信號與系統課程教學改革初探
來源:用戶上傳
作者:
[摘 要] 基于信號與系統課程理論抽象、注重實踐的特點，結合新的教學手段及教學理念，從課堂理論教學、實驗教學及考核方式等方面進行教學改革，提升課堂教學效果，培養學生對信息類學科的興趣，可以在同性質的課程中推廣使用。
[關 鍵 詞] 信號與系統;教學改革;多媒體教學
[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2019）10-0060-02
一、引言
21世紀，世界進入信息化時代，隨著信息技術的持續發展，高校通信專業也在持續深化課程改革，各企業也更加看重工科院校畢業生的實踐及團隊協作能力。信號與系統作為電信專業本科學生的重要基礎課程，越來越受到各高校的重視，其理論知識在電子信息、航空航天、生物醫學等高新領域也得到了廣泛應用。通過這一課程的學習可以培養學習者未來從事電信相關工作的基本技能，因此也成為部分高校相關專業研究生入學的考試科目。該課程是在學生掌握了高數及電路原理等課程的基礎上進行的電路及信號理論內容的學習，同時還與后面要學習的數字信號處理、自動控制原理、DSP技術與應用等課程關系密切[1、2]。石河子大學一直在強調培養創新實踐性人才，因此在課程改革中，尤其是像信號與系統這種實踐性較強的學科，注重培養學生的實踐操作能力。通過課程教學模式改革，培養學生將理論與實踐相結合以及應用知識的能力，尤其是使用知識解決實際問題的能力。因此，作為信號與系統課程的負責人，以“立足基礎，面向實踐”為理念，積極對原有教學模式進行改革。
二、課程改革的必要性
作為一門理論與實踐相結合的學科，信號與系統不僅需要學習復雜抽象的算法及各種數學公式，理論內容學習起來枯燥，同時還需要與實踐進行緊密的聯系，原有的實驗課程學生也只是跟隨老師進行簡單的驗證性實驗，沒有真正地把實驗教學與工程實踐緊密鏈接起來?，F代教育理念指出以學生為中心，強調并尊重學習者的主體性，提倡充分發揮學生的主觀能動性，使傳統的教學轉換為學習者自身的能動活動，其主要目的在于最大限度地激發學生的潛力及學習動力，使被動的、枯燥的學習變為積極主動、有樂趣的學習過程。建構主義教育觀指出只有充分發揮學生的主觀能動性，才可以取得較好的學習效果[3、4]。因此，需要在現代教育理念的指導下對原有的教學模式及教學內容，尤其是實驗教學部分進行改革，點燃學生學習的激情，引起其學習興趣，以此取得教學效果的改進。
三、課程教學改革
（一）理論教學改革
1.教學方法
在信號與系統課程教學中，學習需要學習很多數學及物理概念，比較抽象及枯燥，如階躍函數、沖擊函數、LTI系統等內容用傳統的教學方式難以表達清楚，因此在教學中可以適當使用多媒體教學。多媒體教學一般指借助多媒體設備進行教學活動，常用的多媒體設備一般有投影儀、交互式白板等。多媒體教學具有很強的形象性，可以最大限度地激發學生地積極性，提高教學效率，更好地培養學生的思維，培養學生的綜合素質[5]。多媒體教學一般借助電子教學資料，學生可以就課堂學習中遇到的問題反復觀看課件，有利于學生深化學習，進行課后復習。
適當采用多媒體教學方法，把理論性與形象性緊密結合，把教學重難點做成多媒體課件，插入動畫進行講解。如頻譜、卷積等，教師如果只是根據課本進行講解，學生易陷入計算過程而忽視了對概念意義的體會，多媒體課件則可以形象高效地準確表現這些內容，也使學生接受起來更加簡單。在多媒體課件中插入動畫來表現相關知識點的動態過程，更加生動。
