应用型本科《信号与系统》课堂教学方法的探索与研究

白娜

【摘要】信号与系统在现代自然科学领域占有重要地位，然而其内容复杂在教学过程中容易引起学生强烈的厌学情绪，有必要对传统的教学方式加以改革。本论文从不同方面阐述应用型本科《信号与系统》课堂教学方法的探索与研究，希望为研究信号与系统课堂教学方法改革的专家和学者提供理论参考依据。

【关键词】应用型本科;信号与系统;教学方法改革

“信号与系统”课程是绝大多数工科类专业特别是电子信息类专业本科生的一门重要的专业基础课程。该课程以高等数学、电路分析、线性代数、复变函数等课程为基础，同时是后续数字信号处理、通信原理、数字图像处理等专业课程的先修课程，在培养环节中起到承上启下的作用，其教学效果直接关系到后续课程的教学效果。

1、信号与系统课程教学面临的问题

由于“信号与系统”课程本身的特点及教学方式和方法的单一，该课程一直处于“难教难学”的状态。该课程对高等数学和电路知识有一定的要求，包括微分差分方程的求解、积分变换与求解、基本电路分析、复变函数等，理论性较强，贯穿着大量的数学公式和符号，许多概念比较抽象难理解，学生需要掌握一定的数学和电路基础知识才能充分理解和掌握，对基础知识掌握不够扎实的学生来说，学习起来比较吃力。加上现有教学内容涉及实际应用案例较少，使得课程比较枯燥，许多学生随着课程的进展逐渐失去了学习信心。传统的教学方法均是以教师课堂讲授为主，加上教学时间有限，主要采用单向灌输式的教学方法，教师与学生之间缺少互动，不能充分调动学生的学习积极性与主动性，学生没有真正参与到教学活动中来，从而影响了教学质量和效果。

2、《信号与系统》课程现状分析

2.1内容抽象难以理解。信号与系统包含众多重要复杂的公式、定理和性质，琐碎而且难于理解，如傅立叶变换等，由于抽象复杂，学生容易产生厌学心理，失去兴趣的学生在后续的学习中因缺乏动力而不愿在本课程上倾注精力，进一步影响学习。

2.2涉及数学原理较多。该课程除了涉及基本的高数知识，还涉及矩阵、随机等复杂、烦琐的数学知识，一些数学能力较为欠缺的学生很难在课堂上跟上老师的思路，对于信号与系统的学习兴趣进一步下降。

2.3理论与实践缺乏连接。信号与系统理论和实践连接较少，在本科阶段很少有比较适用的实验，与实际脱轨的弊端使学生在学习时缺乏感知，很难形成系统学习的动力。学习的最好老师是兴趣，实验环节是学生由课堂转向兴趣的转折点，但现实实验环节过于偏重理论验证而忽略创新性的培养。

2.4内容浩瀚繁杂，难以形成系统理论。信号与系统的先修和基础课程包括高等数学以及电路分析基础、高频电子线路、大学物理等内容，数学、电路等多学科交叉，学生学习时往往无法分清该课程的具体使用领域，无法对该学科形成整体印象。

3、《信号与系统》课程教学改革

3.1教学手段的改革

传统教学是在黑板上梳理知识点，书写一些繁杂公式的推理，但由于课时限制，繁杂的公式推理耗费了大量时间，导致课程内容还没讲解完就已经下课了。学生对知识点的理解及应用不够深，造成知识化与认识化相分离。隨着科技的发展，目前大多数老师都采用多媒体进行教学，将教学内容清晰明了地展现在多媒体屏幕上，减少教学过程中过于烦琐和复杂的板书书写时间，提高课堂时间利用率。通过多媒体进行知识点的扩充和相关应用搜索，使学生不仅对相关知识点有所了解，还对相关应用产生兴趣，提高学生对该课程的学习积极性。同时，学生的接受能力比较弱，无法全部接收课堂内容，长此以往，产生厌倦的心理，致使学生学习成绩下降。

3.2教学方法的改革。我校针对信号与系统这一课程在教学方法上进行改革，传统的教学方法是讲授法，即教师运用各种教学手段进行教学，学生听讲。但这种教学方式很容易造成学生因为内容枯燥无味而玩手机、睡觉等，降低课堂效率。我校采用多种教学方法相结合，即讲授法、讨论法以及实验法三位一体进行教学。

3.3信号与系统理论性比较强，但应用范围广泛，与实际密切联系。教师在教学过程中必须增加与实际联系的环节，使学生对本门课程产生较为系统性的理解。针对理论与实践脱节这一问题，教师应该多给学生安排难度适宜的创造性活动，引导学生在实际应用中独立分析和解决问题，培养学生自主意识和创新意识。利用一些信号处理软件辅助教学，在实验环节增加软件的学习和使用，如 Matlab、LabVIEW 等。通过这些软件的学习和使用，学生了解“课本”背后的知识，对信号与系统这门课程的原理有更深层次的认识。我们设计诸如多正弦信号叠加成矩形波等诸多实验，让学生真正理解信号变换的目的。实验设计通过设置难度梯度提高学生参与实验的积极性，先易后难，渐次深入，学生在课堂上学习理论的同时，在实验中养成独立分析、解决问题的能力。设计实验采取验证为辅，设计为主的原则，达到深化启发学生思维的效果。

参考文献：

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注：中国管理科学研究院教育创新研究所十三五科研规划课题《教育教学理论与实践探究》总课题组子课题：基于应用型本科信号与系统教学改革研究，课题编号： EDU-86-20210115005;哈尔滨石油学院校级教育教学改革项目：SPOC背景下《信号与系统》课程教学改革与研究，项目编号：hsyjg201909。