“信号与系统”课程教学改革探索与实践

袁丽平 王赜坤

摘  要：结合武汉华夏理工学院应用型本科毕业生的培养目标，以学生为中心，强化突出学生理论学习能力、工程应用能力、实践创新能力的培养，课程团队采取优化教学内容、融入先进科技手段以及制定教学评价策略，对“信号与系统”课程进行了一系列教学改革。实践表明，新的教学改革激发了学生的学习热情，提高了学生的学习效率和效果，培养了学生动手能力和创新能力，改善了教学质量，取得了良好的教学成效。

关键词：“信号与系统”课程;教学改革;教学内容;教学手段;教学评价

中图分类号：TN911.72-4;G642     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）21-0191-04

Exploration and Practice of Teaching Reform of “Signal and System” Course

YUAN Liping，WANG Zekun

（Wuhan Huaxia University of Technology，Wuhan  430223，China）

Abstract：Combining with the training goal of application-oriented undergraduates of Wuhan Huaxia University of Technology，taking students as the center，strengthening and highlighting the cultivation of studentstheoretical learning ability，engineering application ability，and practical innovation ability，the course team adopts optimizing teaching content，integrating advanced scientific and technological means and formulating teaching evaluation strategy，and carries on a series of teaching reform to the course of “Signal and System”. Practice shows that the new teaching reform has aroused studentsenthusiasm for learning，improved studentslearning efficiency and effect，and cultivated studentspractical ability and innovation ability，improved the quality of teaching，achieved good teaching results.

Keywords：“Signal and System” course;teaching reform;teaching content;teaching mean;teaching evaluate

0  引  言

“信號与系统”课程包含较多数学公式及电路分析知识，在教学过程中，学生普遍反映理论知识枯燥，公式推导过于烦琐。因此在“信号与系统”课程的教学过程中，应当因材施教、适当变革。通过不断与学生进行反馈交流以及多年的教学经验积累，了解到学生更希望通过一些贴近生活的实例或者具体工程应用来帮助理解理论知识。故课程团队探究从教学内容、教学技巧以及教学评价三个方面出发，总结“信号与系统”课程教学改革措施。

1  “信号与系统”课程存在的问题

在传统模式的教学中，“信号与系统”课程采用的是“满堂灌”教学，教师占主导地位，学生学习积极性和参与度均不高，教学效果不明显，问题体现在以下几个方面。

1.1  课程内容抽象学生难以理解

“信号与系统”课程理论多、公式多，推导的过程比较枯燥，导致学生的学习兴趣低，同时学生并未明确学习目的，缺乏感性的认识储备，使得部分基础比较薄弱的学生无法在教学课堂上积极跟随教师思路开展学习活动[1]。最终的结果便是部分学生将需要深入理解的工科学科视为需要进行背诵与记忆的课程内容，仅仅是为了应付考试，学习的具体效果与品质无法达到预期。

1.2  教学模式单一学生难以融入

传统教学采用的是教师讲，学生听的灌输-接受式面授课堂模式。教师在课程教学过程中对教与学的交互性的重视程度不够，一味遵循知识点讲解的重要性，没有与学生进行多维互动，导致教师与学生之间形成一个开环回路，教学效率低下，导致教学质量一直不高。

1.3  因材施教缺失学生难以创新

在传统教学体系当中，教师对全部的学生所运用的教学方案是一致的，未考虑学生的差异性。事实上，部分高校进行了扩招，学生学习素养的差异性更加明显，除此之外，教学课时被不断压缩，教师结合教学大纲的具体进度来开展教学活动，会导致一些基础相对薄弱的学生无法跟上教学的进度。随着时间的推移，学生学习的积极性会下降，心态会自我放松，严重影响后续课程的学习，也就无法提升学生的创新能力。

2  “信号与系统”课程教学创新改进及探究

在长期的教学过程中，多次与学生进行沟通与交流后发现，学生更愿意借助更具象的工程实例学习和理解相关的理论知识。故课程团队从教学内容、教学技巧以及教学实践三个方面进行课程教学创新。

2.1  教学内容选取

“信号与系统”是电子类专业为数不多的学时为64的专业基础课，由于学时有限，任课教师无法将知识讲述得非常全面，因此，需要进一步甄选教学内容，这就对教师教学的水平提出了相对较高的要求[2]。任课教师如果对多个学科都有涉猎，将信号与系统等知识视为入手点，融合不同学科的知识，使得“信号与系统”课程知识与其他学科知识交叉，促使学生具备更强的综合能力。

