理实融合信号与系统实验教学研究

牛晓伟 李洪兵 陈强 刘毓 聂祥飞 谢辉

摘 要：针对信号系统课程本身理论抽象，数学推导复杂，晦涩难学，学生难以将理论与实践相结合这一问题。分析了当前教学现状、存在问题，提出了一套旨在解决当前设备利用率低，浪费严重问题的方案，给出了研究内容、研究目标，并整合现有实验设备，实现资源优化共享配置，提高实验教学效率的方法。

关键词：优化配置；资源整合；共享设备

一、 现状与背景分析

目前本科信号与系统教学方式中方式单一，存在如下问题：

（一） 教学内容过于理论化，理论教学注重数学推导和做题，没和工程实例充分融合，不能解决实际问题。

（二） 学生对基础知识掌握不够，普遍感觉信号系统理论难懂，缺乏学习兴趣。

（三） 教学内容单一，重理论，轻实验教学。

（四） 教学依赖教师课件，主观性大。无规范的教学讲义。

（五） 实验教学在试验箱EDA/MATLAB/DSP平台、软件之间缺乏互连。

二、 已有教学基础

目前大多数高校本专业老师均学历和知识层次较高，多是用MATLAB编程语言实现很多《信号与系统》课程算法的仿真，或利用SIMULINK工具建模工具，对信号系统、建模和仿真需要。实现将MATLAB中的DSP仿真算法转换为硬件平台所需的硬件语言，可将仿真模型转化为硬件语言程序，可在硬件平台运行。

三、 要解决的教学问题

（一） 课程教学指导思想的转变。现行教学模式最大的不足是大纲没有体现《信号与系统》课程应用性、系统性的特色。课题组拟根据就业市场对电子专业本科人才的需求，结合《信号与系统》课程主要知识点，对课程现行的理论和实践分开编写的教学大纲进行改革，制定以“理实融合型”教学模式。

（二） 课程教学内容的重组。现行教學模式对原理性知识讲授得过多，而对知识的系统性和应用性讲解得太少，并且缺乏实践锻炼。按典型“理实融合型”工程案例模式组织教学内容，通过完成具体任务或项目的工作过程训练，让学生获得普适性的工作过程，养成可持续发展能力，以应对职业新环境对从业者提出的新要求。

（三） 考核方式的改革。《信号与系统》课程以往的考核形式相对单一，理论考试内容侧重于记忆，而实验考试仅注重知识点本身，不能体现算法的工程背景。可采用闭卷、开卷结合，实验现场考核，要求现场调试结果，教师根据学生完成的准确性和熟练程度现场评分。目的是促进学生端正学习态度、重视学习过程，重视知识点的细节学习。课程考核方式的改革可以从根本上杜绝“高分低能”现象的发生，是促进学生创新思维和应用能力提高的重要手段。

四、 研究内容

（一） 如何提高学生学习《信号与系统》的兴趣和学习效率？理论和实验仿真结合。避免学生把该课程当成数学来学习。

（二） 加强交叉知识贯通，对考研学生着重认真辅导，建立长效辅导机制。

（三） 强化“理实融合型”互动教学，尽可能将相关算法用MATLAB编程实现。

（四） 整合现有实验教学资源（EDA/FPGA平台，MATLAB DSP Builder/CCSLINK平台，提高设备利用率。

五、 研究目标

（一） 找到一套适合学生《信号与系统》课程教学的高效学习方法和模式，理论实践完美融合一体化教学，最好使得理论实例充分结合。

（二） 整合现有实验教学资源，资源共享，提高设备利用率。

（三） 找到一套核实高效的学习《信号与系统》课程的方法和策略，为后期考研学生做经验推广。

六、 拟采取的方法

（一） 建立学习本课程的激励机制，结合工程实例在信号处理中的应用为背景讲解，注重概念理解，强化数学功底。

（二） 对考研学生，加强独立辅导，任课教师负责，强化灵活应用能力。

（三） 加重MATLAB在仿真教学中的作用，尽量用仿真实现，加强理解。

（四） 实践教学上，将信号处理算法下载到硬件芯片，实现软硬结合验证。

具体步骤如下：1. 根据实际需求，确定信号处理算法，先用MATLAB对算法进行仿真验证，再用C编程在数字信号处理硬件芯片上运行的性能进行模拟，以验证算法的正确性，在满足处理性能要求的前提下，要对算法的可行性进行评估。2. 选择合适的实现方法，即选择一种合适的硬件芯片及其外围器件。3. 设计硬件电路板并且编写的程序代码，用C语言或是MATLAB。4. 在DSP上调试所编写的程序，并且做到程序和硬件电路都能满足要求。

七、 实验资源整合使用的好处

（一） 基于MATLAB搭建的信号软硬件实验平台，可充分发挥创造性思维，拓展视野，避免局限于传统固定的平台框架，增强实验的趣味性。

（二） 在MATLAB平台上实现信号处理实验时，简单易编程，可视化功能强，便于理解。

（三） 将EDA、DSP、MATLAB这些实验手段整合在一起，利用现有各种实验资源有效、合理整合，以多元化的实验途径引导学生的创新实践能力。

（四） 将《信号与系统》与数字信号处理的硬件平台结合，拓展了应用领域。其硬件功能可由设计者自行组合裁剪，只需进行非常简单的操作，就可定制出自己需要的DSP模块。（通讯作者：牛晓伟）

参考文献：

[1]刘志平.信号与系统课程教学改革与实践[J].中国教育技术装备，2010（03）.

[2]金韦利.信号与系统教学改革的研究[J].科技信息，2011（02）.

[3]李雅珍.关于信号与系统课程教学的探讨[J].科技信息，2011（18）.

作者简介：

牛晓伟，李洪兵，陈强，刘毓，聂祥飞，谢辉，重庆市，重庆三峡学院电子与信息工程学院。