信号与系统课程教学改革初探

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　　[摘           要]  基于信号与系统课程理论抽象、注重实践的特点，结合新的教学手段及教学理念，从课堂理论教学、实验教学及考核方式等方面进行教学改革，提升课堂教学效果，培养学生对信息类学科的兴趣，可以在同性质的课程中推广使用。
　　[关    键   词]  信号与系统;教学改革;多媒体教学
　　[中图分类号]  G642               [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）10-0060-02
　　 一、引言
　　 21世纪，世界进入信息化时代，随着信息技术的持续发展，高校通信专业也在持续深化课程改革，各企业也更加看重工科院校毕业生的实践及团队协作能力。信号与系统作为电信专业本科学生的重要基础课程，越来越受到各高校的重视，其理论知识在电子信息、航空航天、生物医学等高新领域也得到了广泛应用。通过这一课程的学习可以培养学习者未来从事电信相关工作的基本技能，因此也成为部分高校相关专业研究生入学的考试科目。该课程是在学生掌握了高数及电路原理等課程的基础上进行的电路及信号理论内容的学习，同时还与后面要学习的数字信号处理、自动控制原理、DSP技术与应用等课程关系密切[1、2]。石河子大学一直在强调培养创新实践性人才，因此在课程改革中，尤其是像信号与系统这种实践性较强的学科，注重培养学生的实践操作能力。通过课程教学模式改革，培养学生将理论与实践相结合以及应用知识的能力，尤其是使用知识解决实际问题的能力。因此，作为信号与系统课程的负责人，以“立足基础，面向实践”为理念，积极对原有教学模式进行改革。
　　 二、课程改革的必要性
　　 作为一门理论与实践相结合的学科，信号与系统不仅需要学习复杂抽象的算法及各种数学公式，理论内容学习起来枯燥，同时还需要与实践进行紧密的联系，原有的实验课程学生也只是跟随老师进行简单的验证性实验，没有真正地把实验教学与工程实践紧密链接起来。现代教育理念指出以学生为中心，强调并尊重学习者的主体性，提倡充分发挥学生的主观能动性，使传统的教学转换为学习者自身的能动活动，其主要目的在于最大限度地激发学生的潜力及学习动力，使被动的、枯燥的学习变为积极主动、有乐趣的学习过程。建构主义教育观指出只有充分发挥学生的主观能动性，才可以取得较好的学习效果[3、4]。因此，需要在现代教育理念的指导下对原有的教学模式及教学内容，尤其是实验教学部分进行改革，点燃学生学习的激情，引起其学习兴趣，以此取得教学效果的改进。
　　 三、课程教学改革
　　 （一）理论教学改革
　　 1.教学方法
　　 在信号与系统课程教学中，学习需要学习很多数学及物理概念，比较抽象及枯燥，如阶跃函数、冲击函数、LTI系统等内容用传统的教学方式难以表达清楚，因此在教学中可以适当使用多媒体教学。多媒体教学一般指借助多媒体设备进行教学活动，常用的多媒体设备一般有投影仪、交互式白板等。多媒体教学具有很强的形象性，可以最大限度地激发学生地积极性，提高教学效率，更好地培养学生的思维，培养学生的综合素质[5]。多媒体教学一般借助电子教学资料，学生可以就课堂学习中遇到的问题反复观看课件，有利于学生深化学习，进行课后复习。
　　 适当采用多媒体教学方法，把理论性与形象性紧密结合，把教学重难点做成多媒体课件，插入动画进行讲解。如频谱、卷积等，教师如果只是根据课本进行讲解，学生易陷入计算过程而忽视了对概念意义的体会，多媒体课件则可以形象高效地准确表现这些内容，也使学生接受起来更加简单。在多媒体课件中插入动画来表现相关知识点的动态过程，更加生动。