2.1.1  适当减少数学推导

专业基础指的是学生需要具备的专业知识与技能素养，在对学生实践能力进行培养的基础上，也需要提升对专业理论知识的学习力度，借助不同的教学模式，控制数学推导的数量，促使学生具备更高的专业知识学习能力，唯有储备充足的理论知识，学生才能够更加深入地对专业知识与技能进行理解[3]，逐渐发展为社会所需的人才。若教师只是按照教材给出的知识进行教学，会使得学生逐渐失去对学习的兴趣。故在进行教学活动时，教师需要避免出现过多冗杂的理论推导，尝试借助精简的模型来辅助学生对相关知识的剖析与理解。

2.1.2  融入日常生活原理

“信号与系统”是电子类的专业性课程，涵盖的众多基本原理能對诸多自然现象进行解释。在教学过程中，引入日常生活中的实例，提升学生的课堂参与度，和教师建立良好的互动关系。例如通过观察汽车在快速前进时，看到的车轮是向后转的现象，讲解“信号与系统”的抽样定理。车速很快，人眼采集到的车轮旋转图片较少[4]，根据人眼视觉暂留效果，会看到车轮向后旋转。配合小视频播放，能够给学生带来更为直观、感性的认识。

2.2  教学技巧改进

2.2.1  变抽象理论为综合运用

“信号与系统”课程呈现出较强的理论性，大部分都是对公式的推导以及定理内容与推论等，如第三章的连续时间信号的傅立叶变换，公式数量超过了100个，内容的抽象性比较强。借助作业与检测的形式虽然能够进一步引导学生深入理解相关的理论知识，但如果后续没有加强复习，所学知识基本在一两星期内就会模糊，当然这也是符合人类记忆的客观规律的。学习知识的目的是要转化为自己的能力，因此，需“以学生为中心”，在课堂上引入必要的操作训练，如借助武汉易思达科技有限公司的Dubhe系统，搭建对应的系统操作环境。以第三章的无失真传输系统为例，利用Dubhe系统，搭建运行环境，如图1所示。

无失真是指响应信号与激励信号相比，只是大小与出现的时间不同，而无波形上的变化，为呈现出更为直观的结果，进一步提升学生理解知识的深度，呈现出优质的教学效果，借助Dubhe系统进行仿真操作，如图2所示，可知方波信号在传输过程中出现失真与非失真的两种情况。

上述操作在课堂上仅作效果演示，不进行深入讲解，教师可分享程序源码，交给学生课后实验。这样一方面可以检测学生对教学理论知识掌握的程度，另一方面借助有效的实操环节，增强学生动手能力，使得学生能够主动进入到互动环节当中。

2.2.2  采用先进的教学手段为学生保驾护航

如今，互联网技术水平不断提升，我国的高校正在深入地对创新的教学模式进行探索，“慕课”“微课”与“翻转课堂”等新教学方法不断涌现。这种创新性教学模式的出现使得“信号与系统”课程体系课时不足的问题得以改善，教师借此能够将一些教学知识放置在微课体系当中，引导学生自主地对其进行学习，节约课堂的教学时间。

基于“信号与系统”课程教学内容、学生学习状况、人才的培养目标，课程组探究将多媒体技术与课程体系进行融合，利用先进信息技术来帮助教师进行课前预习、课堂教学与课后的巩固等活动，师生能够及时对问题进行反馈与解决。课堂记录直观反映学生出勤数量、课堂的研讨结果、测试与作业状况等，并还能对每一次课堂是生成一个课堂报告，如图3所示，便于老师利用“雨课堂”对学生学习的全过程进行持续观察。实践结果表示，基于“雨课堂”的“信号与系统”课程教学体系能够使得学生具备更高的学习积极性并强化学生对知识的理解。

2.3  教学实践融入

2.3.1  搭载创新性工程背景

大数据带来的数据浪潮引领社会的快速发展，对海量数据进行挖掘的关键在于对数据进行分析，而计算机只能处理数字信号。利用5G传输网络对物理世界的模拟信号实时地予以收集，如今研究的重点是处理并分析所收集的数据信息。而“5G信号数据采集”正是“信号与系统”课程中“信号时域抽样”知识点，因此将这一工程背景项目作为教学研究案例，并帮助学生探究5G传输，站在“5G信号的数据采集”原理与抽样的频次角度上展开介绍，其5G信号数据采集框图如图4所示。

