信号与系统课程的教学实践与探索
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作者:任蕾
摘要：信号与系统课程是电子信息类专业的基础课，该课程理论性强，学习难度较大。笔者在多年教学实践中，对该课程的教学方法和教学手段进行了积极探索。本文从教学内容与教学安排、先修基础课程的训练、教学过程管理、线上交流平台的应用、案例教学等方面，总结了信号与系统的教学实践。
关键词：教学实践;信号与系统;教学过程管理;线上交流平台
中图分类号：TN911 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）01-0129-02
信号与系统是电子信息类专业的基础课，在本科生培养体系中地位重要，起到承前启后的作用，是数字信号处理、通信原理等课程的基础。但由于该课程理论性强，因此教学难度大，学习难度也大。同时，近年来，信号与系统课程的理论学时不断减少，由最初的72学时降至目前的48学时，而教学内容并没有减少太多，因此这一矛盾导致教学难度进一步加大，对教学方法和教学手段均提出了更高的要求。
笔者在近年来的教学中先后参考了多本教材和高校的教学模式，并结合本校办学特色，提出了有针对性的教学方法和教学手段。李涛等从课程基础、教学手段和在线学习平台等方面进行信号与系统课程教学的探索，并提出了教改方法和措施。笔者联系自己的教学实践介绍在信号与系统课程的教学方法与教学手段等方面的探索。
1教学实践与探索
1.1教学内容和安排
信号与系统教材编写一般分为先连续后离散、连续与离散并行两类，教学顺序也多以这两类为主。笔者在多年教学实践中先后采用过上述类型的教材，考虑到目前课内教学学时数量大幅度减少，在近三年教学中，笔者采用了混合模式，即在信号与系统概论、线性时不变系统的时域分析这两个部分中采用并行模式，即同时介绍连续与离散信号与系统的相关分析方法，而后续线性时不变系统的变换域分析则采用先连续后离散的教学模式。这主要考虑到连续系统的分析是本课程的重点内容，同时为与后续数字信号处理课程进行合理衔接，且考虑到离散信号与系统分析的方法与连续信号和系统是类似的，在本课程中仅对离散线性时不变系统的变换域分析做初步介绍，精选教学内容，详细分析方法等在数字信号处理课程中讲解，详细的教学学时安排见表1所示。
同时，考虑到卷积的重要性且先修课程中已学习过微分方程求解方法，笔者在课内大幅度删减了线性时不变系统的时域经典分析方法，这部分内容改为课后自学。上述教学安排可保证核心知识点有充裕的教学学时。此外，部分理论推导以作业的形式留在课后完成，不再占用课内学时，例如三大变换的部分性质和推论的证明等。
1.2加强先修课程基础的训练
笔者在教学实践中发现，部分学生信号与系统课程的学习效果差，其根本原因是基础薄弱，因此笔者将相关前续课程（包括高等数学、线性代数、复变函数与积分变换、电路分析原理）涉及的知识点提前布置学生进行复习，将需完成的练习任务在课程正式开始之前发布在交流群内，并在开课的第一周对完成的作业并进行批改和讲评。对完成度不佳的个别学生布置额外任务。经过教学实践，这样安排可以在一定程度上改进听课质量。同时，笔者也给出最直接相關的先修课程知识点梳理，包括：常用的微积分运算、微分方程求解的一般方法、矩阵的基本运算、复数的表示方法、傅里叶变换及其性质、拉普拉斯变换及其性质、基本电路分析方法和定理、电容器和电感器的伏安关系等等。
1.3注重教学过程管理
近五年来，信号与系统课程实施小班化教学，每个班级人数约30-35人（仅指应届，不包括重修学生）。这样每位主讲教师可更熟悉教学对象，也能针对其特点及时调整教学进度和教学方法。
教学过程管理还体现在课内提问上，笔者每次课会预留前五分钟时间，用以已学知识点梳理，并对个别学生进行提问，例如，在最近教学实践中，笔者讲解信号与系统概论部分时，部分提问如下：周期信号如何描述、连续复指数信号与离散复指数信号有何异同、给定信号如何计算其能量和功率、给定某分段线性信号如何利用奇异信号对其描述等。笔者还尽可能通过一个实例，将所有知识点贯穿从而达到综合复习的效果。例如，已知某余弦信号x（t）=COS（t），画出其波形，判断其周期，说明该信号是否能量信号？并画出复合函数y（t）=u cos（t）I的波形，说明其周期性;若x（t）是某系统的激励信号，y（t）是响应信号，则判断该系统是否线性系统？该例题涉及的信号波形如图1所示。这样的方式可以帮助学生进行知识点的衔接，提高听课效率。
再次，笔者在近期的教学实践中，不仅要求学生提交常规作业，还要求其提交指定题目的语音汇报作业。笔者给每位学生指定了不同题目并要求学生，将该题目的解决思路和过程以语音结合图像的形式发布在学习群内。笔者会检查其对所学知识点的掌握情况，并及时纠正解题过程中的问题。考虑到部分学生会继续攻读研究生，因此，笔者在作业中进行了分级处理，对这部分学生布置额外作业。
此外，为加强教学过程管理，我们近十年来均安排期中测试，考核以开卷为主，难度高于期末测试，目标是督促日常学习，尽量减少在期末考试之前临时抱佛脚的情况。
1.4充分利用线上交流平台
目前，笔者每周有固定的线下答疑时间和地点（每周6小时），但是来线下面对面交流的学生很少，且仅集中在期末考试之前。而线上交流平台一般是班级QQ群或微信，学生更多地会选择线上交流互动，最近一个学期的线上互动次数突破50人次。同时，每章节作业的完成情况和出现的主要问题，笔者会批改完毕后，统一整理并发布在QQ群内，指导学生订正作业中的错误。作业情况反馈的形式包括题目解析过程的图解、语音讲解等多种形式。笔者也利用线上交流平台及时收集教学中的反馈意见，并对教学进度进行调整。实践证明，线上交流是学生普遍喜欢的教学互动方式。在近三年该课程评教中，笔者的评教成绩分别为B、A+、A+。
1.5案例教学
为帮助学生理解和掌握信号与系统分析的基本方法，笔者在教学过程中，将教学案例融入日常教学中。例如在系统的定义与性质讲解中，以图像滤波及数据的平滑滤波作为实例，首先建立描述此类系统的模型，同时分析系统的各类性质，包括线性性、时不变性、因果性、稳定性和可逆性。讲解连续系统的频域分析时，笔者以测温系统为例，介绍系统频域分析的基本方法，以及逆系统、解卷积的分析方法。在采样定理的教学中，笔者以采样示波器为例介绍欠采样的具体应用，加深学生对采样定理的理解。反馈系统的讲解中，笔者以功率放大器中接入反馈电路讲解系统函数、频率响应以及系统稳定性的分析方法。
2结束语
目前，笔者已制作了部分微课视频，以此作为信号与系统课程教学的辅助教学资源，未来拟完成课程全部微课视频的制作，进一步推进线下教学与线上教学的结合，改进教学效果。同时，考虑到学生的基础不同、目标不同，笔者还将在分级教学方面做进一步的尝试。
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