　　 使用MATLAB软件进行仿真实验，理论联系实际。信号与系统课程具有很强的概念性及理论性，学生需要进行较多的理论推导及数学计算，假如采用手工计算，过程复杂不易掌握，妨碍学生对内容的学习。因此在课前，教师可以利用MATLAB软件制作课件材料，在课堂教学中，展示MATLAB的代码及运算结果。在教学实践中持续改进和丰富教学方法，达到更好的教学效果。
　　 2.教学内容
　　 （1）教学体系整合
　　 当前社会对技能型人才的需求越来越大，为了顺应就业趋势，加快应用型人才培养步伐，需要进行教学内容的调整及整合。信号与系统、电路原理、数字信号处理等课程在知识方面有所重叠，因此根据课程特点，对教学内容进行了一些调整。
　　 例如，因为学生在电路原理中已经学习过拉普拉斯变换的相关内容，所以在本课程教学中可以适当弱化电路方面的内容，加强信号的理论学习，重点放在学生对信号及线性系统的分析理论及方法上。除此之外，在教学过程中，还可以把信号分类、计算等这几门课程共同的知识进行比较学习，同时也要突出加深学生对知识的深入掌握，构建完整的课程体系，使每一课程的核心内容更加突出。
　　 （2）适应课程的时代性
　　 信号与系统课程专业知识应用范围广，技术和理念持续更新，具有很强的时代性。课程教学在传授基本内容的基础上，还需要将相关领域的最新技术及成果与课程内容及练习结合起来，这样才能培养出面向未来的创新应用型人才。例如，在课堂中介绍数字通信方面的最新算法，在练习傅里叶变换相关知识时，引进小波变换的内容。一方面促使教师关注相关领域的科技进展，提升自己的科研视角，了解前沿技术，更重要的是学生通过这部分内容，对这一学科感兴趣，也会自己主动去学习相关知识，增进了学习效果，在之后的就业过程中可以有较大帮助。 　　 3.教学手段
　　 信号与系统课程在原有的教学模式下，主要是课堂讲授法，这种教学理念以教师及课本为中学，以教师讲解课本知识为主要特征，虽然有利于帮助学生形成系统的知识体系，较快形成概念。课堂讲授法同样也存在一些问题，在课堂上，老师讲过的内容不能很好地被学生深化理解，每个学生的基础情况不同，无法实现分层教学，有时候会出现“满堂灌”的弊端，不利于发挥学生的主观能动性。
　　 在信息化时代，利用互联网教学手段，学生可以摆脱时空的限制进行主动学习，因此建立或利用在线教育平台，进行资源共享，加强师生讨论交流，使在线渠道成为学习的重要辅助，在线交流的强化同样有利于师生在线下课堂中就相关知识进行探究、讨论，建立良好的师生关系。因此，在信号与系统课程中改变传统单一的教学手段，使用线上线下双线互动的教学手段。学生可以就自己遇到的问题与老师、学生及时沟通，同时那些基础不佳的学生也可以自主进行复习与反复学习，改善学习效果，提高了学生的学习热情。
　　 （二）实验教学改革
　　 在信号与系统课程教学中，不但要提高学生的理论水平，更重要的是提升学生解决实际问题的动手能力，这也是由课程性质所决定的。实验教学作为课程结构中的一部分，对学生创新能力及动手能力培养有着至关重要的作用。
　　 在原有的教学模式中，实验教学有10个学时，实验项目主要集中在对所学理论知识原理的演示，忽视对所学内容深层次的探究，在培养学生自主行及对实验的兴趣上有所欠缺。课程组根据学生学习水平不同的差异，调整课时结构，增加实验课程的比重（20课时），实行分层次的实验模式，设计三类实验，分别为：验证性实验，对课程中的知识原理进行验证，熟悉课本理论知识点的程序实现办法，夯实基础。探究式实验中，教师引导学生提出问题，共同分析，培养解决实际问题的能力及探索知识的兴趣。综合性实验又称课程设计，由学生自主选题，自主组队进行实验，把课程中所学知识点进行整合，查阅资料完成课程设计，该部分最后以答辩的形式进行考核，团队代表进行汇报，演示设计思路及结果，撰写并提交设计报告，可以培养学生的创新型思维及团队协作能力。
