《信号与系统》课程教学研究与实践

谢家兴等

摘 要：《信号与系统》是我校电子信息工程、通信工程、电子科学与技术等电子电气类专业本科生的专业基础主干课程，是承上启下的核心课程，讲述了信号与线性系统的基本概念、原理、方法与工程应用，其课程实质是把物理系统抽象为数学模型，通过分析模型进而研究系统性能，具有抽象性强和枯燥乏味等特点，给教学带来了一定的难度。本文针对信号与系统的课程特点，结合我校电类相关专业学生的特点，对信号与系统的教学提出了一些改进意见，以期提高信号与系统的教学质量。

关键词：信号与系统 教学改革 实践教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098x（2014）01（a）-0164-02

1 我校信号与系统教学现状

《信号与系统》是我校电子信息工程、通信工程、电子科学与技术等电子电气类专业本科生的专业基础主干课程，其中的概念和分析方法广泛应用于通信、自动控制、信号与信息处理、电路与系统等领域，又与工程实际有着密切联系，目前许多高校研究生入学考试专业课中都包含有该课程内容。该课程以《高等数学》、《电路分析》及《复变函数》等课程为基础，同时又是学习后续《数字信号处理》、《通信原理》等必修课的基础课程，在教学环节上起到承上启下的作用，其教学质量的好坏直接影响到学生对信号和系统的时频分析掌握，关系到后续课程的教学质量。该课程由于对数学有一定要求，理论性较强，概念抽象，公式多，学时少，所以一直存在“学生难学，教师难教”的问题，学生在学习过程中很容易钻牛角尖，对内容也不是很理解。在理论教学过程中往往容易围绕着数学推导进行，而忽略课程与实验相结合的教学方法。如何提高学科的效果，看老师对学生的了解。作者从事这门课程教学九年，依托我校广东省名牌专业电子信息工程专业、中央与地方共建电子资讯工程基础实验室信号与系统实验室这个平台，对信号与系统课程的教学内容、课程体系和教学方式上进行了调整，不仅提高了学生的学习兴趣，而且教学效果也是突出。

2 运用多种教学方法和现代教学手段，提高课堂教学，提高教学成果

2.1 采用多媒体手段授课，提高学生学习兴趣

信号与系统涉及很多公式、推导繁、概念抽象且不易理解与掌握，利用现代多媒体手段教学，将各种技术组合在一起，用计算机色彩、动画、视频、等有效地结合起来，形象的展示在学生面前，从而提高学生的学习兴趣，也提高课堂效果，让学生更容易记住并理解所学的内容，多媒体教学带给学生的既有量的积累，也有质的飞跃[1]。

2.2 突出物理意义，淡化其数学推导，注重基础课与后续专业知识点的结合

该课程涉及傅里叶级数、傅里叶变换、拉普拉斯变换及Z变换等内容，学生感到内容多且关系复杂，因此在推导公式时，一定要注意将公式的来源讲清楚。另外，同学们也注意到傅里叶变换、拉普拉斯变换的性质大多是相似的，可大学生不明白是什么道理，他们心里有所疑惑，但如果让学生理解傅里叶变换、拉普拉斯变换的共同前提就是正交变换，这两个变换性质相似的根源是它们都是以指数函数为完备正交集的正交变换，只是指数的取值不同而已。这就是从全局上把握所学知识中最本质的东西，即寻找事物的共同点，从而起到事半功倍的效果[2]。

注重基础课与后续专业知识点的结合，例如在讲授信号与系统概念的过程中，引出通信系统和控制系统以及稳定性等概念。使学生用辩证发展的思维看待基础课程中知识的学习，形成发散的思维；使学习的知识构成有机的整体。有利于学生对后续专业课程的学习和培养学生的能力。

2.3 利用网络平台，建立信号与系统课程网站

教学网站是网络课程有效的载体和支撑平台，是网络课程的最佳的表现形式。网络课程的教学网站是学生自主学习、个性发展、教学互动、学习交流、信息反馈、自我评价的重要平台，对于实现传授知识、培养能力、提高素质的协调发展将起到重要作用。为了提高信号与系统的教学质量，本着便于学生学习课程内容、查阅教学资料原则，利用软件Dreamweaver设计和建立了信号与系统课程网站。该课程网站包括电子教案、作业习题、试卷样题、实验指导、课程复习、教学动画等等学习资料，又包括供同行参考用的课程介绍、教学大纲、教学计划、教师介绍等教学资料。让学生边学习、边实践、边研讨。通过相关连接把最新的发展、方法、概念、技术、器件展示给学生。网络化的学习环境能改善学生“死读书，读死书”的状况。