基于最新的科研项目，设计出与课程体系知识匹配度更高的工程实例，将科研与教学知识进行融合，一方面能激发学生学习兴趣，另一方面也能较好地体现课程体系的创新。在课程开始之前，需要把学生分成不同的兴趣小组，每一个小组的人数为3～5人，教师需要结合课程的实践案例设计不同的工程项目，由学生自主选题并设计相应的实施方案等。以上项目需要运用课程体系当中已经学习的基础课程与专业知识，有助于学生知识体系的形成与兴趣的培养。对于表现优异的项目，可以推荐其参加全国性质的竞赛，进一步强化学生的创新能力与责任意识。

2.3.2  跨学科内容交叉

在整个课程教学体系当中，如今最受关注的便是经典知识和先进科学技术的交叉与融合，如何借助现代化的技术思想来对经典知识进行解读逐渐演变为课程教学的重点。在进行教学时，可以在教学内容中适当增加具体的教学实例，促使学生逐渐形成多学科交叉的创新知识体系。比如，教师在为学生们讲述宽带概念时，可以适当引入光纤通信体系的工程运用实例，在对连续时间傅立叶变换知识进行讲述时，可以对雷达测距等工程实践进行讲述，促使学生的专业宽度得以拓展，能够在现有理论知识的基础上进行延伸，助力学生对知识体系的全面了解与理解。

3  “信号与系统”课程教学创新效果分析

这一教学改革体系创新举措的推进与努力最終得到了不错的结果，取得的成绩具体有以下几点：

（1）学生的出勤率和教室座位图的改进。以我校电信1181班为例，图5（a）、图5（b）分别是教学改革前与教学改革后学生在教学课堂上的位置分布状况，深色表示学生已经占据的位置，白色代表空缺的位置。

图6为课程创新前与创新后学生在教室座位排数的平均分布状况，直观可看出应用新的教学模式之后，学生的平均出勤率也有明显的改善。该班学生总数是40人，进行教学改革前，学生的出勤率是87.5%，且学生占座分布均比较靠后，创新后学生平均出勤率达到100%，同时座位分布均比较靠前。结合图5、图6还可知，前排位置的上座率得以提升，学习知识的欲望得以激发，促使学生能更好的融入课堂。

（2）这一课程理论知识学习得比较扎实，其体现在考研学生所选择的专业课程上，以2017年16级电子信息工程专业为例，17名考研的学生中，选择“信号与系统”这一课程的人数是13人，对应的比例为76%。在进行座谈时，谈及选择此课程的原因，学生的回答是对这门课程的理论知识理解透彻，实践动手环节比较熟练，考试时也更有信心。

（3）在全国性质的电子设计比赛中，获奖的同学数量较多。从2017年之后，兴趣团队的成员分别在全国大学生电子设计竞赛、全国大学生蓝桥杯比赛获奖，其中成绩为一等奖4次，二等奖5次，三等奖9次。

4  结  论

经过了长期的教学实践与摸索，对“信号与系统”课程创新技巧进行了总结。借助教学反馈的形式，在进行学习活动时，教师将数学基础原理知识与公式转变为具体且生动的模型实例，能够进一步强化理解与记忆，大多数学生对“信号与系统”这一课程的教学过程表现出满意的态度。

参考文献：

[1] 徐丽娜，孙莹.浅谈“信号与系统”的教学改革 [J].教育教学论坛，2018（45）：139-140.

[2] 张扬，邹麟，赵帅.“信号与系统”小班教学和考核改革的探讨 [J].实验技术与管理，2015，32（12）：19-21.

[3] 何继爱，蔺莹.“信号与系统”课程知识结构及教学方法研究 [J].高等理科教育，2018（3）：103-108.

[4] 熊莎莎，缪奇航，崔文超.信号与系统结合MATLAB案例式教学 [J].电脑知识与技术，2019，15（5）：254-256+260.

作者简介：袁丽平（1983—），女，汉族，湖北黄冈人，副教授，硕士研究生，主要研究方向：数字图像处理、云制造。