陳冬英

（福建江夏學(xué)院電子信息科學(xué)學(xué)院，福建福州，350108）

電子信息技術(shù)為移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)的飛速發(fā)展做出了重要貢獻，它是實現(xiàn)現(xiàn)實與虛擬世界的推動力，加速了我國經(jīng)濟的發(fā)展，一定程度上改變了人們生活的環(huán)境與質(zhì)量。[1,2]電子信息是一門更新?lián)Q代快，需要不斷創(chuàng)新的技術(shù)，這就需要不斷提高綜合性能力。

《信號與系統(tǒng)》是一門電子信息學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域的主干技術(shù)基礎(chǔ)專業(yè)課程，對理工科大學(xué)生的知識、能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)有重要和深遠影響，在人才培養(yǎng)計劃中處于重要的地位?！缎盘柵c系統(tǒng)》在通信行業(yè)運用甚廣，如北斗、數(shù)字圖像、音視頻處理等，是連接硬件與軟件課程的橋梁。其先修課程涉及：高等數(shù)學(xué)、電路與系統(tǒng)、數(shù)字電路、信息論等，是數(shù)字信號、通信原理、數(shù)字圖像等信號系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)，是電子信息科學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)科之一。通信系統(tǒng)各個科目聯(lián)系如圖1所示：

圖1 通信系統(tǒng)中的信號與系統(tǒng)

傳統(tǒng)的《信號與系統(tǒng)》的教學(xué)方法與綜合性人才培養(yǎng)具有一定的距離，不適應(yīng)當下互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展。本文對傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題進行分析，并以培養(yǎng)綜合性能力為核心，提出一種教學(xué)改革方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用，并開發(fā)學(xué)生將理論用于實踐的創(chuàng)新能力。這對培養(yǎng)具有研發(fā)、創(chuàng)新、工程一體的綜合性人才有重要意義。

一、現(xiàn)有教學(xué)方法的不足

現(xiàn)有的教學(xué)方法，主要以理論教學(xué)為主，實驗為輔。以書本為根本，通過對概念及公式的解析，引導(dǎo)學(xué)生對這門課的掌握。本課程主要涉及三大變換，其中傅里葉變換是學(xué)生們的薄弱點，因其概念過于抽象，不易被學(xué)生所理解。然而其也是期末必考知識，是期末測試的重點知識。通過研究，對傳統(tǒng)教學(xué)法的不足進行歸納：

1.教材內(nèi)容不夠與時俱進?，F(xiàn)有使用教材主要是以鄭君里及吳大正的教材為主。該教材中理論概述過多，三大變換所占比例超過一半。課本內(nèi)容以結(jié)論推導(dǎo)為主，實驗及驗證性推理較少。同時，現(xiàn)已為數(shù)字化時代，而現(xiàn)有教材偏向于模擬處理技術(shù)的研究，涉及模擬與數(shù)字的處理介紹過少。這導(dǎo)致該教材內(nèi)容不能很好地將當下流行技術(shù)DSP、FPGA、集成芯片等進行銜接與嵌入。

2.教學(xué)方法過于單一。首先，教學(xué)分理論課與實驗課進行，學(xué)生只能被動的吸收理論，而無法立即進行理論的驗證。教學(xué)實驗以MATLAB軟件為主，編程軟件過于單一，且實驗教學(xué)以單人為主，無法鍛煉學(xué)生的團隊、創(chuàng)新、溝通能力。

3.當下前沿技術(shù)的引入過少，教學(xué)目標不夠明確。目前，信息、頻譜、互聯(lián)網(wǎng)涉及生活中的方方面面，電子信息技術(shù)是一門重要的核心技術(shù)。然而，當下的教學(xué)中，很多教師只是進行教學(xué)，而非引導(dǎo)。多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，不能正確認知自己所掌握的知識有何用途，如何將其學(xué)以致用。因此，課堂無法激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣，致使教學(xué)事倍功半。

二、教學(xué)改革方案探討

《信號與系統(tǒng)》是電子信息工程類及自動控制等專業(yè)的本科學(xué)生需要掌握的一門重要課程，該課程以電路、數(shù)電、高等數(shù)學(xué)等課程為基礎(chǔ)，但該課程又是《數(shù)字信號處理》《數(shù)字圖形學(xué)》等相關(guān)課程的先修課程，具有承上啟下的作用。[3]該門課被喻為21世紀信息時代打開信息科學(xué)之門的鑰匙，為培養(yǎng)適應(yīng)我國社會發(fā)展的現(xiàn)代化建所需要的、創(chuàng)新性的綜合人才，本課程也需要與時俱進，對其進行相應(yīng)的改革。