2.4 利用Authorware工具软件，研究和开发信号与系统多媒体教学系统

信号与系统多媒体教学系统以Authorware为开发平台，综合运用图像、文本、视频、音频等结合在一起，把抽象东西形象的表现出来，以大量视听信息、高科技表现手段来冲击学生的思维兴奋点，加上虚拟现实技术和图形、图像、三维动画使教学内容表现得丰富多彩、形象生动，让学生通过多个感觉器官来获取相关信息，提高教学信息传播效率，增强教学的积极性、生动性和创造性，从而有效地提高《信号与系统》课程的教学质量，在今后教育教学中势必发挥更大的作用[3]。

2.5 开设综合性实验

依托专业实验室，利用现有仪器设备，结合教学内容开发综合性和设计性实验，学生以团队合作的方式积极参与综合性和设计性实验，描述自己的方案并与其他小组讨论。通过开设综合型实验，不断开阔学生思路，使其对现有的各类信号与系统原理和方法有较全面的认识，提高学生综合分析和运用知识的能力。通过开设设计型实验，主要锻炼学生独立思考和解决问题的能力，拓宽就业渠道[4]。

2.6 利用MATLAB软件改进课堂教学

信号与系统课程中的理论和结论大都是经过数学推导得来的，对学生来说比较抽象、也较难理解，同时作业也具有较多计算量，单纯的笔算较为繁琐。MATLAB语言能对信号产生、信号关于时间尺度变换、卷积和相关等时域运算，傅里叶变换和拉普拉斯变换的频域计算，以及诸如调制、抽样定理、信号无失真传输、滤波器设计等一系列的关于该课程的概念理解和计算问题都可通过图形建模、数值计算使之具有可视化功能。因此，课堂上将多媒体教学与MATLAB图形和动态演示结合起来，会使得课堂教学更加直观、生动、紧凑，使学生易于加深对课堂抽象概念的理解，巩固课堂上所学的理论知识，帮助他们很好掌握信号课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法[5]。

2.7 注重对学生知识运用能力的考核，重构考核评价体系

为了加深学生对课程知识的学习和掌握，注重对学生知识运用能力的考核，重构考核评价体系。课程考核成绩，由期末考试成绩与平时成绩综合评定。该课程期末考试成绩占总评成绩的50%（以前为70%），平时成绩占50%（以前为30%）。平时成绩考核内容包括对学生课堂考勤、随堂测验（至少三次）、课程作业、实验成绩等的综合评定。通过两年的考核实践，学生普遍认为通过平时测验和加大平时成绩比重，有利于学生平时对知识的积累，可以有效避免部分学生期末考试前临时抱佛脚的心理。

3 结语

信号与系统作为专业基础课能够在培养学生的工程能力和素质方面发挥相当的作用。通过九年来对信号与系统的教学和教学经验的积累，本文论述了采用灵活的教学方法和手段培养学生的创新能力；突出物理意义淡化其数学推导、注重基础课与后续专业知识点的结合；利用网络平台建立信号与系统课程网站；利用Authorware工具软件研究和开发信号与系统多媒体教学系统；开设综合性实验；利用MATLAB软件改进课堂教学；注重对学生知识运用能力的考核，重构考核评价体系等七个方面对《信号与系统》课程和教学内容体系改革和整体优化研究与实践进行了探讨，提高信号与系统的教学质量，为学生们学习后续专业课打下扎实的基础。

参考文献

[1] 胡金敏，谢双维，丁振军.工程光学教学中培养学生创新能力模式探析[J].中国成人教育，2010（2）：151-152.

[2] 马红梅，李鹏，黄成玉.提高《信号与系统》教学质量的探讨[J].高校理科研究，2010（3）：480-480.

[3] 郭婧.运用现代教学手段，改进工程光学教学[J].中国现代教育装备，2010（1）：57-59.

[4] 代秋芳，洪山，代芬，等.情感教育在《电磁场与电磁波》课程教学中的应用[J].武汉大学学报（理学版），2012，58（S2）：181-184.

[5] 高远.基于MATLAB的信号与系统教学改革与实践[J].柳州师专学报，2010，25（2）：99-101.endprint