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《信号和系统》核心课程的建设和实施

摘 要:本文介绍了《信号与系统》课程在电子信息类各专业的重要性及其内容.从师资队伍的构成、教学理念的形成、构建合理的课程教学体系、改革教学方法、采取多样化的教学手段、开展网络教学、改革考核方式和评价体系等七个方面,介绍了《信号与系统》核心课程的建设与实施.

关键词:信号与系统;核心课程;教学方法;教学手段

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2018)51-0199-02

《信号与系统》是电子信息类各专业本科生继《电路》或《电路分析基础》课程之后必修的核心专业基础课程.该课程主要讲授信号与系统的基本概念,线性系统的时域分析,信号与系统的频域分析,系统的复频域分析,状态变量分析.通过该课程的学习,使学生掌握用时域和变换域的方法分析线性系统,培养学生的自学能力,为后续相关专业课程的学习打好基础.

吉首大学目前开设该课程的专业有电子信息工程、通信工程、电子科学与技术和电气工程及其自动化等专业.《信号与系统》课程不仅是以上各专业的本科阶段主干课程,同时也是这些专业学生考研的核心课程.针对该课程的重要性,我校把《信号与系统》课程作为“吉首大学核心课程”进行建设,建设期为三年.

一、师资队伍的构成

本团队组现有成员7人,其中高级职称5人,博士3人.7位老师均从事过《信号与系统》课程理论课和实验课的教学,具有丰富的教学经验.团队的成员先后主持和参与过十多项省、校级教改项目,具有深厚的教改研究能力.强大的师资力量保证了本课程建设的顺利进行.

二、教学理念的形成

在该课程教学过程中,教学团队逐渐认识到信号与系统课程覆盖领域广泛,内容丰富,导致国内各个高校所选教材、授课内容及侧重点都不尽相同,要想更好地为学生考研服务,让学生不管面对哪所高校的信号考题都能从容应对,顺利通过,就必须有意识地在教学过程中以学生为主体,着力培养其自主学习能力,使其养成研究性学习、探索性学习的习惯.

根据以上教学理念,并结合本课程的教学内容,我们对不同的教学内容进行了具体的教学设计.课程中有些内容是打基础的部分,需要给学生建立起牢固的基本概念,如连续时间信号时域分析和傅里叶变换两章,就需要使学生对频谱等基本概念深入理解,才能为后续课程的顺利开展打好基础.对于这样的章节就采用深入讲解为主,强化练习为辅的教学方法,以期打下牢固的知识根基.而对于有些内容是信号与系统的延伸或扩展领域,如状态方程一章,我们采取了大胆创新的教学方法即:学生自学为主,老师指导为辅.

三、精心组织授课内容,构建合理的课程教学体系

《信号与系统》课程作为电子信息类专业的专业基础课程,其教学内容和教学体系都相对比较完善和稳定.但是在精减学时的大环境下,需要对课程教学内容进行更深入的整合.信号与系统课程的教学内容概括为:一个前提,两类卷积,三大变换.一个前提指的是分析的系统都是确定信号作用下的线性时不变系统.两类卷积是指连续信号的卷积积分运算和离散信号的卷积和运算.三大变换指变换域分析方法使用的三种变换,即傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换.以一个前提、两种卷积、三大变换为主线进行精讲,并注重理论联系实际.同时作为工科专业主干课程除了相关的分析方法和理论以外,还必须向学生介绍一些各种方法的工程应用背景以及工程应用中常用的概念,例如系统的因果性,稳定性等.

在课程的体系结构上,目前国内外有两种主要的体系结构.一种是并行体系,即将连续时间系统分析和离散时间系统分析并行进行介绍;另外一种是串行体系,即先介绍连续时间系统分析、后介绍离散时间系统分析.两种体系各有其优势.吉首大学的《信号与系统》课程将确定采用第二种方法,即先连续后离散,先时域后变换域的体系结构展开教学.