　　 1.验证性实验
　　 验证性实验主要针对理论教学中的重难点进行原理性的验证，使其完成由抽象理论向具体形象的转化。这部分实验相对基础，目的在于巩固学生对课程理论知识的理解。验证性实验很大程度上改善了理论教学枯燥、抽象的不足，学生可以看到原理的推导过程，深化学生对课程重要内容的学习。
　　 2.探究性实验
　　 探究性实验不再是仅仅对教学原理进行验证，在此类实验中，学生需要完成多组相关实验，并对实验结果进行对比，思考其中的差别，根据理论课程中学习的内容来解释差别出现的原因，解决实际出现的问题。通过探究性实验，学生可以学习问题研究的方法，对发现探究问题产生兴趣。这部分实验使学生了解任何细微的变化也许会引起实验结果的巨大变化，培养建立严谨规范的实践观念。
　　 3.综合性实验
　　 综合性实验又称课程设计，其主要目的是要求学生自主选题，将理论课程中重要的知识点进行整合，自主查阅文献，以团队的形式完成一定的作品。学生在掌握本课程内容的基础上，联系相近课程内容进行项目分析，确定设计思路。教师在此过程中，根据分组情况及项目实际对学生进行指导，以学生为主体，每个小组都需要完成项目分析、方案设计、项目实现的全过程，并在最后就本小组项目的内容进行答辩，真正锻炼学生的工程实践能力，培养学生的团队协作能力。
　　 （三）考核制度改革
　　 考核作為对学生学习情况的检验，需要全面评估课堂的教学成果。原本的考核模式相对较为单一和传统，主要采取的是终结性评价，只是在课程最后对学校进行传统的纸笔测验，再结合学生的考勤情况及实验报告的打分，进行简单的综合。信号与系统课程具有较强的实践性，同样结合理论及实验教学的改革措施，提出终结性评价与过程性评价相结合的考核模式。一方面保留传统的纸笔测验，考查学生对课本理论知识的理解及掌握程度，参考考勤记录、课堂表现等给出理论课堂的终结性评价;另一方面，在实验课程中，采用过程性评价，针对新增的课程设计部分，学生答辩，在这一部分利用老师评价、小组互评等方式进行打分，重在考核学生的实践能力。这样不但能让学生对课堂传授的理论知识进行灵活运用，而且可以考查学生实际的操作能力及表达能力。
　　 四、结语
　　 经过上述教学实践中的改革，课堂气氛及学生学习成绩得到提升。大部分学生反馈、通过信号与系统的学习，对将要学习的数字信号处理很感兴趣，点燃了学生对通信类学科的学习激情。通过拓宽课堂内容，介绍最新科学技术，深化学生对课本内容的理解。
　　 这要求我们在同类性质的课程中多进行课程整合，采用新的教学手段，以提高学习效果，有利于培养面向未来的创新型人才。
　　 参考文献：
　　 [1]赵玲峰，刘红艳.应用型高校“信号与系统”课程教学改革探索[J].中国电力教育，2014（5）：111-112，114.
　　 [2]陈从颜，费树岷，柴琳.“信号与系统”课程教学改革趋势探究[J].电气电子教学学报，2014，36（1）：13-14.
　　 [3]张文政.高校以学生为中心的课程教学改革探索[J].中国成人教育，2018（16）：102-105.
　　 [4]尹海艳.以学生为中心的信息化教学模式架构研究[J].黑龙江科学，2018，9（19）：116-117.
　　 [5]朱宏平.探讨多媒体技术在教育教学中的应用[J].电子世界，2018（22）：105.
　　◎编辑 张 慧
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