专业课的学习还是今后走向工作岗位都打下了良好的基础。

［1］徐天成.信号与系统［M］.电子工业出版社，2013.

［2］张燕.应用型本科院校“信号与系统”课程教学现状及对策研究［J］.教育现代化，2016（14）：110-111.

According to the characteristics of the course of"Signals and Systems"，combined with the actual situation of practical colleges，the paper optimizes teaching content，reforms teaching methods and teaching means，uses software MATLAB to enrich the classroom teaching，strengthen the teaching practices.Teaching practices shows that these measures have greatly improved the teaching quality and effectiveness of the course in the pracyical colleges.

signals and systems；practical colleges；reform in education

G642

A

2096-000X（2016）22-0136-02

郭燕（1986，10-），女，汉族，江苏泰州，硕士研究生，助教，南京理工大学泰州科技学院，研究方向：通信技术。