任明月 馮俊杰 王立威 王艷紅

六盤水師范學(xué)院 貴州六盤水 553004

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程是通信與信息系統(tǒng)、交通信息與控制工程、信號(hào)與信息處理等學(xué)科專業(yè)本科生必選的技術(shù)基礎(chǔ)課程[1]。本課程主要討論確定性信號(hào)經(jīng)過線性時(shí)不變系統(tǒng)傳輸與處理的基本概念和基本方法，從時(shí)間域到變換域，從連續(xù)到離散，從輸入輸出描述到狀態(tài)空間描述，以通信和控制工程作為主要應(yīng)用背景。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生牢固掌握信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域、變換域分析的基本原理和基本方法，理解傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換的數(shù)學(xué)概念、物理概念與工程概念，掌握利用信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論與方法分析和解決實(shí)際問題的基本方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

1 “信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“信號(hào)與系統(tǒng)”是電子信息類學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，但該課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，目前“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)存在以下幾點(diǎn)問題：

1.1 學(xué)生思想方面

“信號(hào)與系統(tǒng)”這門課程一直被學(xué)生認(rèn)為是一門比較難學(xué)的專業(yè)課，學(xué)生從一開始就有這門課不好學(xué)、學(xué)不會(huì)的想法，這種畏懼的想法容易使學(xué)生喪失對(duì)該課程的熱情。同時(shí)，在日常的教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容又涉及微積分公式推導(dǎo)、抽象理論的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)于這些內(nèi)容的掌握有一定的難度，這將更加打擊學(xué)生的自信心，使學(xué)生抵觸課程的學(xué)習(xí)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容方面

因該課程理論性強(qiáng)，涉及大量數(shù)學(xué)公式的證明及微積分的計(jì)算，傳統(tǒng)的“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)以課堂理論講述及公式推導(dǎo)為主，教學(xué)內(nèi)容單一。此外，該課程教材有很多篇幅是復(fù)雜公式推導(dǎo)及理論說明，對(duì)于知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用舉例較少。這就導(dǎo)致學(xué)生難以沉下心研究課本內(nèi)容，不了解學(xué)習(xí)知識(shí)的用途，從而失去對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，學(xué)習(xí)效果不理想。

1.3 教學(xué)方法方面

傳統(tǒng)的教學(xué)方法通常是老師們使用板書或者投影進(jìn)行教學(xué)，這種教學(xué)方法以老師講解為主，學(xué)生的參與互動(dòng)較少，授課形式單調(diào)。加上本身該課程的理論性強(qiáng)，這種“填鴨式”的教學(xué)方法很難提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不用說學(xué)生對(duì)這門課程有很好的理解和主動(dòng)學(xué)習(xí)。

1.4 考核方式方面

學(xué)生的考試成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)組成，一般占比為30%和70%。其中，平時(shí)成績(jī)的30%一般是出勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)各占10%。首先，出勤的考核很難區(qū)別出學(xué)生的差異且不能判斷出學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握；其次，作業(yè)一般在課下完成，且答案唯一，容易出現(xiàn)學(xué)生解題過程雷同，此考核方式也不能很好地判斷出學(xué)生課堂知識(shí)的掌握情況；最后，因課程理論性強(qiáng)，學(xué)生課堂參與度不高，所以課堂表現(xiàn)得分一般較低。對(duì)比期末考試占比較高，學(xué)生更加看重期末考試，通過臨時(shí)突擊和死記硬背公式，也能在考試中將題做出。但是這種考核方式并不能有效地檢查學(xué)生掌握情況及對(duì)課程的理解，且不利于學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的應(yīng)用。

2 “信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革措施

針對(duì)上述“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，并結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行以下研究：

2.1 科學(xué)理念正確引導(dǎo)

首先，給學(xué)生樹立起“只有努力學(xué)習(xí)就能學(xué)會(huì)”的自信，鼓勵(lì)學(xué)生課前多預(yù)習(xí)，課堂認(rèn)真聽，課后多鞏固。其次，在講解某些知識(shí)點(diǎn)時(shí)，例如拉普拉斯變換，引出拉普拉斯這位數(shù)學(xué)家的故事，告訴學(xué)生只要認(rèn)真努力，任何困難都能克服。

