《信号与系统》专业核心课程建设的探讨与实践
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摘要：本文主要讨论作为电子信息工程类专业的核心课程《信号与系统》建设的一些背景与相关措施，并重点对课程内容和教学方法进行一系列的改革。从目前上课的实际效果看，核心课程建设提高了学生学习积极性，学生能更好地掌握课程的核心内容。
关键词：信号与系统；核心课程；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）22-0151-02
一、引言
在电子信息学科技术领域中，《信号与系统》作为专业主干技术基础课程或核心课程，对培养理工科大学生知识能力和综合素质有很大影响，在我国高等教育计划中也有着重要地位。随着信息化时代的到来，本核心课程具有更趋于系统化和理论化的内容，体现了它是理论性与技术性都较强的一门课程，理论与实际的紧密结合是这门课程的一大特点，同时又要有较强综合应用的能力，可以说它是反映事物本质的数学概念、物理概念与工程概念三者结合的产物，是理论与技术的结合；随着通信学科的不断发展变化和更新，其教学内容也在与时俱进，本课程在基础课和专业课之间起承上启下的桥梁作用，掌握本课程的知识对学生今后的学习至关重要，是通信工程专业必修的专业基础课程，对学生专业科学素质的培养和提高的作用是不可替代的。[1]本科院校中的电子信息类专业，面临的学科、课程建设问题日益严峻。[2]在一些理工类和综合性大学，《信号与系统》课程建设已经有一些成功的经验，其中起决定性的因素就是在课程建设和改革中要有先进的现代教育教学思想，以及现代的教学手段，同时，它还必须符合现代科学技术，适应社会发展进步的需要，并能够促进学生素质的全面发展。[3]当今社会信息技术的重要性日渐体现，科学技术不断地推陈出新，使得通信相关领域的知识在不断更新，这对高等教育提出了新的挑战，既要继承传统，又要跟上时代脚步，才能培养高素质的人才。《信号与系统》课程教学对象也从原来的通信专业扩展到了所有的电子信息类专业，教学内容也要随之进行调整，要符合现代通信技术的发展，其应用背景也从单一的通信系统扩展到了其他的信息处理系统。但是，无论课程内容怎样变化，课程体系则一直保留着原先的特色，在继承中发展，在传统中变革。
二、核心课程建设的具体措施
1.优化课程教学内容。信号分析是信号理论的重要组成部分，它把信号作为函数，通过数学物理方法对信号进行描述，提取特征。[1]本课程的重点是以信号分析为基础，系统分析为桥梁，处理技术为手段，系统综合为目的，全面系统地论述了信号，系统与信号处理的基本理论，分析方法，处理技术与实际应用。课程建设小组为了建设好《信号与系统》这门核心课程，对国内外相关课程体系进行了调研与分析。在课程的体系结构上，目前国内外有两种主要的方式：一种是先介绍连续时间信号和系统、后介绍离散时间信号和系统，另外一种将连续时间信号与离散时间信号，连续系统和离散系统穿插介绍，两种方法各有其特点。考虑到学生的认知过程和课程体系和内容的连贯性，我学校采用第一种方法进行教学。先从学生熟知的连续信号和系统入手，把先修的高等数学和电路知识有机地结合起来，再转入离散信号和系统；先时域后变换域；先理论后讨论与实验。在知识结构上，着重信号分析，时域分析和频域分析为重点，再到其他变换域分析，加强数学概念、物理概念与工程概念，突出重点，便于快速理解；着重数字分析方法，结合数字化时代的特点和电子信息科学技术发展的规律，连续与离散并重；着重两种卷积和三大变换的精讲，并与通信系统相结合，理论联系实际，深入浅出，而对于微分方程和差分方程的经典解法，由于以前学过基本不进行介绍，信号空间正交展开、离散信号的频域分析等内容课上只介绍基本概念和分析方法；着重两大系统分析，连续与离散系统的数学建模及变换域解法为重点，培养学生用数学方法实现LTI系统的分析方法，以讨论课形式对实际应用问题进行分析。同时，弱化电路分析方面的内容，更集中在信号和系统分析上，更加突出本课程的体系，便于学生掌握课程的核心内容。在教学的整个过程中，始终以通信系统为应用背景，突出通信工程专业的特点，正确引导学生运用数学工具分析典型物理和工程问题，达到学以致用的目的。在方法上，讲授课程过程中，重点和难点问题采用Matlab软件来计算或绘图，简单直观，以强化概念和完成各种计算，使学生随时学会用Matlab解决问题。[3]优化的课程体系结构，使得本课程更能符合高等学校核心课程的基础性和前沿性的特征。结合信息化时代通信学科技术的发展特点，让学生更能了解学科领域的研究现状、存在问题和可能的发展方向，引导学生更深入地探究通信专业知识，同时，让学生带着问题学，带着问题干，培养他们发现新问题、新知识和新方法的能力。拓宽学生的视野，增强学生的自信，将来能为我国的通信事业添砖加瓦。
