“信号与系统”课程教学改革的研究

贺 娟

（遵义师范学院物理与电子科学学院，贵州遵义563006）

1 引言

“信号与系统”是电子信息、电气工程和通信工程等电类专业本科生一门重要的专业基础课程。因各个学校对这门课程要求的侧重点不同，“信号与系统”课程一般在大学二年级下学期或三年级上学期开设，前提是须先学习高等数学、电路分析、线性代数、复变函数等课程。由于该课程理论知识很强，且须有扎实的数学功底，同时也脱离不了实际工程上的应用，所以，它是一门理论性和实践性都很强的课程。纵观国内许多高校，大家都将它列为相关专业的研究生入学考试专业课程，它不但是多个学科的交叉点，联系了电路分析基础和复变函数知识，而且对后续专业课程（如“通信原理”和“数字信号处理”）的学习具有很大影响，因此它在整个电类专业课程的学习过程中起到了承上启下的作用。

遵义师范学院有三个专业开设了“信号与系统”这门课程，分别是电子信息科学与技术专业、电气工程与自动化专业和通信工程专业。遵义师范学院是贵州省一所地方性本科院校，绝大部分学生的基础知识较薄弱，分析和解决问题的能力一般。针对这种情况，学校从2015级学生开始就对这门课程的教学进行了很大的改革[1-4]。为了适合我校学生的情况，课程“信号与系统”[5]安排在大三上学期开设，与重点大学相比，我们推迟了一个或二个学期开课。我们不仅对教学学年进行了调整，同时也对教学模式和教学方法进行了改进，在总课时不变的情况下，减少了理论课时，增加了实践课时。通过这样的改革，学生的学习兴趣提高了，教学效果也得到了明显的提高。

2 课程教学改革势在必行

2.1 课时少与教学内容多的矛盾

2015年3月5日，李克强总理在政府工作报告中提出“引导部分地方本科高校向应用型转变”。2016年3月5日，政府工作报告明确提出“推动具备条件的普通本科高校向应用型转变”。

“向应用型转变”已成为近年来高校转型发展的一个热点。遵义师范学院也是一所地方本科院校，也属于这个转型行列。根据实际情况，我校对“信号与系统”课程进行了相应调整，课时由72节理论课和16节实验课，改革为总课时72节，其中理论课56节，实践课16节，改革前后相比较得出：实践课没变化，理论课时减少了16节，而实际教学内容仍未变化，从总体上来看提高了实践课时的比重。因此，课时少与教学内容多形成了非常明显的矛盾，为了解决这一矛盾，课程教学改革势在必行。

2.2 学生基础差与课程难度大的矛盾

遵义师范学院的理工科学生大部分来自贵州本省。我初步统计了几届电子信息科学与技术专业的学生，基本上高考物理分数都徘徊在及格分数边沿。进入大学后，他们学习高等数学较吃力，而复变函数在每届学生中能听懂的学生也不多，很多学生不会分析稍微复杂一点的电路。在这样的基础上开设理论性很强的“信号与系统”课程，虽然绝大部分学生知道这门课程很重要，故而他们就把大量的时间都花在数学运算和理论推导上面，久而久之把这一课程看作是数学课程一样来对待，并没有去理解公式和数学方法的真正意义以及应用。改革前，老教学方法偏重理论教学，实验教学完全作为一种形式来教学，最终导致的结果是绝大部分学生因为知识太复杂而不想学习。为了解决这一矛盾，课程教学改革势在必行。

2.3 理论教学与工程实践的矛盾

“信号与系统”一直以来都是电类专业的专业基础课程，它的理论体系非常完善，理论结构也非常系统。在传统的教学中，就是粉笔加黑板，整节课都是在黑板上演算，这样无意中就轻视了工程实践教学，学生在这样的教学环境下，对工程实践完全处于陌生的边沿，他们的工程实践能力和分析问题的能力也就非常欠缺。实际上作为一门专业课程，它与工程实践应用有着非常紧密的关系，而我们身边也存在着很多工程应用的实例，所以要解决理论教学与工程实践的矛盾，课程教学改革势在必行。

3 教师与学生“教与学”的观念转变

随着社会的进步、时代的发展、科学技术的突飞猛进，高校教师的教学模式也应与时俱进。二十多年前，大学教师每天在授课时，总是忙个不停，在黑板上写个不停，因为没有现代化的教学设备，特别是我们电子专业的老师，课间休息十分钟，老师也会利用起来，在黑板上画好下节课的电路图，那个时候虽然有挂图，但是不是书本上所有的电路图都有挂图的。这种传统的教学方式，总是以“教师”为中心，学生被动的被老师带着走，这种“教师教，学生学”的“填鸭式”教学方法长久以后学生的学习积极性会受到挫伤，即使部分学生很努力最终也只能变得死搬硬套。因而，这种跟不上时代的步伐，也不适合当今时代的教学方式会被时代淘汰。因此，我们教师必须将以自我为中心的教学模式和教学理念，改为以学生为中心的教学理念，教师应该把自己看成是“导演”，导演是指挥演员的行动，起到启发、引导、辅导和激励的作用。真正要把戏演好的是演员自己，所以要给学生以信心，要他们自己去探究学习的奥秘。教师只告诉他们学什么，怎么去学，实现这一过程的是学生自己。为转变这种“教与学”的观念，我们的做法是：

