生物医学工程专业《信号与系统》课程的探索与实践

杜丽莉

【摘要】《信号与系统》是生物医学工程等电类专业的一门重要的专业基础课程，在生物医学工程专业本科教学阶段具有极为重要的作用。为了提高本课程的教学质量，有必要加强课程体系建设。本文结合专业特点和课程特点，主要从教学内容的设定和教学方法选择等方面进行了探索和研究。

【关键词】信号与系统  生物医学工程  教学内容  教学方法

1.《信号与系统》课程特点

《信号与系统》是一门理论性较强的专业基础课程。该课程主要是研究信号的表示和系统的描述，通过信号表示和系统描述分析信号与系统在时域、频域以及复频域的作用机理，从而得到不同域中输入、输出、系统之间的相互关系。其主要的教学目的是让学生掌握信号与系统的基本理论、基本原理和基本分析方法。该课程在本专业的教学体系中起着承前启后的作用。其先修课程包括，高等代数、线性代数、复变函数、电路分析等;其后续课程包括，数字信号处理、自动控制原理等。本课程在专业人才培养上具有相当重要的地位。《信号与系统》是数学性很强的一门专业基础课，它的理论体系极为严谨，并且涉及到的教学内容较多，课程理论较为抽象，数学公式和推导过程较为复杂，也是学生第一次接触信号及系统和变换域分析的理论知识，所以学生在学习过程中经常表现出诸多的不适应。本课程存在“难学难讲”的问题。

2.合理选择教材

目前，《信号与系统》课程适合本专业使用的教材有很多，国内比较经典的教材有由高等教育出版社出版清华大学郑君里教授主编的《信号与系统》（第三版，上、下册），是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，该教材是很多高校选择的主教材，也是很多高校研究生专业课考试的参考教材，它主要以通信和控制工程作为应用背景。此外，还有由清华大学出版社和北京交通大学出版处联合出版，由陈后金教授主编的《信号与系统》（第三版），该教材是国家精品课主教材，书中建立了较为完整的课程体系，突出了各课程的内在联系及相互关系，体现了局部和整体的统一，内容深入浅出，详略得当。国外较为经典的教材是由奥本海姆主编的《信号与系统》（第二版），是美国麻省理工学院（MIT）的经典教材之一，书中作者使用了大量的实例，并行讨论了连续系统、离散系统、时域系统和频域系统的分析方法，使读者能透彻地理解各种信号系统的分析方法并比较其异同。上述教材都为经典教材，我校《信号与系统》课程结合本专业特点，以及目前课时较少的现状，综合考虑选择由陈后金教授主编的《信号与系统》（第三版）作为本课程的主教材，其他两本教材作为推荐教材，供学生自行学习，以提高自身对知识体系的掌握能力。

3. 合理制定教学内容

我校《信号与系统》课程定为本科三年级第一学期开设，学生在此之前已经学习了高等数学、复变函数、电路分析等基础课，具备了学习本课程的知识基础。同时，为了与同阶段的其他专业课协调有序开展，本课程大大缩短了课时，受到了只有54课时的限制。由于本课程涉及的理论知识范围较大，而课时较少，这也增加了教师讲课和学生听学的难度，在这种情况下，合理的制定教学内容显得尤为重要。

首先，要对本课程内容有整体的把控。课程名为《信号与系统》，那么即可将内容为“信号”和“系统”两大方面。此外《信号与系统》课程知识有着很好的“对称性”：对于“信号”部分来说，教学内容可分为信号的时域分析，信号的频域分析，信号的复频域分析;对于“系统”部分来说，同样可分为系统的时域分析，系统的时域分析，系统的复频域分析。上述“信号”和“系统”的时域和变换域分析中又可以分为：连续时间信号的分析，离散时间信号的分析，连续时间系统的分析以及离散时间系统的分析。在教学顺序上，先讲信号，再讲系统，先讲连续，再讲离散，先讲时域，再讲变换域，可以让整体知识结构更加清晰，使学生更容易理解。

其次，要明确本课程重点内容。由于课时较少，该课程不可能详解所有的知识点，所以在制定教学内容时，需要结合教材和本专业特点，定位重点内容于掌握分析信号与系统在时域、频域、复频域的作用机理及其涉及到的工程实践中的问题，简单介绍或删除不重要的知识点。

最后，要注重理论与实践相结合。本课程的特点是理论性较强，且较为抽象，这也是很多学生反映课程难学的主要原因，所以需要有实践练习来巩固支撑理论知识的学习，提高学生分析和解决问题的能力。为了培养学生的这种能力，本课程设计了基础性练习、工程性练习和综合性练习。另外，还利用MATLAB进行实验教学，将理论知识中的重难点进行展示，将抽象的理论可视化，还可以指导学生自主分析问题，激发学生的学习兴趣和动手能力。

4.合理选择教学方法

4.1 教师讲学。传统教学方法是“老师讲，学生聽”，这种方法虽然存在一定的弊端，但是仍然是当下主流的教学方法。结合本课程课时较少的特点，这种讲学的方法毫无疑问是最省时最有效的方法。为了改善传统讲学中课堂沉闷的现象，我们采用多媒体和板书结合的方式进行讲学，利用多媒体形象展示理论知识和工程实例，利用板书梳理知识结构以及重点理论分析。

4.2小组学习。将班级学生分为若干个学习小组，在每一阶段的理论知识学习完成后，针对每个学习小组制定不同的基础性练习、工程性练习和综合性练习，此外，MATLAB的实验教学也以小组的形式进行，所有的实践练习成果以小组的形式提交，由教师评价学生学习成果，并将结果反馈给学生。

4.3教学质量调查。设计教学质量调查问卷，在课程开展一定时间后，请学生对本课程的教学质量做出评价，评价内容包括：教材、课程内容、教学方法、教师职业素养、课堂气氛、授课效果、课程意见和建议等方面。目的是使任课教师和教学组及时了解到学生的学习情况和对课程学习的诉求，并及时合理的调整教学方案。

参考文献：

[1]陈后金，胡健，薛健.信号与系统第二版[M].北京：北京交通大学出版社，2017.

[2]陈琦玮，张静亚.《信号与系统》课程教学的探索和实践[J].中国电力教育，2008（21）.

[3]郑君里，应启珩，杨为理.信号与系统第三版[M].北京：高等教育出版社，2011.

[4]奥本海姆.信号与系统第二版[M].北京：电子工业出版社，2013.