（一）教材內(nèi)容吐故納新、優(yōu)化組合

1.內(nèi)容上進行吐故納新：從電子信息技術(shù)的發(fā)展規(guī)律來看，全書需以信號為基礎(chǔ)，時域、頻域的分析為主線，改變原來拉氏變換與Z變化這兩種作為系統(tǒng)工具分析的內(nèi)容。由于三大變換具有相似性，可在同一知識點進行舉一反三造例學(xué)習(xí)。同時，刪除時域分析法的知識點，因為時域分析過于繁瑣，且易出錯，基本已棄用。

2.知識上進行學(xué)科優(yōu)化組合：《信號與系統(tǒng)》主要涉及模擬信號與數(shù)字信號的分析與系統(tǒng)設(shè)計，《數(shù)字信號處理》主要涉及數(shù)字信號處理與系統(tǒng)的設(shè)計，二者具有相呼應(yīng)的知識點?！缎盘柵c系統(tǒng)》核心內(nèi)容為三類變換，具體包括：連續(xù)信號與離散信號的時域分析、傅里葉變換及連續(xù)系統(tǒng)對應(yīng)的復(fù)頻域S變換、離散系統(tǒng)對應(yīng)Z變換?！稊?shù)字信號處理》核心內(nèi)容是對離散信號與離散系統(tǒng)的分析以及有限長數(shù)字濾波器和無限長數(shù)字濾波器的設(shè)計。根據(jù)內(nèi)容來看，兩個課程有很多重疊知識，而《信號與系統(tǒng)》缺少應(yīng)用類知識。為此，引入濾波器的設(shè)計，正好彌補其這一缺陷。將這兩門課程優(yōu)化組合，一可減少學(xué)時，幫助學(xué)生減輕負擔(dān)；二可融合兩門課程，實現(xiàn)理論與驗證的結(jié)合。[4]改革后的方案具體見表1：

表1 《信號與系統(tǒng)》與《數(shù)字信號處理》優(yōu)化組合方案

按照改革后的優(yōu)化組合方案來實施教學(xué)內(nèi)容，《信號與系統(tǒng)》安排48學(xué)時（原定為64學(xué)時）。刪除與《數(shù)字信號處理》重復(fù)內(nèi)容，提取《信號與系統(tǒng)》的主干知識，不僅讓教師可以在規(guī)定學(xué)時內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容，同時使學(xué)生也很好的掌握知識，提高教師授課效率和學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

（二）輔助以“口袋化”教學(xué)

傳統(tǒng)教學(xué)是以授課為主，通過學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)來完成教學(xué)流程。該方法的不足是學(xué)生的學(xué)習(xí)較為被動。

“口袋化”教學(xué)方法能夠在一定程度上改善這一情況。首先，指明教學(xué)的課程學(xué)時分布及具體的綜合學(xué)科關(guān)系；其次，進行學(xué)生自主組隊、分工與調(diào)研；最后，教學(xué)以學(xué)生為主，教師為輔。每部分內(nèi)容由相應(yīng)小組進行教學(xué)講解，教學(xué)方法與方式學(xué)生自主選擇，教師對教學(xué)結(jié)果進行點評，完善本課程內(nèi)容的教學(xué)。課后學(xué)生對自己本次的表現(xiàn)與知識收獲寫一份總結(jié)，作為考核的內(nèi)容之一，以課堂表現(xiàn)、心得報告、期末成績作為期末考核，具體流程如圖2所示：

圖2 “口袋化”教學(xué)框圖

“口袋化”教學(xué)的優(yōu)點在于：

1.改變學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)。學(xué)生作為“臨時教師”身份，會增加責(zé)任感，從而更加認真的學(xué)習(xí)與調(diào)研，更深層次地理解知識，同時增加對整個學(xué)習(xí)的參與度。

2.教學(xué)具有開放性。該方法提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在進行選擇教學(xué)方法與方式過程中，拓展了其思維方式。