2.强化课内实验和课外实践教学环节。《信号与系统》课程概念比较抽象，要求学生数学能力比较强。有些内容很难理解，导致学生学习积极性不高。我们采取了以下措施来改变过去本课程理论教学与实验分离，实验主要以验证性实验为主的情况，强化实验教学环节。（1）在理论教学的过程中加入仿真实验，让难懂的理论知识能与实践环节很好地结合。（2）采用Matlab软件仿真实验，并结合硬件实验，增加设计性和综合性实验，培养学生的创新意识、实验技能和综合应用知识的能力。（3）在学校的网络平台的基础上，开展网上在线仿真实验。仿真实验的新颖和互动性，能激发学生的求知欲，提高学生的编程能力，提高学生学习兴趣。
3.选编优秀教材。多年来，《信号与系统》课程的教材在我院本科专业一直使用郑君里编写并由高等教育出版社出版的《信号与系统》，结合本专业教学特点。于2006年开设试点班，启用外文教材进行双语教学，让英语水平比较好的同学提前与世界接轨，同年，启用吴湘淇编写并由电子工业出版社出版的《信号与系统》。与原教材相比，新教材更注重信号的时频域的分析，注重数学概念、物理概念、工程概念的阐述，更加着重信息通信技术的实例讲解，理论联系实际，更便于学生自学、能懂会用。
4.推M优质网络教学资源建设。在学校的网络平台的基础上，对本课程进行教学网站，课设以下几个栏目：课程沿革、教学大纲、进度安排、网络教程、学习资料、辅导答疑、历年试卷、网上专题、科研与学术交流，创建自主学习的环境，让学生做到课前预习、课后复习，更好地学好课程内容。核心课程充分利用学校计算机网络资源，建立较完善的师生网络交流园地，便于学生及时反馈和教师答疑。
5.采用先进的教学方法与手段。在课堂教学中，实施“四位一体”（多媒体课件、黑板板书、仿真演示和课堂练习）的教学方法。[4]本课程较早就开始使用多媒体教学，经过几年的不懈努力、不断总结完善，电子教案几经修改，由使用初期的“全屏演示”逐步改进为“逐段演示”。公式推导化整为零，更加朝着黑板化趋势发展。同时，针对使用多媒体中存在的诸如速度太快，学生没时间记笔记、一些数学推导不够详细等问题，我们注重多媒体与“粉笔加黑板”的有机结合，对于公式的详细推演过程、对于复杂场的演变过程用黑板讲解，勿让多媒体霸占了整个课堂。授课教师使用无线鼠标自动翻页，可以在教室的每个地方走动，增强了师生之间的互动，这种“面对面”的交流打破了传统的教师在台上讲、学生在台下看的模式。
三、结语
本文探讨了《信号与系统》核心课程的建设内容，并介绍了具体的措施。希望通过对该核心课程的全面建设，能够整合和充实课程的教学大纲和内容、实验和实践教学方法，采用先进的教学方法和手段，以提高教学效果，彰显专业特色，并辐射至其他核心课程，从而带动整个电子信息类核心课程群的建设，更符合现代科学技术，能够促进学生知识、能力素质的全面发展，更能适应社会发展进步的需要。
参考文献：
[1]吴湘淇.信号与系统[M].北京：电子工业出版社，2009.
[2]王皖贞，柴文妍.电子信息工程应用型本科教学体系探索[J].北京城市学院学报，2006，（4）：14-18.
[3]卢贵主，杨杰，胡耀华，等.电子信息类专业核心课程群建设[J].电气电子教学学报，2016，（2）：36-38.
[4]金波，蔡卫菊.“信号与系统"精品课程建设探索[J].电气电子教学学报，2012，（10）：27-28.
Exploration and Practice on the Construction of Core Courses of "Signals and Systems"
LI Juan，CHEN Jun
（Fuzhou University，Fuzhou，Fujian 350108，China）
Abstract：This paper mainly discusses the backgrounds and related measures of signals and systems as the core curriculum of electronic information engineering specialty，and focuses on the reforms for the course contents and the teaching methods. From the current actual effect of class，the measures improve the enthusiasm of students，students can better grasp the core content of the course.
Key words："Signals and Systems"；core curriculum；teaching reform