四、改革教学方法,知识传授与能力培养并举教学方法的改革是教学改革的核心内容.为此我们进行了深入地探索和实践.

1.重点内容讲授.对于大部分基础知识型的知识点,多采用板书结合多媒体授课方式,对于介绍性知识采用多媒体方式,对于重点例题或公式,采用板书推导并讲解的方式,这样既增大了课容量,又体现了授课重点.

2.采用启发式教学.典型练习题,采用启发式的课堂练习的形式.教师详细讲解一道例题,然后将相似类型的题目留给学生课堂练习.要求注意启发,以学生动手、动脑解决问题为主.

3.指导学生进行自主学习.在对课程的重点和基础充分讲解后,课程的有些章节可以指导学生进行自学.对于一些本课程的扩展或延伸部分,采取自主学习的方式.要求以学生自主学习为主、教师指导为辅.

4.采取开放的讨论式教学.课程教学团队把课程教学与教师的科学与教学研究有机地结合,把科研中遇到的一些课题或任务拿到课堂上来,鼓励学生参与教师的研究项目,让学生参与思考、讨论解决方案.实践证明,此方法课堂气氛非常活跃,增强学生自主学习、自主创新的意识,充分满足了优秀学生的主动学习愿望和掌握前沿知识的需求.

五、采取多样化的教学手段

针对信号与系统这门课内容多,公式推导多、抽象难理解的特点,实行教学手段多样化,将板书、教具等传统的教学手段与多媒体教学手段相结合.实践证明这种方法很受学生的认同,取得了很好的教学效果.另外很多难点问题经过制作的MATLAB教学演示软件的图形化演示,变得容易理解.

坚持教与学互动,在课程的教学过程中,自始至终采用启发式教学,培养学生独立思维与自我获取知识的能力.通过教与学的互动,力求尽可能地调动起学生的学习积极性,在有限的教学时数内,达到了更加有效的学习效果.

坚持理论教学中增强实践性教学环节.针对课程理论性较强、概念抽象等特点,对于教学重点、难点设计了基于Matlab教学演示程序等教学辅助手段,达到了很好的教学效果.比如在课程教学内容中系统的“冲激响应”“单位阶跃响应”及“频率响应”是教学中研究的一个重点、难点,通过手工运算对系统的响应进行分析,学生往往只能得到相应的数学表达式,而对表达式所隐含的物理意义却缺乏足够的感性认识.但如果借助于MATLAB程序,将很快得到相应的响应曲线、特性曲线,使学生一目了然,其教学效果显而易见.另外学生可以自主学习安排MATLAB上机实验,通过实验,锻炼了学生用计算机辅助计算分析解决实际工程问题的能力,在后续的相关课程以及毕业设计中发挥了很大的作用.

六、积极开展网络教学

随着多媒体和网络技术的日益普及,利用网络进行课程教学已越来越显出它的优越性.我们建设了《信号与系统》课程教学网站,网站上提供教学大纲、参考书目、电子教案和典型例题分析等学习资源,满足学生自主学习的需求;另外网站还提供测试试题和试卷库,方便学生进行自我测试;最后网站还包括在线答疑模块,教师与学生可以进行双向互动.

七、改革考核方式和评价体系

关于课程考核,我们一贯坚持多方面考查学生素质,综合评判学生的能力.包括考试成绩、实验成绩、平时作业完成情况、课上练习及回答问题情况等.注重对过程及能力的考核.理论课教学将期末考试成绩权重降为60%;增加日常素质考查,权重为40%;还结合课程内容通过查阅资料撰写专题小论文、实验“小论文”形式评定平时成绩.

八、结束语

通过《信号与系统》核心课程的建设,团队教师的教学水平得到了提高,该课程的教学质量得到了保障.我校每年有近两百左右学生在建设中受益,学生提高了课堂学习的积极性,增强了实践动手能力,坚定了考研的信心.当然,在建设过程中,还存在一些课程网站的及时更新、学生创新能力的提高等问题,还需要团队逐步解决.

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