信号与系统分析课改探索

一、优化教学内容

1.合理组织教学内容

“信号与系统分析”课程主要讨论确定性信号的时域和频域分析、线性时不变系统的描述与特性，以及信号通过线性时不变系统的时域分析与变换域分析。从概念上，课程可区分为信号分析和系统分析两部分，但二者又是密切相关的。根据连续信号分解为不同的基本信号，对应导出线性系统的分析方法分别为：时域分析、变换域分析（即频域分析、复频域分析）。离散信号分解和系统分析也类似。本课程主要研究确定性信号和线性时不变系统的基本概念、基本理论和基本分析方法，其内容主要包括连续系统与离散系统的时域分析、连续系统的频域分析、连续系统的复频域分析和离散系统的z域分析、系统函数和状态变量分析，以及这些分析方法相互间的联系及具体应用。采用先连续后离散的布局安排知识，先集中精力学好连续信号与系统分析的内容，再通过类比理解离散信号与系统分析的概念，而状态分析方法也结合两大块给出，从而建立完整的信号与系统的概念。本课程教学中，对状态分析方法等内容，作为知识面扩展或后续课程的主要内容，以学生自学为主，不作为本课程教学的重点来要求。在教学过程中，首先将教学内容按章节和知识点模块化，每一模块有不同的教学目的；其次，每一模块对知识内容的要求和学生的能力要求都力求循序渐进，模块之间一环扣一环，达到承上启下的作用。通过本课程的学习，使学生牢固掌握信号与系统的时域、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、物理概念与工程概念，掌握利用信号与系统的基本理论与方法分析和解决实际问题的基本技能，为进一步学习后续课程打下坚实的基础。

2.强调因材施教、分层次教学，满足不同层次学生的需求

由于学生自身的知识积累、个人兴趣、从业意向不尽相同，所以在教学过程中，要特别注意分层次教学的实施。根据一个教学班级不同学生的实际情况，将其分成三个层次：基础好、接受能力强、有考研意愿的学生；以就业为主的学生（占大部分）；基础较差的学生。这样，既注重面的共同发展与提高，又注意点的突破。第一层次除掌握基本要求外，深入学习课程内容体系，掌握信号与系统解题技巧，力求通过该课程的研究生入学考试；第二层次是掌握本课程的基本要求，为进一步学习专业课打下基础；第三层次是帮助他们设法掌握本课程的基本要求，并努力通过本课程考试。所以在课堂教学过程中，将教学内容按照三个层次进行组织，按照最高层次教学，但进行严格的分类指导，明确哪些内容应该是哪些层次必须掌握或需要了解的，按照教学大纲规定的最低要求考核。

二、改革教学方法与教学手段

1.灵活使用多种教学方法

（1）课堂讲授采用传统教学与多媒体教学相结合的方法，上课前教师对课程教学内容进行精心安排，科学制订教学日历，并在“信号与系统分析”网络课程上，学生可以清楚地了解课程的总体安排和各章节主要内容，有利于自主安排预习。采用电子教案可以节省绘图时间，增大课堂教学的信息量，而且绘制的图形既规范又准确，提高了教学效果。教学过程中采用回忆式提问、理解式提问、应用式提问等方法，利用网络等媒介，积极引导学生主动思考，培养学生良好的学习习惯。在习题课上，让部分学生到黑板上解题，大部分学生在下面思考解题，然后引导学生开展讨论，收到了很好的效果。（2）坚持多方位，多渠道的师生交流，解决同学在学习中的疑问。依托学校的教学资源建成了“信号与系统分析”网络课程，把先进的信息技术手段应用到教学中。通过网络教学平台的使用，实现网上作业、网上答疑，学生不受时空限制很容易地与教师就课程学习中的问题进行远距离的交流。任课教师加强课间或课外与学生的交流，辅以网上答疑，不仅能够解决同学在学习中的疑问，通过个别交流还能了解学生对教学的个别需求，从而改进教学方法。（3）理论联系实际。将科研成果引入“信号与系统分析”课程教学，创设与现实相近的教学情境。在讲授有关设计方面内容时，要把几种设计方案加以比较，注重工程上的可行性与性价比。注意理论与工程实际相结合，提高学生的学习兴趣。将任课教师的最新科学研究成果加以总结、提炼、制作成多媒体课件，以动画、图片、录像的形式充实到相应的课程章节中，极大地丰富了教学内容，使得课堂中看似复杂的理论知识与现实生活中的实例结合起来，以便于提高学生学习的兴趣，同时使学生能够及时获取最新的科研成果，拓宽本科生的知识面，为培养学生的创新思维打下良好的基础。通过实际工程背景和问题情境吸引并维持学生的兴趣，使他们积极寻找解决问题的方法，为他们将来进入社会更快地适应工作环境打下良好的基础。通过布置课外大作业等形式，用于加强学生的课外实践环节训练，极大地提高了学生学习的积极性和主动性。（4）实际能力的培养。注重平时表现，注重作业，注重教师的课堂提问，避免一张考试卷就决定成绩的传统考核方法。

2.现代教育技术应用与教学改革

（1）强化电子教案的应用效果。经过多年的教学总结，课程组老师意识到采用电子教案的教学也有其两面性，有积极的一面，也有其消极的一面。课程组认真研究总结，有针对性地、对有利于提高教学效果的章节统一设计和制作了部分电子教案，不千篇一律地使用电子教案，而是只对一些教学效果好的章节使用电子教案。对教学效果不明显的章节禁止使用电子教案，仍采用传统的教学方法和手段，做到有的放矢。（2）通过“信号与系统分析”网络课程，把先进的信息技术手段应用到教学中，所建的网络课程教学平台已投入使用。通过网络教学平台的使用，实现网上作业、网上答疑，学生很容易地与教师对课程学习中的问题，不受时空限制，进行远距离的交流。（3）本课程结束后，鼓励学生积极参加各种学科竞赛、创新活动及实验室二次开发活动，给学生以更多的实践锻炼机会。