使用MATLAB軟件進行仿真實驗，理論聯系實際。信號與系統課程具有很強的概念性及理論性，學生需要進行較多的理論推導及數學計算，假如采用手工計算，過程復雜不易掌握，妨礙學生對內容的學習。因此在課前，教師可以利用MATLAB軟件制作課件材料，在課堂教學中，展示MATLAB的代碼及運算結果。在教學實踐中持續改進和豐富教學方法，達到更好的教學效果。
2.教學內容
（1）教學體系整合
當前社會對技能型人才的需求越來越大，為了順應就業趨勢，加快應用型人才培養步伐，需要進行教學內容的調整及整合。信號與系統、電路原理、數字信號處理等課程在知識方面有所重疊，因此根據課程特點，對教學內容進行了一些調整。
例如，因為學生在電路原理中已經學習過拉普拉斯變換的相關內容，所以在本課程教學中可以適當弱化電路方面的內容，加強信號的理論學習，重點放在學生對信號及線性系統的分析理論及方法上。除此之外，在教學過程中，還可以把信號分類、計算等這幾門課程共同的知識進行比較學習，同時也要突出加深學生對知識的深入掌握，構建完整的課程體系，使每一課程的核心內容更加突出。
（2）適應課程的時代性
信號與系統課程專業知識應用范圍廣，技術和理念持續更新，具有很強的時代性。課程教學在傳授基本內容的基礎上，還需要將相關領域的最新技術及成果與課程內容及練習結合起來，這樣才能培養出面向未來的創新應用型人才。例如，在課堂中介紹數字通信方面的最新算法，在練習傅里葉變換相關知識時，引進小波變換的內容。一方面促使教師關注相關領域的科技進展，提升自己的科研視角，了解前沿技術，更重要的是學生通過這部分內容，對這一學科感興趣，也會自己主動去學習相關知識，增進了學習效果，在之后的就業過程中可以有較大幫助。 3.教學手段
信號與系統課程在原有的教學模式下，主要是課堂講授法，這種教學理念以教師及課本為中學，以教師講解課本知識為主要特征，雖然有利于幫助學生形成系統的知識體系，較快形成概念。課堂講授法同樣也存在一些問題，在課堂上，老師講過的內容不能很好地被學生深化理解，每個學生的基礎情況不同，無法實現分層教學，有時候會出現“滿堂灌”的弊端，不利于發揮學生的主觀能動性。
在信息化時代，利用互聯網教學手段，學生可以擺脫時空的限制進行主動學習，因此建立或利用在線教育平臺，進行資源共享，加強師生討論交流，使在線渠道成為學習的重要輔助，在線交流的強化同樣有利于師生在線下課堂中就相關知識進行探究、討論，建立良好的師生關系。因此，在信號與系統課程中改變傳統單一的教學手段，使用線上線下雙線互動的教學手段。學生可以就自己遇到的問題與老師、學生及時溝通，同時那些基礎不佳的學生也可以自主進行復習與反復學習，改善學習效果，提高了學生的學習熱情。
（二）實驗教學改革
在信號與系統課程教學中，不但要提高學生的理論水平，更重要的是提升學生解決實際問題的動手能力，這也是由課程性質所決定的。實驗教學作為課程結構中的一部分，對學生創新能力及動手能力培養有著至關重要的作用。
在原有的教學模式中，實驗教學有10個學時，實驗項目主要集中在對所學理論知識原理的演示，忽視對所學內容深層次的探究，在培養學生自主行及對實驗的興趣上有所欠缺。課程組根據學生學習水平不同的差異，調整課時結構，增加實驗課程的比重（20課時），實行分層次的實驗模式，設計三類實驗，分別為：驗證性實驗，對課程中的知識原理進行驗證，熟悉課本理論知識點的程序實現辦法，夯實基礎。探究式實驗中，教師引導學生提出問題，共同分析，培養解決實際問題的能力及探索知識的興趣。綜合性實驗又稱課程設計，由學生自主選題，自主組隊進行實驗，把課程中所學知識點進行整合，查閱資料完成課程設計，該部分最后以答辯的形式進行考核，團隊代表進行匯報，演示設計思路及結果，撰寫并提交設計報告，可以培養學生的創新型思維及團隊協作能力。
