“信号与系统”课程教学改革思路探讨

袁泉

摘要：针对目前各高校“信号与系统”课程教学实践的基本情况，结合21世纪人才培养目标和我校该课程的实际情况，提出“信号与系统”课程教学改革的具体措施，包括建立“信号与系统”课程群、加强实践环节、启发式教学、根据学科专业调整教学内容方式，旨在完善“信号与系统”课程的理论与实践教学方法和手段，积极探索更加适合于工程应用型创新人才培养的教学模式。

· 【中图分类号】TN911.7

一、 引言

随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，“信号与系统”课程已经从电子信息工程类专业的专业基础课程扩展成电子信息、自动控制、电子技术、电气工程、计算机技术、生物医学工程等众多电类专业的专业基础课程，甚至在很多非电专业中也设置了这门课程，所适用专业非常广泛，而其内容也从单一的电系统分析扩展到许多非电系统分析[1-3]。

本课程的教学目的是让学生掌握信号和线性系统分析的基本理论、基本原理和基本方法，能够在后续课程（如通信原理、自动控制原理等）的学习和工作中灵活应用这些方法解决遇到的问题。长期的教学时间证明，本课程的教学内容安排是否合理，与前后各门课程的联系是否紧密，学生是否具有动手实践的能力，在本科生的教学体系上将起到非常重要的作用；而且这门课程一直是电子信息类研究生入学考试的必考课程之一，其重要性是其它课程不可替代的。

由于“信号与系统”课程不但具有很强的理论性，而且也同时具有很强的实践性，这造成了教师难教、学生难学的局面。该课程教学内容多，理论性强而且抽象，它还应用到高等数学和电路分析等多门课程的相关知识，学生感觉难学；规定的学时较少，势必很多内容只能一笔带过，且不能对整个课群进行全面考虑。实践中，由于缺乏通过具体的工程项目来融会信号与系统知识，不利于对学生动手能力的培养 [4]。针对以上情况，根据不同的专业进行修订教学大纲、优化课程内容，只有打破单一的实验的方式，利用计算机软件和试验箱相结合的方式，才能把理论更好的应用到实践中去，提高学生的综合素质和创新意识。

二、教学改革思路

1、建立“信号与系统”课程群

“信号与系统”课程群应该至少包含“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP技术及应用”三门课程。其中“信号与系统”是电类各专业一门重要专业基础课，以高等数学和积分变换为工具，信号的时域、频域、复频域及离散域变换，连续系统、离散系统特性分析与推导都比较抽象和繁琐，其特点是理论性强、实践性强、应用性强，是“自动控制原理”、“数字信号处理”等课程的前导课，也是连接信息处理领域理论与应用的重要基础课程。而“数字信号处理”的教学内容为离散信号处理与离散系统，是对“信号与系统”教学内容的扩展，也是“DSP技术与应用”的前导课，该课程的特点和“信号与系统”相似，抽象而不易掌握。“DSP技术与应用”是电气、自动化、导航等专业的选修课程，这门课程以应用系统设计为主线，系统地介绍了DSP芯片的基本结构、开发和应用。通过学习DSP系统的软硬件设计和应用系统的开发方法，可以将“信号与系统”和“数字信号处理”两门课程内容有机地融合，从理论学习上升到实际应用，形成完整的系统概念、掌握便捷的分析与设计方法。

因此，考虑到该课程群的性质，目的和要求，“信号与系统”课程的内容不宜过广过深；许多内容还可以再后续课程中进一步深入学习，在本课程中要适可而止。例如，离散时间系统的变换域分析，系统的状态变量分析等内容都是这样。至于非线性系统和时变系统的分析，是加深加宽的内容，如果选用，亦只能介绍一点概念以开阔学生的眼界。

2、加强实践环节

对于“信号与系统”实践教学环节，一方面保留了传统的硬件实验。利用“信号与系统”的实验设备，让学生亲自进行电路连线和仪器调试，从中锻炼了学生的动手能力。另一方面开辟新的虚拟软件实验，将Matlab软件引入“信号与系统”实践教学中。这种虚拟仿真实验，不仅锻炼了学生用计算机辅助分析解决实际工程问题的能力，而且还为后续的相关课程以及毕业设计奠定了基础。

在加强基础实验的同时，增开了综合性、设计性实验项目，用以训练学生综合分析问题和解决问题的能力。

3、优化教学内容，启发式教学

在理论教学中，以学生为主体，教师为主导，教学过程注重启发和交流，来锻炼学生的认知能力。“信号与系统”课程除了每周的正课以后，还可以考虑开设每周1学时的讨论课，都是针对每周理论课程内容的讨论，主要以学生为主，教师进行引导，让学生通过工程和生活实例来理解所教授的课程内容。这样解析性演示动画既生动又形象的证明了时间和频率之间是相反的关系这一理论，同时又启发了学生的思考，通过引起学生思维的共鸣能触发学生的空间想像能力，帮助学生完成知识构建，学生也会更深刻的理解所学理论知识；之后再进行总结一段时间内所学的理论知识，使学生的知识体系完整、脉络清晰。

教师通过选取例题、习题，给学生布置作业的方式来强化对课内所讲内容的理解与消化是具有重要意义的。但在选取例题和习题过程中，教师应该在工程应用背景下充分考虑到与专业方面的结合，注重基本概念、基本方法的训练，避开那些难度大且对于该专业的学生的工程实践应用不明显的一些题目。所以选题时也要有所侧重。

4、根据学科专业，调整教学内容

由于“信号与系统”课程具有很强的实用性，各个工科相关专业都会开设该课程。但由于不同的应用背景，统一的教学基本要求和教学体系对“信号与系统”的教学工作并不适用。在教学过程中，教师应该根据专业应用背景，调整教学内容，使之更加适合学生学习。例如，对于通信专业，增加了对调制解调的介绍；对于自动控制专业增加对反馈系统稳定性判据的介绍；而对于计算机专业，则减少连续时间系统方面内容的介绍，加强离散部分内容。这种既统一又各具特色的教学方式满足了各个专业教学的需要，深受学生和教师的欢迎。

三、总结

教学改革是一項艰巨的任务，以上是作者在“信号与系统”日常教学过程中的一些想法和改革实践，虽然在提高教学质量上取得一定的进展，但还需继续不断的积极探索和实践以及各方面支持和配合才能达到最佳效果，才能为培养适应时代、理论基础扎实、具有创新激情的高素质人才做出更大的贡献。

参考文献：

[1] 奥本海姆.信号与系统.西安：西安交通大学出版社，1999.

[2] 郑君里，应启珩，杨为理.信号与系统.北京：高等教育出版社，2000.

[3] 郑君里.教与写的记忆-信号与系统评注.北京：高等教育出版社，2005.

[4] 陈后金.信号分析与处理实验.北京：高等教育出版社，2006.endprint