2.2 教學(xué)內(nèi)容改革

首先，“信號(hào)與系統(tǒng)”這門課程涉及很多交叉學(xué)科，對(duì)于其他課程中講到的知識(shí)點(diǎn)，例如“分部積分”求解，可以不再重復(fù)出現(xiàn)或者可以簡(jiǎn)單介紹，這樣可以將更多課堂時(shí)間用于新知識(shí)的講解。其次，教學(xué)內(nèi)容加強(qiáng)與工程實(shí)際的結(jié)合，老師在講課過程中要引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際意義和工程角度思考問題。例如，在講解信號(hào)頻域分析時(shí)，首先引入男生、女生聲音聽起來有差異，但兩種聲音的波形在時(shí)域上難以看出差別，頻域上很容易看出區(qū)別；在講解信號(hào)調(diào)制時(shí)，可以聯(lián)系現(xiàn)代通信系統(tǒng)中調(diào)幅廣播的應(yīng)用，如果聲音信號(hào)直接發(fā)射天線尺寸太長(zhǎng)，我們需要將發(fā)射信號(hào)調(diào)制到高頻。通過學(xué)生生活的實(shí)例進(jìn)行分析，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)還可以讓學(xué)生了解到所學(xué)知識(shí)的價(jià)值。下表列舉了“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中可以與工程實(shí)例結(jié)合的知識(shí)點(diǎn)。

課程知識(shí)的工程實(shí)例表Engineering examples of course knowledge

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法[3]

針對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容枯燥等問題，實(shí)行以學(xué)生為中心，教師為輔的方式，讓學(xué)生充分參與到課堂中[4]。首先，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)課本內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。隨著我國互聯(lián)網(wǎng)教育資源的飛速發(fā)展，為大家的學(xué)習(xí)提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，例如中國大學(xué)MOOC、學(xué)堂在線等，積極引導(dǎo)學(xué)生通過這些網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)習(xí)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程。其次，課程上積極組織學(xué)生發(fā)言，由學(xué)生提出遇到的難點(diǎn)，然后重點(diǎn)講解，或者讓理解的同學(xué)講解。最后，老師可以給出問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，有助于加深學(xué)生理解。該教學(xué)方式讓學(xué)生成為課堂主體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，使學(xué)生參與其中，樂在其中，學(xué)在其中。

2.4 采用混合式教學(xué)模式[5]

老師可以通過“學(xué)習(xí)通”這種現(xiàn)代化教學(xué)工具實(shí)現(xiàn)課堂互動(dòng)、課后溝通等。課前，老師可以將下節(jié)課要講的知識(shí)點(diǎn)提前發(fā)到學(xué)習(xí)通上，聽取學(xué)生的意見反饋，這樣課堂上就可以有目的地進(jìn)行重點(diǎn)講解。課中，通過投票、搶答、選人、主題討論等多種互動(dòng)形式活躍課堂氣氛，提高學(xué)生課堂參與度。課后，老師可以將作業(yè)、本節(jié)重難點(diǎn)發(fā)至平臺(tái)上，并對(duì)學(xué)生提出的問題進(jìn)行及時(shí)解答。采用混合式教學(xué)模式調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，同時(shí)也加強(qiáng)了學(xué)生與老師之間的溝通。

圖1 學(xué)習(xí)通教學(xué)互動(dòng)Fig.1 The using of learningpass

2.5 理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)仿真相結(jié)合

通過實(shí)驗(yàn)仿真提高學(xué)生動(dòng)手能力，同時(shí)還能使學(xué)生直觀地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。以濾波器去噪這節(jié)為例，通過講解可以得出初始信號(hào)加上高頻的噪聲信號(hào)后，可以通過低通濾波器進(jìn)行去噪。結(jié)合理論講解與實(shí)驗(yàn)仿真，增加學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。圖2展示了初始信號(hào)頻域、低通濾波后的信號(hào)的頻域圖，通過對(duì)比可以得出通過低通濾波器后的頻譜有效地過濾了高頻的噪聲信號(hào)。仿真實(shí)踐既能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，也能通過前后頻域?qū)Ρ壤斫獾屯V波器的去噪功能，實(shí)踐仿真與理論推導(dǎo)相結(jié)合，直接明了。

圖2 低通濾波器去噪仿真Fig.2 Low pass filter denoising simulation

2.6 改革考試方式[6]

調(diào)整平時(shí)成績(jī)的占比，例如調(diào)整為35%～40%。平時(shí)成績(jī)中弱化考勤的比例，適當(dāng)提高課堂表現(xiàn)的比例，鼓勵(lì)學(xué)生課堂積極參與其中。同時(shí)還可以增加章節(jié)測(cè)試、期中測(cè)試，充分了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握度。與原來考核方式相比，能夠全過程了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對(duì)于薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)講解，同時(shí)能調(diào)動(dòng)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)積極性。

結(jié)語

“信號(hào)與系統(tǒng)”這門課是電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生知識(shí)的學(xué)習(xí)起到承上啟下的作用。通過該課程的教學(xué)改革，提高課堂教學(xué)效果，使學(xué)生增加對(duì)該門課程的興趣[7-8]。同時(shí)通過理論聯(lián)系實(shí)際工程應(yīng)用及試驗(yàn)仿真，可以增加學(xué)生的動(dòng)手能力和運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。