“信号与系统”实验教学改革探索与成效

高诺+耿淑娟+杨红娟

摘要：信号与系统课程的实验教学体系的水平决定着学生对该门课程的掌握情况以及最终将所学知识应用到实践中的能力。针对目前实验教学存在的问题和实验条件的限制，本课程组从实验室改造、实验教学体系设置和实验内容安排等三个方面进行了信号与系统课程的实验教学体系的改革。改革后的实验教学在培养学生的学习兴趣、工程实践素养和创新思维等方面都明显优于传统实验教学手段。

关键词：信号与系统；教学改革；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）19-0152-02

一、引言

“信号与系统”是通信和电子信息类专业的核心基础课，其中的概念和分析方法广泛应用于通信、自动控制、信号与信息处理、电路与系统等领域。该门课程的实践教学体系十分重要，决定着学生对该门课程的掌握情况以及最终将所学知识应用到实践中的能力[1-3]。

目前大多数“信号与系统”课程的实验教学体系的建立受两方面限制：（1）学时受限：由于目前高校普遍压缩学时，信号与系统学时一再压缩。在这种情况下，能够分配给实验的学时越来越少；（2）实验设备的欠缺与老化：“信号与系统”实验室的设备老化与欠缺维护是目前大多数高校普遍存在的问题。由于上述两方面的限制，目前“信号与系统”课程的实验设置大多不理想，学生的实际动手能力与操作能力得不到充分的培养与提高[4]。

针对目前“信号与系统”课程实验教学体系存在的问题，本课程组进行了该门课程的实验教学改革并取得了一定的成效，在一定程度上推进了该课程理论教学与实验教学的结合程度，提高了学生的实际动手能力与实验操作能力。

二、实验教学改革内容

（一）实验室改造

我校信号与系统实验室始建于2002年，基本配置是20台信号与系统实验箱，独立电源和示波器，能够完成基本的信号与系统实验，例如，信号的分解与合成，抽样定理与信号恢复等。由于多年的使用，很多实验箱的部分元器件已经损坏，无法更换。因此，学生在做实验时，很多实验无法观测到理想的结果与波形，影响到学生对课程和实验原理的理解与掌握，实验效果不甚理想。

针对这种情况，我课程组向学校申请进行了实验室的升级改造。将原有实验箱全部报废，重新购置了20台南京润众科技有限公司的RZ8664型信号系统与语音信号处理实验箱。同时购置了20台与实验箱配套的台式计算机、示波器和独立电源。RZ8664型信号系统与语音信号处理实验箱，不仅可以完成传统信号与系统实验箱所能完成的所有实验，还能与计算机匹配，进行诸多演示性实验和综合性实验，为后续的实验课程的重新设置提供了条件。

（二）实验课程体系的建立

传统信号与系统实验配置，限于学时的限制，只有少量学时的实验箱实验和少量学时的上机实验。如何合理解决实验学时少和提高学生实验动手操作能力之间的矛盾，是信号与系统实验课程改革所需要解决的重要问题。本课程组针对此问题进行了如下改革。

1.信号与系统实验分为三个部分：实验箱实验、上机实验和综合实验。

2.实验箱实验：学生进入信号与系统实验室，利用实验箱完成简单的观测与演示性实验，实验箱实验的目的是对课程中所学的基本理论与概念的验证。

3.上机实验：学生进入机房，利用Matlab编程，完成编程实验，上机实验的目的是综合编程能力与基本理论，完成信号与系统的基本功能。

4.综合实验：为了增加学生实验时间，而不增加信号与系统的学时，本课程组在实验教学改革中为该门课程建立了一个独立设课的综合实验。该门综合实验不占用信号与系统学时，不安排固定实验时间，实验时间可依据老师与学生的时间和课程进度灵活安排，只要完成了综合实验内容即可。综合实验分为两个学时的小实验和四个学时的综合实验，内容由浅入深，综合利用Matlab和实验箱，充分调动了学生的实践和动手能力，为今后的课程的学习打下坚实的实验基础。

（三）实验内容安排

实验箱实验：主要是信号与系统课程基本的演示性实验。实验内容见表1。

同学们可以根据自身的能力与兴趣，在提供的三个实验中任选两个进行实验。

上机实验：主要是利用Matlab编程完成基本信号的演示与系统的求解。实验内容安排见表2。

与实验箱实验相同，上机实验也提供三个可选实验，能力较好的同学可以在4个学时的上机实验中全部完成。

综合实验：综合实验占用学时20个，但不集中安排时间，由任课教师与同学根据各自时间灵活安排。20个学时，可以依据实验大小，安排占用2个学时的小实验和占用4个学时的综合性实验。实验内容及学时安排见表3。

三、实验教学改革效果

本课程组在实验室改造、实验课程体系建立和实验内容重建等方面，对信号与系统的实验课程重新进行了设置。在不增加课程学时的情况下，给信号与系統课程增加了一个独立设课的综合实验，其优点是：（1）给学生提供了一个实际动手操作实验仪器的机会；（2）不占用信号与系统实验学时；（3）不固定实验时间，时间安排灵活；（4）信号与系统实验室能够得到充分利用；（5）有能力、有兴趣的同学得到一个将信号与系统课程理论与实验相结合的机会。

本专业自2014级开始，采用新的信号与系统实验课程设置。与老生相比，2014级学生有如下特点：（1）对信号与系统课程的兴趣明显提高；（2）对待课程的态度不再只专注于解题，更多的同学把精力放在实验结果与理论验证是否一致上面；（3）对信号与系统课程的学习目的更加明确。上述特点说明，本课程组进行的信号与系统的实验课程体系的改革是较为成功的，对提高本门课程的综合学习能力是有帮助的。

四、结束语

信号与系统课程的教学目标是培养学生具有坚实的理论基础，又能应用理论解决各种实际问题的能力。为了达到这个目的，应不断地通过实验教学内容与方法的改革，加强实验教学与课堂理论教学之间的结合，提高课程教学效果，努力把它建设成为具有特色、学生愿意学习并真正能够应用到实践中去解决实际问题的课程。