浅谈高等院校《信号与系统》课程教学改革的实践探索

来源:用户上传      作者: 陈凤翥

　　【摘要】 信号与系统课程是后续数字信号处理、通信原理等课程的重要理论基础,同时也是学生从事相关领域工程技术研究的必备知识。本文根据多年的教学经验,从整合教学内容、现代与传统教学手段相结合以及引入仿真演示环节等方面介绍了在课程改革中的思路 ,取得了较好的实践效果。
　　【关键词】 高等院校；《信号与系统》;实践探索
　　
　　1 课程建设的思路
　　从我国大多数高校信息工程类专业的教学计划可以看出,信号与系统课程多被安排在第四学期开课。在以往传统的教学计划中,信号与系统课程的课时量约为5学分80学时左右,教育部提倡压缩课时之后,该课程的学时数多为3~4学分,即48~64学时。这样就对我们的课堂教学提出新的要求,如何将以前面面俱到、细致入微的课堂教学合理有效地贯串在这有限的学时之内是值得深思的问题。目前,很多高校和教师都在积极探索新的教学思路和方法,来应对不断发展的高等教育。笔者从事信号与系统课程教学多年,从该课程的建设思路上提出若干想法。
　　1.1 整合教学内容。信号与系统和其前导课程电路分析以及后续课程数字信号处理都有紧密的联系,起到了承上启下的重要作用。从内容安排来看,拉普拉斯变换在信号与系统和电路分析中都有讲述,但电路课程注重用拉普拉斯变换求解电路,这主要是从简化运算角度出发研究电路的求解问题。而在信号与系统课程中若还以较多课时花在求解问题上,则内容重复太多,学生会感觉枯燥无味。拉氏变换这一章应在复习的基础上突出其与傅立叶变换的关系、系统函数分析、零极点分布与频率响应这些内容。正弦稳态响应分析在电路课程中往往不作为重点内容讲述,或学生学习后容易忘记,但其在系统分析中的地位不容忽视,因此应在信号与系统课程中进一步将频率响应与电路中的这一概念进行联系,使学生了解频率响应的重要性。数字信号处理课程也要讲述Z变换一章,但其主要是作为对信号系统课程的复习和延续,因此Z变换的重点内容还应在信号与系统中讲解。现在出版的不少信号与系统的教材中增加了离散信号频域分析一章,笔者认为对于还要开设数字信号处理课程的学校,则该章内容可以不讲,以避免内容的重复,同时也防止了因课时不足而影响重点内容讲解不透彻的弊端。
　　1.2 现代与传统教学手段相结合。多媒体CAI课件是现代化教学的重要方式之一,其快捷、方便,避免了板书的费时费力,节省出大量的时间用于讲解,且形式多变,灵活生动。但是使用多媒体课件也容易出现推导和验算过程少,易造成学生不能跟上课堂节奏;学生易疲劳不肯动脑筋思考问题等现象。因此课件的制作必须精心,要从学生易于理解的角度出发,必要时需要一步一步地给出推导步骤,在幻灯片放映的同时模拟板书边讲解边分析。从笔者多年授课的经验来看,对于这种理论性较强的课程仅仅使用多媒体是不够的,还应辅助板书进行教学。
　　1.3 引入Matlab课堂演示环节。Matlab是工程技术领域应用广泛的仿真计算语言,已在信号处理、控制理论等领域得到认可,以其作为平台进行信号与系统试验仿真效果很好。在理论讲解的同时穿插Matlab仿真演示,使学生直观地了解到信号与系统的运算结论不仅仅是公式的罗列,而是具有具体的物理含义。即增加了学生的学习兴趣,又使他们理解了正是信号与系统的理论指导着实际系统的分析与设计。
　　
　　2 实践措施
　　2.1 强调不同内容、不同课程之间的相关性由于部分内容在前期课程中如高等数学、电路分析中已经有详细的讲解及运用,学生对相关知识的掌握比较牢固。因此在信号与系统的课堂教学中适当删减了部分内容。如在强调了零输入响应和零状态响应的概念基础上,对连续系统的时域分析,即求解微分方程部分不作过多阐述。而将这一章的重点放在卷积积分和卷积和的物理概念阐述与讲解上。又如,在傅立叶变换中,性质的应用十分重要,但大多数性质的推导并不复杂,可以布置给学生课后推导,不用占用课堂时间。这样可以对性质的物理意义做更加充分的解释。拉氏变换和Z变换中性质的研究可以和傅立叶变换对比进行,既可以节省授课时间又对傅立叶变换的性质进行了复习。信息工程领域的很多重要专业课程之间彼此
　　有着内容的连贯性或内在相关性。但学生在学习的同时往往不能直观地将这些课程的相通知识加以融会贯通,使得学到的知识不能形成有机的连贯性,进而影响对后续课程的理解。如学生学习信号与系统课程时,模拟电子线路也正在学习。两个课程之间有着有机的联系,前者是从系统的角度出发,而后者是从具体线路的角度出发。因此在讲解频率响应一节时,强调学生与已经学习过的模电电路相比较,力求做到深入理解。实践证明,该方法使学生对两个课程及对系统的分析和实现都有了更明确的认识,该方法在学生中反映非常好。
　　2.2 注重理论与工程实际结合。历届学生都反映信号与系统课程理论多、较难理解。因此课堂中将看似复杂的理论知识与现实生活中的实例结合,是提高学生学习兴趣、巩固基础知识的最好方法。傅立叶变换的性质中的频移特性即调制特性是现代通信系统的基础知识。讲解这一节时,结合广播系统、电视系统讨论频谱搬移的特点,可以使学生立即明白频移的物理含义和应用价值。傅立叶变换中的抽样定理也是现代通信的基础原理之一。为了说明其在通信系统中的应用,可以结合我国现有的市话标准进行讲解。对带宽3.4kHz的音频信号进行采样,根据抽样定理,抽样频率不小于信号带宽的2倍,因此国标中采用8kHz采样频率,使得能从采样信号中恢复出原始音频信号。授课中可以进一步引入PAM及PCM调制的概念,将通信系统的知识进一步扩展。这一点对扩大学生知识面,以及对他们以后学习通信原理及通信电子线路课程都做了极好的铺垫。同时,为了将学生从背诵复杂的公式中解脱出来,用更多的时间思考理论知识的运用的问题以及实际应用中涉及的相关知识,我们在考试环节引入“一纸开卷”式,使学生从对公式的被动记忆改为理解记忆。
　　
　　3 结论
　　经过以上的建设思路,在对信号与系统课程内容进行适当的调整后,明确重点章节,有主有次的进行课时安排。课堂中注重理论与实际结合、适当安排讨论课等措施使信号与系统的授课取得了良好效果。今后还应在教材改革、双语教学方面进行进一步探索。
　　
　　参考文献
　　[1] 李学桂.关于“信号与系统”课程的几个问题,电气电子教学学报[J].2004,26(2): 46-48.
　　[2] 赵敬春.如何提高课堂教学水平[J].继续教育研究,2001,(1): 61
　　收稿日期：2008-3-09

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