面向工程能力培养的信号与系统课程教学改革探索

罗达灿　杨盛毅　杨伟力

摘 要 本文对“信号与系统”课程面向工程能力培养的教学模式进行探索，结合普通二本应用型高校学生的实际情况，分析传统“信号与系统”课程的教学模式和存在问题，优化教学内容，引入Matlab实验教学，增强实践教学环节。通过教学实践表明，上述措施有效提高了学生对“信号与系统”课程知识点的理解，提高了学生工程实践能力。

关键词 信号与系统 工程能力 Matlab

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.08.055

Exploration of Teaching Reform of Signal and System Course

Oriented to Engineering Ability Training

LUO Dacan， YANG Shengyi， YANG Weili

（Guizhou Minzu University， Guiyang， Guizhou 550025）

Abstract This paper explored the cultivation of "signals and systems" course oriented engineering teaching mode， combined with the actual situation of the application of two ordinary university students， analysis the traditional course of "signal and system" teaching mode and existing problems， optimize the teaching content， the introduction of Matlab experimental teaching， strengthen the practice teaching. The teaching practice shows that the above measures have effectively improved the students' understanding of the knowledge points of "signals and systems" and improved their engineering practice ability.

Keywords signal and system； engineering ability； Matlab

作為测控技术与仪器、自动化、电子信息科学与技术、通信工程等专业一门重要的专业基础课，“信号与系统”对衔接教学体系和培养方案中前后课程起着关键的作用，本课程的基本理论和分析方法在数字信号处理、数字图像处理、自动控制、通信原理等领域得到进一步应用。[1]世界著名教科书“信号与系统”的作者A.V.奥本海姆指出：““信号与系统”课程不仅是工程教学中一门非常基本的课程，而且也成为工科学生在大学教育阶段所修课程中很有得益而又引人入胜和最有用处的一门课程”。[2]

国内外高校中许多工科系部都已开设“信号与系统”，针对如何提高教学质量，特别是面向工程能力培养的教学模式改革展开了一些研究。“信号与系统”被陈后金教授和孟桥教授打造成为了国家级精品课程；[3]郑君里教授等人提出，在教学中应增加实例分析；[4]黄炜嘉等提出了教学还应该注重提供学生持续研究的动力，为学生提供研究背景资料，从而培养学生管理研究活动的能力的观点；[5]张维维等指出课堂上需要优化课堂教学模式、丰富实验教学项目、开展课外研究性学习活动。[6]但是普通二本院校学生基础差，学生对本课程学习失去兴趣和信心。因此，其他优秀高校的教改模式并不适用于本院。针对贵州民族大学测控技术与仪器专业培养“高层次应用型人才”的指导思想，对“信号与系统”的教学模式进行改革调整，加强学生实践能力培养，通过实践加深理论理解，丰富教学手段，使学生能够在工程问题中使用信号与系统的基本方法解决实际问题。

1 “信号与系统”的教学现状及问题

本课程涉及内容广泛，有较多抽象的理论概念和繁杂的数学计算，传统讲解过程侧重理论证明而轻实验教学，讲解方式单一枯燥，学生学习积极性不高。特别是二本院校学生数学基础差，更突显出与传统教学的不适应，主要存在问题：

（1）课程本身特点。抽象难懂的理论概念和繁多的计算公式，及单一而枯燥的教学模式，使学生对本课程的学习兴趣较为低下，对知识的理解和掌握也相对困难。[7]

（2）学生基础不高。普通二本院校学生数学基础偏低，他们往往对动手实践更有兴趣，因此在教学过程中，教师应该积极思考和解决如何扬长避短、把抽象的理论知识通过实践手段呈现出来。

（3）重理论轻实验。教师在讲授过程中和学生学习时，不能将数学理论、物理概念和工程技术应用三者有机地结合在一起。且在传统教学过程中，多媒体教学以及面向课程知识点针对性设计的实验环节往往体现得较少甚至缺失，简单枯燥的理论学习极大地降低了学生的学习兴趣，甚至产生厌学情绪，后续课程的学习无法得到保障。

（4）教学内容多而学时少。大多数应用型本科院为了顺应以培养学生的动手能力和工程实践的应用能力为主的人才培养目标，均不同程度地减少课程的理论教学，增加实践教学。贵州民族大学测控技术与仪器专业，作为推行校级CDIO教学改革和省级专业综合改革试点专业，很多课程课时被减少，本课程理论学时减为48学时，因此，有必要对教学内容进行调整，内容既不能贪多求全，又不能抽象偏难。

如何改进课程教学模式，激发学生的学习兴趣，采用理论与实践相结合的方式帮助学生深刻理解课程基本概念，从而培养和有效提高学生基本的工程应用能力，是当前需要解决的问题。对此，笔者做了一些努力并取得一定成果。endprint

