面向“卓越班”的信号与系统课程的教学改革

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　　摘 要：在当前自动化专业“卓越班”本科教学中，信号与系统课程的传统教学与“卓越工程师教育培养计划”的目标和要求有所偏离。本文以上海电力学院自动化专业“卓越班”本科教学为例，探索“信号与系统”的全新教学模式，以增强学生的理论基础和工程实践这两方面素质，促进学生全面发展。
　　引言
　　“信号与系统”课程理论性很强，传统的课程教学重视理论和计算，概念抽象，教学难度大。卓越班的主要侧重点为工程应用，课时仅仅32学时，必须有效的利用短课时，做到有的放矢，教学目标明确，与卓越工程师教育培养计划相匹配才可能起到良好的教学效果。
　　一、教学改革措施初探
　　根据多年的教学实践，本文总结了“卓越班”课程教学改革应做到的几个方面。[1]
　　1.压缩过时内容，淡化计算公式，整合教学内容
　　在短课时课程教学中，应淡化计算公式的证明，删除技巧类的理论证明题及计算题的讲解。引导学生借助MATLAB等软件编程进行相关原理方法的论证及应用，突出强调基本理论和方法的物理概念和工程意义。例如，卷积积分的计算求解题及证明题，涉及到积分上下限的判定和求解，一直是常规班学生头痛的内容。在教学中应降低计算要求，强调卷积积分的意义在于确定了时域系统的零状态响应的求解方法，是为在变换域分析中顺利的引入了系统函数的概念服务的。[2]
　　在实际教學中，拉氏变换手工求解电路的教学内容也应减少篇幅甚至不讲。拉氏变换应用与信号与系统的分析，主要价值是基于其性质及数学优势，可以快速求解并分解系统响应，并且引入了极为重要的复频域系统函数的概念，完成对系统的分析、设计的概念的确立。大多数教材中采用了不少的篇幅进行电路系统应用拉氏变换系统求解的讲解，反而阻碍了学生更深入的理解拉氏变换的实际应用意义。[3]
　　离散信号及系统部分应删减离散系统算子法求解的篇幅。利用算子法求解离散系统的响应繁琐，概念抽象易于混淆，目前已极少在工程上采用。因此可简单的介绍概念，删除求解过程的讲解。
　　2.推进课堂翻转
　　《信号与系统》的课程教学改革已经推进多年，主要的侧重点在于教学手段和条件的改革。例如大多数院校已经推广实施多媒体教学，但以教师为主导进行课程讲解仍然是授课的主要形式。多年的教学实践证明，学习态度端正、集中的学生，会吸收程度高，而注意力不集中的少部分同学，仍然参与度不够，缺乏信心。
　　对此，可根据“卓越班”基本为小班（少于30人）规模，将填鸭式的教学模式，转换为以学生为主体的教学模式。例如提前将课堂中的备用内容，梳理并分解，以5至6人为组组建课程小组，布置准备相关内容，鼓励学生在课堂上积极参与。近两年的教学实践中，在进行傅里叶变换、拉氏变换的讲解及应用时，均采用了上述方法进行知识点的引入和讲解，以小组为单位解决变换域的性质应用。翻转课堂收到了很好的效果，学生的积极性一下子提高了，抬头率和积极性得到了明显的提升，对自己负责的那部分知识点都掌握的非常好。
　　3.理论教学结合工程应用，加强实践课教学
　　《信号与系统》的课程内容，一方面为学习后续专业课《自动控制原理》、《信号处理》等做好理论准备，另一方面《信号与系统》是一门实践性很强的课程，结合卓越班的“卓越工程师教育培养计划”的目标，在教学过程中，必须坚持理论与实践并重，将工程实例与理论教学紧密融合，拓展学生的工程实践思维，培养学生的工程实践能力。
　　在教学过程中，通过工程实例与课程知识点有效结合，培养学生的发散思维，提升学生分析、解决问题的能力。例如，在课程开学的第一课，就以语音信号、工程实际信号为例开展信号的时域描述的教学。在近两年的教学中，第一节课就引入电厂脱硫脱硝系统的工程背景知识，并以现场测试信号为案例，讲解信号的主要概念。第三、四章的信号及系统的频域分析，结合前面采用过的语音案例及工程信号案例，分析信号的频谱、特征，结合工程实际需求，提出信号减噪处理的基本方法，引入滤波器。这种案例和实践教学，不仅可将多个相关知识点贯穿起来，也可以让学生在实践中吃透知识，培养动手操作能力。学生觉得该课程不仅仅是公式计算，还可以解决实际的工程问题。
　　理论教学的同时，也应充分利用工程分析的思维模式与手段，加强《信号与系统》课程的工程背景的阐述。精心设计具备综合性和设计性的较强的有工程背景的实验主题，利用MATLAB完成有效的虚拟实验演示和实践。通过多环节的实践及探讨，从理论与实践、学习方法与与科研态度、学习兴趣与价值观等方面全面提升学生的专业能力和科研素养。
　　4.注重过程性评价，合理制定成绩评定标准
　　传统的“信号与系统”考核方式以闭环考试为主，而题目以数学计算试题为主。要实现应用型专业人才的教学目标，应在考试形式上，淡化数学运算难度，加强实际应用考核。
　　首先，不能忽视基础知识的考核，对一些基础性概念，学生要加强理解，这对后续学习相关专业基础课至关重要。结合本课程的知识结构考核可分阶段评价。例如整个学期分三个阶段进行测评。分为时域+频域、复频域、离散信号及系统分析。三次测试具有一定的独立性，各占总评分的一部分。分阶段考试减小学生复习的压力，淡化了一次型闭卷考试的数学运算难度。
　　其次，将数个知识点结合起来，组合成案例，让学生完成设计。这个环节让学生将理论知识学以致用，学会分析和解决实际工程问题。设计成果可通过提交报告等形式记入总成绩，做到课程考核理论与实践并重。
　　结语
　　自动化学院“卓越班”的《信号与系统》教学，不应以选择短学期制的教材，降低对学生的要求为导向，更需要在教学方法、教学模式各方面勇于创新，精心设计。短课时的课程教学改革是势在必行的。课程改革应以学生为主体，通过课堂翻转加强互动，达到加强学生自主学习、归纳知识点的能力。教学过程应紧密结合工程需求，通过案例进行知识点的导入和巩固，开拓学生视野，激发创新意识从而提高学生解决工程实际问题的能力。考核要求从侧重数学计算的准确性转变为过程性测评、实验实践能力的测评的综合，重视理论与实践的结合。在当今日新月异的社会发展中，国家及时代对于专业人才的培养也在不断变化。作为一线教师，必须与时俱进，更新专业知识和提升专业能力，不断的探索和实践，达到更好的教学效果。
　　参考文献
　　[1]高志远，昝鹏，苗中华.短学期制下“信号与系统”课程教学改革的探索，厦门城市职业学业学报，2016年第18卷第4期，46-48.
　　[2]赵万明，蒋林，邱存勇.基于卓越工程师培养的信号与系统教学改革与实践，科教导刊，2017年第34期，131-134.
　　[3]罗丽平，韦文山.基于翻转课堂的信号与系统课程教学模式改革，中国教育技术设备，2018年第4期，96-98.
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