1.驗證性實驗
驗證性實驗主要針對理論教學中的重難點進行原理性的驗證，使其完成由抽象理論向具體形象的轉化。這部分實驗相對基礎，目的在于鞏固學生對課程理論知識的理解。驗證性實驗很大程度上改善了理論教學枯燥、抽象的不足，學生可以看到原理的推導過程，深化學生對課程重要內容的學習。
2.探究性實驗
探究性實驗不再是僅僅對教學原理進行驗證，在此類實驗中，學生需要完成多組相關實驗，并對實驗結果進行對比，思考其中的差別，根據理論課程中學習的內容來解釋差別出現的原因，解決實際出現的問題。通過探究性實驗，學生可以學習問題研究的方法，對發現探究問題產生興趣。這部分實驗使學生了解任何細微的變化也許會引起實驗結果的巨大變化，培養建立嚴謹規范的實踐觀念。
3.綜合性實驗
綜合性實驗又稱課程設計，其主要目的是要求學生自主選題，將理論課程中重要的知識點進行整合，自主查閱文獻，以團隊的形式完成一定的作品。學生在掌握本課程內容的基礎上，聯系相近課程內容進行項目分析，確定設計思路。教師在此過程中，根據分組情況及項目實際對學生進行指導，以學生為主體，每個小組都需要完成項目分析、方案設計、項目實現的全過程，并在最后就本小組項目的內容進行答辯，真正鍛煉學生的工程實踐能力，培養學生的團隊協作能力。
（三）考核制度改革
考核作為對學生學習情況的檢驗，需要全面評估課堂的教學成果。原本的考核模式相對較為單一和傳統，主要采取的是終結性評價，只是在課程最后對學校進行傳統的紙筆測驗，再結合學生的考勤情況及實驗報告的打分，進行簡單的綜合。信號與系統課程具有較強的實踐性，同樣結合理論及實驗教學的改革措施，提出終結性評價與過程性評價相結合的考核模式。一方面保留傳統的紙筆測驗，考查學生對課本理論知識的理解及掌握程度，參考考勤記錄、課堂表現等給出理論課堂的終結性評價;另一方面，在實驗課程中，采用過程性評價，針對新增的課程設計部分，學生答辯，在這一部分利用老師評價、小組互評等方式進行打分，重在考核學生的實踐能力。這樣不但能讓學生對課堂傳授的理論知識進行靈活運用，而且可以考查學生實際的操作能力及表達能力。
四、結語
經過上述教學實踐中的改革，課堂氣氛及學生學習成績得到提升。大部分學生反饋、通過信號與系統的學習，對將要學習的數字信號處理很感興趣，點燃了學生對通信類學科的學習激情。通過拓寬課堂內容，介紹最新科學技術，深化學生對課本內容的理解。
這要求我們在同類性質的課程中多進行課程整合，采用新的教學手段，以提高學習效果，有利于培養面向未來的創新型人才。
參考文獻：
[1]趙玲峰，劉紅艷.應用型高?！靶盘柵c系統”課程教學改革探索[J].中國電力教育，2014（5）：111-112，114.
[2]陳從顏，費樹岷，柴琳.“信號與系統”課程教學改革趨勢探究[J].電氣電子教學學報，2014，36（1）：13-14.
[3]張文政.高校以學生為中心的課程教學改革探索[J].中國成人教育，2018（16）：102-105.
[4]尹海艷.以學生為中心的信息化教學模式架構研究[J].黑龍江科學，2018，9（19）：116-117.
[5]朱宏平.探討多媒體技術在教育教學中的應用[J].電子世界，2018（22）：105.
◎編輯 張 慧
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14814689.htm