2 教学与实践改革

2.1 教材选用及内容精简

教材是教师课堂教学的依据，学生课下学习的参考书，目前《信号与系统》的优秀教材较多，各大高校主要使用的有：A.V.奥本海姆版、郑君里版、管致中版、吴大正版、陈后金版等。我系选择管致中的《信号与系统》（第五版），该教材将原来的上下册合为一册，内容全面，方便学生课后阅读，且教材中许多工程实例能够加深学生对基本概念的理解。同时，结合专业背景，对讲解内容进行删减，侧重教学重点，轻数学推导，重物理和工程概念，在不影响前后课程衔接的基础上，精简课程内容。如表1所示。

教学内容主要是连续系统的分析与综合，并未涉及到离散系统，这主要是由于学时少而无法兼顾，同时本专业后续课程与离散系统关联性不强。而且对每章节内容也进行一定删减，使本课程教学内容成体系，与后续课程联动性强。

在教学中，采用先缓慢后加速的教学节奏。通过细致入微的前期讲解，全面了解课程应用领域，结合实际应用提高学生对课程的学习兴趣。课程开始几个章节是学生建构本课程知识框架激发学习兴趣重要的一环，因此教学过程中加强了前面三章的教学时间，提高学生对本课程基本概念的理解，从而降低学生学习本课程的畏惧感。

2.2 修订教案课件和实验讲义，理论讲解和仿真实验同步教学

本课程主要采取多媒体课件进行理论教学，引入MATLAB仿真实验到理论教学课堂中，使理论讲解和仿真实验同步。因此需要对多媒体课件进行重新修订，利用MATLAB的信号处理工具箱，发挥软件图形处理与数据可视化的优势，在每个重要的知识点的学习后针对性地设计相应的仿真实验，通过图形图像演示，将课程中抽象与不易理解的概念和问题具体化，让学生能在对课程概念與定理产生直观认识的前提下产生深刻思考，有效激发了学生的求知欲和探索欲。通过理论分析与实验仿真结果的对比，不仅加深了学生对课程基本概念的理解，而且还提高了学生的学习兴趣和热情。

实践教学是验证理论知识，培养和提高学生运用理论解决实际问题的能力的重要方式。本课程采用理论讲授和仿真实验验证的同步教学模式，使得学生在理解的基础上更加深刻地掌握并运用所学到的理论知识，逐步培养和提高自身的动手能力以及分析解决问题的能力。

2.3 结合多种考核方式，丰富教学手段

传统“信号与系统”采取的教学考核方式是教学手段以理论推导为主，成绩以期末考试为主，导致学生平时学习不认真，寄期望于最终的期末考试。为提高学生学习激情，时刻鞭策和引导学生学习，本课程将原有考核方式分解为：课堂考勤、课堂提问、随堂测试、平时作业、期中测试、实验成绩、期末成绩共七部分，期末成绩占总成绩的40%。对教学过程中每一个环节都在进行考核，从而时刻提醒学生认真学习和动手实践。随着课堂提问、随堂测试、实验同步的加入，丰富了教学手段，学生与老师互动性得到明显改善，课堂形式也发生了以教师为中心的单向灌输向以学生为主体、教师为主导的师生互动的转变。

2.4 课外项目引导，形成学生团队

学生工程能力培养脱离实际项目是不可能的，因此在本课程教学过程中，让学生分组形成五个项目组，针对信号分析与系统设计的相关问题，进行广泛调研和查阅文献，针对某一问题开展一定的工程项目，使用单片机、MATLAB软件等工具进行实现和分析，并最终形成报告，优秀的报告整理为小论文进行发表。通过团队项目的形式，从多方面锻炼学生，真正提高学生工程实践和应用能力。

3 结束语

笔者分析了“信号与系统”课程在传统教学过程中重理论轻实践、内容广泛、推导繁杂的特点，提出从教学内容侧重和精简、修订多媒体课件教案、采用多种考核方式和教学手段、学生团队项目相结合的教学模式，引入MATLAB仿真实验和理论教学进行同步教学，使学生动手能力得到加强，提升了学生工程实践能力。

贵州省高等学校教学质量和教学改革工程项目《测控技术与仪器专业综合改革试点项目》

参考文献

[1] 徐天成.信号与系统[M].电子工业出版社，2013.

[2] Oppenheim A V， Willsky A S， Nawab S H. Signals & systems（2nd ed.）[M].Prentice-Hall， Inc.1996.

[3] 东南大学国家精品课程资源库[EB/OL].http：//jpkc.seu.edu.cn/lib/seu/search-byletter.do？pageId=6&letter=X¤tPage=6&showLevel=0&turnStyle=next&order.

[4] 郑君里，谷源涛.试谈“信号与系统”课程理论与实践之结合[J].电气电子教学学报，2014（3）：1-5.

[5] 黄炜嘉，张尤赛，马国军等.研究性学习在“信号与系统”课程教学中的应用[J].计算机教育，2010（3）：134-137.

[6] 张维维，李敏，姜明新等.“信号与系统”课程教学研究性学习的探索[J].课程教育研究，2013（16）：231-231.

[7] 胡建荣，王秀敏，金宁.信号与系统课程教学改革与实践[J].科技信息，2010（25）：450-451.endprint