《信号与系统》课程教学改革的探索与实践
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作者: 肖志红
摘要: 《信号与系统》课程是高校电类专业的一门重要的学科基础课。本文提出了《信号与系统》课程教学的一系列改革措施,包括教学内容、教学方法、实验教学等几个环节的改革。
关键词: 《信号与系统》课程教学内容教学方法实验教学
《信号与系统》课程是高校电类专业的一门重要的学科基础课,主要研究信号与线性系统的基本概念、原理、方法与工程应用,是一门理论性与技术性都较强的课程。该课程是学习《数字信号处理》、《现代通信原理》、《自动控制理论》等诸多后续课程所必备的基础。这门课程的教学质量直接影响到电类专业的教学质量,以及毕业生的综合素质。
一、课程特点
本课程把具体系统的物理功能抽象为系统的数学模型,经过数学解析,再回到物理实际,以揭示信号与系统的一般特性。通过学习,学生可牢固掌握信号的描述、分解、变换、运算,以及系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法,理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的数学概念与工程系统概念,掌握利用信号与系统的基本理论分析和解决实际问题的基本方法。
阐述这些原理、概念和方法的教学过程在很大程度上就是数学解析、变换与反变换的过程,不少学生会感到过于抽象、繁琐,产生难学、难理解的情绪,有些学生甚至错误地把它当作数学课来学。所以,如何引导学生正确地学习这门课程,改变“教师难教,学生难学”的状况是目前亟待解决的问题。
二、教学内容的整合,教学方法的改进
1.注重基本理论、基本概念和基本方法,淡化计算技巧。
《信号与系统》课程与现代数学关系紧密,理论性很强,实际应用很广,具有高度概括和较为抽象的特点,教材中数学公式较多,如果照本宣科,势必成为定义、证明、推论、解析的纯数学讨论。因此,在数学解析过程和引出结论、定理时,教师一定要强调阐述数学解析的物理含义,注意阐述信号分析与系统分析的物理解释,以引导学生运用现代数学工具,切实掌握信号与系统的基本概念,从而进入信息科学之门。
教师在教学内容安排上应采取难点分解,由浅入深、循序渐进的原则,突出课程体系的系统性,使学生在掌握基本内容、理清概念的基础上,学会科学的思维方法和综合解决问题的能力。
教师在课程结构上应采用连续、离散两大系统并行的体系,采用先连续后离散、信号分析方法与系统分析方法密切结合的方式,即不同的信号分解方式引出不同的系统分析方法,以适应系统分析的不同需要。同时应用时域分析法和变换域分析法两条路径,透过数学的抽象变换,使学生看到信号与系统理论中时频分析相互交融、时域与变换域相互映射的物理本质。
在计算机广泛应用的今天,离散系统、各种混合系统的应用更加普及,连续时间信号与系统的离散化处理变得日益重要,所以教师在授课时绝不能将连续与离散两大信号与系统孤立地进行讨论,一定要比对讲解。因此,在分析离散时间信号与系统时域之后,教师应专门讲解离散时间系统与连续时间系统时域分析的比较,具体介绍微分方程近似为差分方程、卷积积分近似为卷积和的内容。在教学《离散时间系统变换域分析》一章时,教师应专门讨论Z变换与拉普拉斯变换之间的关系,以及各种傅里叶变换之间的关系,特别是连续信号的频谱与其对应的采样序列的频谱之间的关系。
在教学过程中,教师要注重基本理论、基本概念和基本方法,淡化计算技巧。将数学概念、电信号概念及工程系统概念有机结合,以现代信息的观点审视传统内容,这样可培养学生综合应用所学知识进行科学观察、进行新知识探求的能力。
2.注重教学方法改革,加快教学信息化建设和现代教育技术的应用。
(1)注重调动学生的参与性,加大启发式教学的力度。
对于学生来讲,能从宏观角度掌握信号与系统理论是有一定困难的。所以教师在讲述过程中,一定要加强对数学解析的物理含义的阐述,这样才有利于激发学生的学习兴趣,提高学生的学习热情,培养学生逻辑性、创造性思维的能力。在课堂上师生之间应有思想交流,教师应加大启发式教学的力度和调动学生的参与性,在课前教师应认真设计教学中向学生提出的启发性问题。
教师还应借助先修课程《电路分析基础》、平行课程《模拟电子技术》和《数字电子技术》的已学知识来阐述《信号与系统》课程的新内容,培养学生综合应用所学知识进行科学观察、进行新知识探求的能力。
教师在讲授系统的概念,信号与系统的关系,以及系统的特性时,应尽量多运用学生在实际生活中接触到的例子,如电视、扫描仪、手机通讯等来进行阐述。这样有助于学生对于一些抽象的概念的理解。
(2)加快教学信息化建设和现代教育技术的应用
在《信号与系统》课程中,有许多的概念比较抽象,教师难以用文字简单表达,借助集文、图、动画于一体的多媒体课件和电子教案则可以有效地表达和展现这些概念。因此,教师应充分利用现代教育技术,引入MATLAB仿真软件,编写系列课程电子教案和网络课件,并在教学实践中不断丰富和完善这些教学手段和方法。
现代教育技术的应用还反映在教师和学生的互动上,这门课程应是课堂教学、实验教学、课程研讨相结合进行的。教师把课程研讨的一部分内容放在课上,另一部分内容放在互联网上,以现场答疑、现场讨论的形式进行,这样能给师生提供一个轻松、便捷的交互空间。
三、实践教学环节的改进
本课程是理论与实际紧密结合的课程,教师在教学方法上应采用理论教学与实验教学并行的教学方法,即学生需要边学习、边实践、边研讨。
实验教学是培养学生创新意识和创新能力的重要环节,是培养学生工程素质的重要教学手段。过去教师主要是应用MATLAB软件研究信号的分解、合成,以及研究信号频谱特性。但是仅仅在“虚拟”环境下进行实验是不够的,这样很难使学生建立起真正的系统的概念,了解信号与系统的特性。因此教师应改革实验方针,开设培养学生创新能力的综合性实验,例如充分利用学生在《电路分析基础》、《模拟电子技术》和《数字电子技术》课程中所学的知识,在部分实验中让学生自行用硬件设计并实现信号处理系统,用软件配合进行系统分析。这样可以激发学生的学习兴趣,从而帮助学生理解和掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法,提高学生综合应用所学知识解决实际问题的能力,从而提高教学质量。
四、结语
在《信号与系统》课程的教学过程中,教师应采用课堂教学、实验教学、课程研讨相结合的教学方法,淡化计算技巧,注重基本理论、基本概念和基本方法,以现代信息的观点审视传统内容,使学生不仅学到知识,而且受到提升认知能力的训练。
在当前形势下,课程体系的优化和教学方法的改革势在必行,这也是提高教学质量的必由之路。要想达到预期的效果,教师就要在教学过程中不断思考、不断探索、不断实践、不断总结,不断提高教学水平。
参考文献:
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