三、建设网络课程

依托学校网络课程教学平台，建设“信号与系统分析”网络课程并顺利投入使用。“信号与系统分析”网络课程由课程通知、课程简介、教学队伍情况、教学大纲、教学进度表、多媒体课件、实验实践教学、授课教案、课外参考、网络资源、作业及解答、参考样卷、工具、交流、讨论板、新闻共16个功能模块组成；通过网络课程，课程简介、教学大纲、教学进度表、教学内容和各章节的电子讲稿、PPT讲稿得以在网上呈现；课程网络资源反映了学科发展的最新动态，对国内外同行的著作等中西交融的资源进行整合，使用图片、动画等多媒体教学素材，提供大量的研究论文、教学参考资料、相关网址等；在线讨论、交流为学生在网上和老师沟通、答疑提供了一个良好的平台；实验模块中有大量采用MATLAB编制的相关程序；习题集涵盖该课程各章节内容的习题资料，具有提供实际例子、学习交流等功能。“信号与系统分析”网络课程资源从收集，到网络技术的应用，都力求规范、完整。网络课程的结构充分体现学生自主学习的要求，内容安排人性化，给学生最大的自主权。教学内容的数字化处理，把教学内容与多种媒体形式整合、教学活动与网络技术整合，为学生提供了一个自主学习的平台。网络课程能够正常开展网上学习、讨论、作业、辅导、答疑、实验、测试等各个教学环节。通过“信号与系统分析”网络课程的运行，为学生提供了一个自主学习的平台。学生通过网络课程进行自主学习，同老师进行交互。从课堂教学老师明显感觉学生的学习积极性与主动性比以前更高，学生能真正开始做到课前预习、课堂认真听讲、课后利用网络课程进行复习；完成的作业出错率也有所减小。老师和学生之间的交流更多了，这样对教与学也起了十分积极的作用。“信号与系统分析”网络课程的目的之一就是能够带动学生的学习积极性与主动性，想办法吸引大家多到这个自主学习的平台来。

四、加强实践教学环节

“信号与系统分析”课程是一门理论性很强的专业基础课程，必须深化课程教学模式的改革，让学生深刻理解信号傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的数学概念、物理概念及工程概念，建立信号表达及系统函数的概念。本课程同时也是一门实践性较强的技术技能课，在注意学科本身系统性的同时，特别强调实践教学环节，围绕着一切以提高学生的实际动手和创新能力为出发点，在实验项目的设置上，安排了基础性、设计性和综合性的实验项目。具体做法为：第一，针对知识点设置基础实验或验证性实验，其目的是使学生掌握本课程的基本实验规范、实验过程，掌握实验的基本要领和方法。第二，融合若干知识点设置综合实验及由学生自行设计实验方案并加以实现的设计性实验，其目的是重点培养学生综合运用知识的能力及发挥学生的个性。在这一实验环节中，教师所起的作用是如何激发学生对所从事实验的兴趣和好奇心，以便调动学生的积极性、主动性和丰富想象力。第三，在“信号与系统分析”课程理论教学环节中，任课教师会在每一章节安排相关的课外大作业，要求学生借助与先进测控技术联合实训中心等实验室的软硬件资源，以MATLAB、LABVIEW等软件开发平台为基础，自主独立进行开发与设计，完成相关的课外大作业，以达到相应的实验实践性教学环节的要求。图2所示“信号与系统分析”虚拟实验与仿真平台为历届学生通过课外大作业设计作品的提炼。该平台运用LabVIEW编制应用程序，实现了基于虚拟仪器技术的“信号与系统分析”实验功能。实验功能模块用于实现课程要求的实验内容，主要包括典型信号的波形分析、周期信号的分解与合成、数字滤波器特性测试、抽样定理验证、典型信号的频谱分析、卷积运算、复频域分析、信号的调制与解调、信号频域分析与卷积运算等，为“信号与系统分析”课程的实验实践教学提供了丰富的素材。通过笔者多年的教学实践表明，经过基础性、设计性和综合性的实验教学培养，辅以课外大作业等实践环节，能使学生基本掌握信号与系统分析的要领和技能。

五、实践成效

通过优化教学内容、改革教学方法与教学手段、建设网络课程、加强实践教学环节等多项措施对“信号与系统分析”课程教学改革进行探索与实践，取得了较大的成效。具体表现为：第一，该课程根据专业培养目标和岗位的需求选取教学内容，并突出学生实际能力的培养，课程教学内容设计合理。第二，该课程在教学方法上采用多样的教学法，注重学生的实际操作能力的培养。第三，该课程从教学大纲的设计、教材的选用、教师的讲授、课后的辅导与作业、考试改革等各环节均科学规范，符合课程特点和学生实际，教学效果好。第四，该课程师资队伍建设有了明显改进；任课教师能应用先进教学手段进行教学；任课教师积极参加科研项目，注重理论联系实际，将科研成果转化为教学资源，以科研促进教学；能以多种方法特别是网络课程教学平台与学生进行沟通，形成教与学的良好互动。第五，该课程在历年学生评教中，学生都充分肯定了老师的教学水平，教学评估成绩都为优秀。学生普遍反映课程教学方法灵活、教学手段先进，教学内容能反映技术发展最新成果，学生自主学习兴趣较浓厚。

作者：谢启陈飞朱培逸工作单位：常熟理工学院电气与自动化工程学院