首先，我们要做的是上好绪论课，绪论课其实是很难的开场白，讲得好会影响学生整门课的学习，起到正能量的作用，讲得不好则会给学生一定的负面影响。“信号与系统”的绪论课，我们一般是安排两节课的时间，先对这一课程的名字进行解释，然后解释我们怎么去选取教材。我们学校近几年选用的教材是吴大正老师的《信号与线性系统分析》，教材的名称比课程名称范围有所缩小，两个名称一对比，学生就会知道本科生只要会分析线性系统就可以了。接着给学生指出：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。

其次，我们向学生介绍课程的主要内容：信号与系统的概念、信号分析、连续时间系统和离散时间系统的时域和频域分析、系统的状态变量描述、傅里叶变换、拉普拉斯变换、z变换等等。接着给他们传授信号和线性系统分析的基本理论和方法，使之能在后续课程的学习中灵活应用这些方法解决实际工程问题。一般绪论课上到这儿时，大部分学生对此课程已经有了一定的了解，在这种情况下，授课老师必须趁热打铁，举出一些他们身边非常熟悉的工程实例来激发他们对此课程的吸引力和兴趣。比如讲到“信号”的概念时，我们可以列出一些很熟悉的例子：上课铃声——声信号，表示该上课了；十字路口的红绿灯——光信号，指挥交通；电视机天线接受的电视信息——电信号；广告牌上的文字、图象信号等等。我们这门课程是“信号与系统”，所以讲完“信号”，接着就是讲“系统”。讲到系统的概念时，知识点就升华到一定的深度了，我们可以举一个学生们很喜欢的例子：如下图1所示的通信系统，通信系统就是为传送消息而装设的全套技术设备。围绕着这个简单的通信系统给学生简略的讲授，此时他们的兴趣又会升华一个层次。

最后，绪论课结束后，就给学生布置整个学期的学习任务，真正把“教与学”的重心改变过来。在每一章节的讲授之前，老师把微课资料上传给学生，学生先学，即把学习的主动权交给学生，有时可以把课堂交给学生，学生讲老师听。真正转变教师与学生“教与学”的观念。

4 “分类比较法”的应用

遵义师范学院从2015级开始实施新的培养方案，新的培养方案是中国高校向应用型大学改革的产物。实行新的培养方案，如果还是用老一套的教学方法，是完全不能完成教学任务的，“信号与系统”是其中一门改革很大的课程，所以我们对这门课程的教学方法和教学模式进行改革，其中“分类比较法”是我们在改革中起到了实用性作用的方法。

下面以我校2015级电子信息科学与技术专业本科班为例，看实行课改后的效果。新的培养方案从2015级开始实施，为了在课时减少的情况下完成教学任务，必须找到合适而有效的教学方法。下面阐述此方法的实施过程。

首先，必须使学生能心甘情愿的接受这种方法，那我们就必须先上好绪论课，把学生的学习观念改变过来。因此，“教与学”的观念改变至关重要。

其次，我们将教学内容先分类：总共八章内容，绪论是开场白。我们把系统分成两大类：连续系统和离散系统。分析系统的方法分为时域法和频域法。这样第二三章可以用比较法授课；第五六章也可以用比较法授课。因此这四章就可以合并为两章来授课，所以在减少课时的情况下也能很好的完成教学任务。

下面举个例子：“卷积积分”出现在第二章连续系统中，用来快速求解系统的零状态响应，而“卷积和”出现在第三章离散系统中，也是用来快速求解系统的零状态响应，这两个内容就可以用“比较法”来授课，可以节省一半的课时。再举一个例子：S域分析和Z域分析，这两章也可以用比较法。S域分析用于连续系统，而Z域分析用于离散系统，但是它们之间有一个重要关系式：,即复变量S与Z的关系式，也就是拉普拉斯变换与Z变换的关系式。

再次，我们还利用了工程语言MATLAB来用于比较法教学，MATLAB是一门工程语言，大二的时候开设了这门课程。如果想让学生能更好地和形象地理解信号与系统中的抽象概念，我们就用MATLAB来辅助教学，比如：我们在讲授门函数的傅立叶变换的时候，门函数是一个新的函数，而对这个新函数来进行傅立叶变换，如果单靠理论教学，则学生的学习更加枯燥，所以我们用图像来做比较，如图2所示门函数的傅里叶变换。这样就显得形象而生动，学生也很容易接受。

5 效果比较

下面以我校电子信息科学与技术专业的四届本科生学习“信号与系统”课程的期末综合测评来做比较。我学校从2012年才开始招生电子信息科学与技术专业，到目前为止有四届本科生已经开完了这门课程。四届学生期末综合测评成绩由表1所示。

从表1可以看出：四届学生的期末综合测评中，2015级最好，2014级最差。2012级、2013级和2014级都使用的是旧的培养方案，理论课时72，整体上2012级和2013级略好于2014级。但是实行教学改革后，教学课时少了反而教学效果明显，2015级的学生教学效果最好。所以课堂教学改革势在必行，必须与时俱进。

6 结论

“信号与系统”是电类专业一门非常重要的专业基础课程，它在专业课程的教学过程中起到了承上启下的作用。同时，该课程也是绝大部分高校电类专业作为研究生入学考试的课程之一，因此其教学质量的好坏不仅给后续专业课程带来很大的影响，而且对继续深造的学生来说也是至关重要的。鉴于此，本文从教学改革的形式和观念以及教学改革的实施方法上进行了详细的分析和探讨，用分类比较法来进行改革，表1数据表明了改革的有效性，同时激发了学生积极主动学习的热情，不再象以前一味依靠老师的讲授，而是能充分发挥自己的主观能动性，积极主动学习，且获得了很好的效果。