3.增強學(xué)生團隊意識。此種方式是以團隊為主的，整個過程需要配合他人一起完成，培養(yǎng)了集體之間合作意識。

“口袋化”教學(xué)主要用于本課程后期復(fù)習(xí)階段，通過實驗性驗證，加深學(xué)生對理論的理解。該方法通過鼓勵學(xué)生進行“口袋化”學(xué)習(xí)，彌補傳統(tǒng)教學(xué)不足，是本課程的一種重要輔助教學(xué)方法。

（三）實驗教學(xué)改革

該課程偏向理論研究，由于其概念過多，公式推導(dǎo)過于繁瑣，學(xué)生可能在理解上會遇到一定困難。為此，進行相應(yīng)的改革，具體措施如下：

1.實驗題量擴大，增加可選性。每位學(xué)生知識薄弱點不一，教師可預(yù)先評估理解的難點，進行設(shè)計驗證性實驗，同時適當布置一些設(shè)計性實驗。實驗完成最低次數(shù)固定，實驗內(nèi)容可選擇，增加學(xué)生的自主性。

2.實驗方法自主選擇，實現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)”實驗法?，F(xiàn)有驗證性實驗均以MATLAB為平臺，在一定程度上限制了學(xué)生的積極主動性。因此，在軟件的使用上，學(xué)生可根據(jù)自己所擅長或者根據(jù)自己將來想從事的行業(yè)自主選擇。

3.實驗方式采用開放式。學(xué)生可自己組隊，將每個實驗項目化、模塊化，由多個學(xué)生合作完成。該方法不但可以提高學(xué)生的研發(fā)能力，而且有益于學(xué)生的團隊意識培養(yǎng)。[5]具體的實驗設(shè)計流程如圖3所示：

圖3 《信號與系統(tǒng)》實驗教學(xué)流程

該實驗方法的優(yōu)點在于：

1.充分調(diào)動學(xué)生的積極主動性。學(xué)生可根據(jù)自身薄弱點來選擇自己的實驗題目，有效強化教學(xué)的目的性與針對性，同時提高實際操作的正確率、降低儀器損耗。

2.激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。學(xué)生可以更直觀地掌握實驗操作流程，了解實驗效果，充分發(fā)揮創(chuàng)造性來嘗試多種仿真。這既能培養(yǎng)學(xué)生的研發(fā)意識，也可加深學(xué)生對理論知識體系的理解。

3.提高實驗教學(xué)效率。充分發(fā)揮學(xué)生所長，同時溫故知新，在原有知識與技術(shù)中掌握更多技能。

三、改革特色與創(chuàng)新

利用互聯(lián)網(wǎng)時代信息的開放性，[6]分析《信號與系統(tǒng)》與《數(shù)字信號處理》兩門課的聯(lián)系與區(qū)別。為提高學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新性，本文提出了“口袋化”輔助教學(xué)法、多樣組合實驗等改革，具有的特色和創(chuàng)新如下：（1）教學(xué)內(nèi)容上吐故納新、優(yōu)化組合。適當壓縮學(xué)時，增加知識鏈條的緊湊性。同時更新教材，加入當下主流技術(shù)，與時俱進。（2）輔以“口袋化”教學(xué)。調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，變“學(xué)”為“教”。同時，擴展學(xué)生學(xué)習(xí)的能力和渠道，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作意識。（3）改革實驗教學(xué)。題量擴大，編程方法自選，方式多樣，不僅擴大學(xué)生的選擇性，更讓學(xué)生能夠發(fā)揮所長，增長自己的興趣。本課程改革對于創(chuàng)新型、研究型，同時具有工程素質(zhì)的綜合能力學(xué)生培養(yǎng)擁有重要意義。

參考文獻：

[1] 卜方玲,徐新,鄒煉等.面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的信號與系統(tǒng)教學(xué)改革[J].計算機教育,2016(1):52-55.

[2] 于金霞,賈宗璞,湯永利.以學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標的IT類專業(yè)實驗教學(xué)[J].計算機教育,2014(22):107-110.

[3] 吳大正,楊林耀,張永瑞,等.信號與線性系統(tǒng)分析[M].北京:高等教育出版社,2013.

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[6] 陳曉芳."互聯(lián)網(wǎng)+"科研資源管理創(chuàng)新[J].福建江夏學(xué)院學(xué)報,2016(5):112-118.