李 榮 劉志壯

（湖南科技學(xué)院 電子工程系，湖南 永州 425199）

1 引 言

信號(hào)與系統(tǒng)是電氣、電子信息與通信類專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]，它是信息與通信工程和控制科學(xué)與工程兩個(gè)一級(jí)學(xué)科、電路與系統(tǒng)二級(jí)學(xué)科碩士研究生入學(xué)考試必考的基礎(chǔ)課程。從內(nèi)容上看，該課程以高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)和電路分析等為背景知識(shí)，承接數(shù)字信號(hào)處理、通信原理、圖像處理、微波技術(shù)和自動(dòng)控制等與計(jì)算機(jī)結(jié)合緊密的課程[2]，在電子與電氣工程學(xué)科中承上啟下，地位十分重要。課程中的概念和分析方法被廣泛應(yīng)用于通信、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、電氣工程、電路與系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域[3]。

然而，該課程抽象難學(xué)、理論性強(qiáng)，涉及相當(dāng)多的數(shù)學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)公式。因此，很多學(xué)生對(duì)此產(chǎn)生了畏懼心理，并給《信號(hào)與系統(tǒng)》扣上了一頂“難學(xué)”的帽子[4]。這就對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》的教學(xué)提出了更高的要求。因此，本文針對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式，結(jié)合地方本科院校電子工程系實(shí)際情況，進(jìn)行了一系列教學(xué)改革的探索和研究。

2 課程教學(xué)改革的思路

2.1 教學(xué)內(nèi)容的選取

湖南科技學(xué)院是2002年新升的地方本科院校，學(xué)生基礎(chǔ)差，我電子工程系信號(hào)與系統(tǒng)課程課時(shí)少（理論56課時(shí)，實(shí)驗(yàn)8課時(shí)），因而教學(xué)內(nèi)容的選取尤為重要。

我系所用的教材是由吳大正主編的《信號(hào)與線性系統(tǒng)分析》第四版，其體系結(jié)構(gòu)為離散與連續(xù)并行處理、先時(shí)域后變換域[5]。信號(hào)與系統(tǒng)主要講授兩大信號(hào)（連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)）的時(shí)域與變換域、兩種系統(tǒng)（連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)），三大變換（傅里葉、拉普拉斯、z變換）的具體知識(shí)點(diǎn)需要重要講授，系統(tǒng)函數(shù)只做一般講解。系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析在自動(dòng)控制原理課程中會(huì)詳細(xì)講解，所以在該課程中不做講解。其中LTI連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng)在高等數(shù)學(xué)、電路分析中學(xué)過(guò)，信號(hào)與系統(tǒng)課程重點(diǎn)從系統(tǒng)的角度講解；此外，LTI離散系統(tǒng)的時(shí)域及z域分析，與后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理有相同內(nèi)容，但各有側(cè)重，做好前期課程的基礎(chǔ)知識(shí)與后續(xù)課程的綜合知識(shí)的過(guò)渡，不重不漏，逐步加深，融會(huì)貫通，有效解決課程的交叉問(wèn)題。

2.2 教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法是指在一定教學(xué)思想指導(dǎo)下，教師和學(xué)生為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的，傳授和掌握教學(xué)內(nèi)容，利用一定教學(xué)手段，師生相互作用活動(dòng)方式的綜合[6]。為了吸引學(xué)生的興趣，提高學(xué)習(xí)積極性，活躍課堂氣氛，靈活采用多種形式施教，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。

(1)充分利用“對(duì)比式”教學(xué)。系統(tǒng)的分析有時(shí)域分析和變換域分析，連續(xù)信號(hào)的時(shí)域分析方法是微分方程，變換域分析方法是傅里葉變換和拉普拉斯變換，基本信號(hào)是δ(t)和ε(t)，數(shù)學(xué)運(yùn)算工具是卷積積分；離散信號(hào)的時(shí)域分析方法是差分方程，頻域分析方法是 z變換，基本信號(hào)是 δ(k)和ε(k)，數(shù)學(xué)運(yùn)算工具是卷積和，兩大系統(tǒng)的描述和分析方法又有許多相似和可比之處。把傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換三種變換的基本原理和性質(zhì)作比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)許多相似的結(jié)論，這非常有利于學(xué)生學(xué)習(xí)、理解和記憶。比如線性、時(shí)域卷積在兩種變換中是相同的，而時(shí)移、頻移、復(fù)頻移特性是相似的，如表1所示。

