信号与系统课内实验教学方式改革与实践

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　　摘 要：信号系统课内实验作为理论教学的辅助环节，越来越受到重视，现如今MATLAB软件的广泛使用，使得分析和解决问题的方式变得越来越灵活，这就需要我们灵活的掌握软件的使用方法。将课内实验的内容很好地与理论结合，使学生在实践中深刻地理解信号与系统的理论基础和使用方法。为了改革传统的教学方式，实行任务分配，改革考核方法，实行当堂考核，当堂打分，采用课程设计作为最后的作业。通过将教学改革方案应用到2016级电气工程及其自动化专业信号与系统课内实验的教学中，学生对信号与系统理论知识的掌握得到加强，会使用MATLAB软件解决实际问题，改革取得了好的效果。
　　关键词：信号与系统；课内实验；教学改革
　　1 绪论
　　信号与系统课程是电气工程及其自动化专业的一门基础课，旨在提高学生的基础理论知识，掌握信号处理的基本理论与方法。随着教育的发展，许多老师对该课程采用了很多改革措施，文献［1］在信号与系统课程采用双语教学，提高了学生的英语应用能力，文献［2］通过课堂思政，提高了学生的原动力，文献［3］采用项目式教学，提高了学生的实践能力。作为信号与系统的实践环节，课内实验成为加深学生理解基础知识的重要手段，越来越多的教师意识到实验课程的重要性，并不断地创新教学的方式。我院2016级电气工程及其自动化专业开设了信号与系统课程，课内实验为8个课时，由于学生的基础普遍比较差，而信号与系统的理论知识比较抽象，对高等数学的要求比较高，学生学习过程中，感觉到非常困难。通过课内实验可以让学生掌握抽象理论知识，加深对课程的掌握。而随着MATLAB的发展，处理信号与系统实践问题变得越来越灵活，需要我们更加重视实验课程的教学工作。在课内实验常规的教学方式中，课内实验的部分的内容不够深入，与实践不够紧密，实验报告采用课后补交的方式，抄袭的情况比较严重，学生的学习效果比较差。因此，在2016级电气工程及其自动化专业的信号与系统课程中，采用改革的教学方法，使学生对理论知识的掌握得到了很好地提高，通过实践操作，掌握了使用MATLAB来解决实际问题的方法。
　　2 课内实验的内容及常规教学方式
　　信号与系统的课内实验主要从如下几个方面开展，一是MATLAB的基本知识，主要掌握软件的安装，使用，工作环境，通用命令，基本赋值和运算，程序设计基础，绘图功能等。二是连续时间系统的时域分析，理解卷积运算，掌握离散线性卷积、连续线性卷积的计算方法，加深对线性时不变系统中零状态响应概念的理解，掌握其求解方法，掌握给定连续系统的冲激响应和阶跃响应；三是连续时间系统的频域分析，理解周期信号的傅里叶分解，掌握傅里叶系数的计算方法，理解和掌握非周期信号的傅里叶变换及其计算方法，熟悉傅里叶变换的性质，并能应用其性质实现信号的幅度调制，理解连续时间系统的频域分析原理和方法，掌握连续系统的频率响应求解方法，并画出相应的幅频、相频响应曲线；四是离散时间系统的时域、Z域分析，理解和掌握拉普拉斯变换的运算方法及其性质，掌握利用部分分式展开的方法求解拉普拉斯逆变换，并能利用MATLAB实现，理解复频域系统函数H（s）的意义，并能熟练画出其频谱，利用复频域系统函数H（s）的零、极点分布对连续时间系统进行复频域分析原理和方法。
　　常规教学方式采用老师对实验课程进行讲解，学生完成相应实验的方式，讲授时间比较长，学生动手时间比较少，此外，实验报告往往是课后交，部分同学存在抄袭实验报告的情况，考核方式无法督促学生学习。其次，由于学生的实践的时间比较少，因此，实验项目也相对比较少，学生没有时间完成大的课程设计项目，学生的收获不大。
　　3 教学方式改革
　　（1）对于基础知识，采用反复训练的方式。前期的信号与系统实验课时较少，一般为8个课时，学生能够实践的机会少，此外，学生只是完成了比较简单的波形显示工作。增加实验的题目量，通过反复训练的方式，可以增加学生的操作次数，加深记忆。
　　（2）学生自主学习，教师答疑。在原有的课堂实验中，往往由老师详细讲解后，学生开始实验，改革以后，老师每次课程只讲授大约5分钟时间，布置好本次课的考核内容后，剩余时间全部交给学生自主进行实验，实验过程中，老师对学生提出的问题及时，指导学生快速掌握所学的知识点。
　　（3）当堂考核，当堂打分。在原有的实验课考核中，由于采用的是考核实验报告的方式，无法避免少部分学生抄袭其他学生实验报告的情况，对考试成绩的核定造成不良影响。通过采取当堂考核，当堂打分的方式，可以使得学生在规定的时间内，高度集中注意力，提高学习的效率。经过实践后，采用这种考核方式，每两节课打一次成绩，在前期，对于表现差的同学打低分，对于端正其学习态度效果十分明显。不管学生有多么的调皮，只有成绩可以督促其好好学习。提高以考促学方式，可以大大提高学生的学习效果。
　　（4）采取课程设计的方式，让学生完成较大工作量的实验项目。在前期的基础训练及课堂考核中，提供给学生的实验题目多为已知答案的题目，学生对照操作，得出实验结果。对知识的应用还有待提高。
　　在课程设计环节，通过一个大型的实验项目，让学生解决实践中的问题。比如，对一个车辆的噪声信号进行分析，让学生按照自己的学号使用MATLAB模拟生成一组噪声信号，对该组噪声信号进行频谱的分析，先后进行滤波，变换处理，逆变换，还原等方式，让学生了解到车辆的振动情况，反映车辆的稳定性及乘坐人员的舒适度，掌握相应的知识。
　　4 总结
　　通过将本文的教学改革方法应用到2016级电气工程及其自动化专业的信号与系统实验课程中，从实践后的效果来看，学生的自觉性明显增强，上课不再有时间开小差，或者做其他方面的事情。当堂考核，当堂打分的方式，使得部分学习态度不端正的同学，因为成绩较低的原因，改变了上课不专心的坏习惯。通过课程设计的方式，使得同学们对课程理论知识的理解进一步加深，学会使用MATLAB软件解决了生活中的问题。综合以上，教學改革取得了一定的效果。然而，由于课时的关系，在实验过程中，对部分同学的MATLAB编程思维和编程习惯还没有进行系统的训练，后续将加强编程思维和编程习惯的培养。
　　参考文献：
　　［1］吴骏.课程双语教学研究与实践［J］.教育教学论坛，2019（48）：172-173.
　　［2］姜明新，曹苏群，卞海溢.课程思政教学改革与实践［J］.科教论坛，2019（11）：53.
　　［3］张博.项目式教学在《信号与系统》课程中的实践与改革［J］.读与写杂志，2019（11）：23.
　　基金项目：2018年怀化学院教改项目：“《信号与系统》课程项目化教学改革”（0381）
　　作者简介：宋宏彪（1986-），男，湖南怀化人，硕士，研究方向：现代电力电子技术及系统。
　　通讯作者：贺达江（1966-），男，湖南溆浦人，博士，研究方向：输变电技术及电能质量治理。
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