從表1可以看出，傅里葉變換、拉普拉斯變換的時(shí)移、頻移、復(fù)頻移特性中，一個(gè)域進(jìn)行移位，對(duì)應(yīng)另外一個(gè)域乘以（復(fù)）指數(shù)函數(shù)形式。

(2)全面推行“問(wèn)題式”教學(xué)。“問(wèn)題式”教學(xué)法就是教師以設(shè)置問(wèn)題或提問(wèn)方式引入知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考并鼓勵(lì)學(xué)生回答[7]。比如在講解傅里葉變換性質(zhì)——尺度變換時(shí)，先使用計(jì)算機(jī)中的錄音機(jī)錄制一段語(yǔ)音信號(hào)，分別采用原速、加速、減速播放，會(huì)發(fā)現(xiàn)快放時(shí)，聲音變得尖銳，原來(lái)的男聲變成女聲，慢放時(shí)，聲音變得低沉，原來(lái)的女聲變成男聲。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？由此引入問(wèn)題，設(shè)置疑點(diǎn)，使學(xué)生處于思維興奮狀態(tài)，然后展開討論，最后進(jìn)行歸納總結(jié)。

(3)以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為契機(jī)，全面加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽有助于推動(dòng)高校信息與電子類學(xué)科課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革；有助于高校實(shí)施素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)；有助于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)、提高學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力[8]。我系從 2009年開始進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，到目前為止，擁有11個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，225個(gè)學(xué)生進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，120人參加了全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、湖南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。其中，在2013年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，獲省一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，并獲得國(guó)家級(jí)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

2.3 教學(xué)手段的改革

教學(xué)手段是指教師用以運(yùn)載知識(shí)、傳遞教學(xué)信息的物質(zhì)媒體或物質(zhì)條件，是教師進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)所必不可少的輔助用具[6]。理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和MATLAB軟件仿真有機(jī)結(jié)合。

理論教學(xué)主要通過(guò)多媒體教學(xué)代替原來(lái)大量的板書，這樣既可節(jié)省時(shí)間，加快教學(xué)進(jìn)度，使教師集中精力傳授教學(xué)內(nèi)容，又可通過(guò)生動(dòng)形象、直觀的演示，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，更能夠吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛，提高教學(xué)質(zhì)量。比如，通過(guò)flash、MATLAB計(jì)算機(jī)輔助軟件，對(duì)教學(xué)過(guò)程中的部分重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行多媒體教學(xué)，將課程中抽象的、較難理解的重點(diǎn)內(nèi)容和重要定理，用生動(dòng)直觀的二維曲線、三維曲面、動(dòng)畫、語(yǔ)音說(shuō)明及背景知識(shí)瀏覽進(jìn)行交互式的多媒體動(dòng)態(tài)演示，幫助學(xué)生深入理解和掌握本課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。比如在分析周期信號(hào)周期與頻譜的關(guān)系時(shí)，當(dāng)周期增長(zhǎng)時(shí)，相鄰譜線的間隔減小，頻譜變密；周期無(wú)限增長(zhǎng)時(shí)，相鄰譜線的間隔趨于零，周期信號(hào)的離散頻譜就過(guò)渡為非周期信號(hào)的連續(xù)頻譜。通過(guò)MATLAB中的GUI界面設(shè)計(jì)，只要改變周期T的大小，頻譜圖就會(huì)相應(yīng)的變化，一目了然。對(duì)于邏輯性較強(qiáng)的公式推導(dǎo)過(guò)程，則適當(dāng)采用傳統(tǒng)的板書方式為主，以引起學(xué)生的足夠重視，也有利于學(xué)生記筆記。只有將兩者有機(jī)的結(jié)合，才能達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)以信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱（HD8662）為平臺(tái)開設(shè)與理論教學(xué)相配套的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生將部分應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容和習(xí)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和綜合分析能力，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)及獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，借助MATLAB軟件自主進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)仿真。比如采用Simulink進(jìn)行一階、二階的時(shí)域特性仿真分析，使用MATLAB編寫的程序畫出系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)、頻譜圖等。采用軟硬件有機(jī)結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，取得更好的教學(xué)效果。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。充分利用校園網(wǎng)課程中心的信號(hào)與系統(tǒng)課程網(wǎng)站，為學(xué)生提供更多的教學(xué)資源，包括教學(xué)大綱、重點(diǎn)難點(diǎn)、電子教案、PPT、實(shí)驗(yàn)、參考文獻(xiàn)、習(xí)題庫(kù)、試卷庫(kù)等教學(xué)資料；利用教學(xué)平臺(tái)的留言板來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)和師生交流，基本不受時(shí)間和空間的限制?；ネㄓ袩o(wú)，跟進(jìn)教學(xué)進(jìn)度，及時(shí)反饋信息，全面了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，改進(jìn)教學(xué)方法，以期達(dá)到良好的教學(xué)效果。

2.4 考核方式

考試方法和考試內(nèi)容對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起著引導(dǎo)作用，是教學(xué)過(guò)程的一個(gè)重要方面。在教學(xué)環(huán)節(jié)上，運(yùn)用小測(cè)試和期末考試的命題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步了解本課程的要求。每上完相關(guān)章節(jié)進(jìn)行小測(cè)試，比如第二章連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析和第三章的離散系統(tǒng)的時(shí)域分析，微分方程和差分方程的經(jīng)典解、沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)、卷積積分和卷積和，他們有對(duì)偶、類似或相似關(guān)系和基本差異，這些知識(shí)點(diǎn)可以有機(jī)結(jié)合，掌握起來(lái)也會(huì)輕松，真正做到事半功倍。比如還有連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析和s域分析，連續(xù)系統(tǒng)的s域分析和離散系統(tǒng)的z域分析。

學(xué)生用心學(xué)習(xí)，一般從多個(gè)方面給學(xué)生打分，包括平時(shí)作業(yè)提交情況、課堂表現(xiàn)、出勤、小測(cè)試和期末考試成績(jī)。目前我系采用的是全學(xué)期只進(jìn)行一次期末考試，閉卷，時(shí)間120分鐘，期末總成績(jī)由期末考試成績(jī)、平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)確定，平時(shí)成績(jī)占 20%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占 20%，期末考試占60%。我們準(zhǔn)備進(jìn)行下面的改革，一方面平時(shí)成績(jī)占10%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%，小測(cè)試成績(jī)20%，期末考試占50%。即使是最重要的期末成績(jī)，也僅占總成績(jī)的一半，主要督促學(xué)生把學(xué)習(xí)放在平時(shí)，避免平時(shí)不學(xué)考前突擊。另一方面，嚴(yán)格考風(fēng)、考紀(jì)，真正做到考風(fēng)帶動(dòng)學(xué)風(fēng)，避免教而不導(dǎo)的現(xiàn)象，加強(qiáng)課內(nèi)外輔導(dǎo)。

3 結(jié) 論

以上這些教學(xué)思想和教學(xué)方法僅是作者對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)的一些體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，還有待于在今后的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步完善和提高。該課程進(jìn)行教學(xué)改革后，課堂氣氛比往年明顯活躍，積極回答問(wèn)題，課后答疑人數(shù)增多。我系2011級(jí)電信3個(gè)班該門課程的及格率為85%以上，2013年的電信專業(yè)學(xué)生信號(hào)與系統(tǒng)課程考研上線率明顯提高，電信0901一個(gè)班就考取了13個(gè)研究生。另外，參加了全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、湖南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽學(xué)生運(yùn)用信號(hào)與系統(tǒng)知識(shí)，也越來(lái)越多，選擇相關(guān)的賽題也達(dá)到50%左右。信號(hào)與系統(tǒng)改革后，取得了一定的效果，但如何調(diào)整考核評(píng)價(jià)方式，如何激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如何培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生想去學(xué)，學(xué)得好，學(xué)會(huì)用，有待進(jìn)一步的研究和實(shí)踐。

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