民族高校“信号与系统”课程群建设的研究和实践

民族高校“信号与系统”课程群建设的研究和实践

郭芙蓉邵美云

西藏民族大学信息工程学院，陕西省咸阳市712000

摘要：“减负”教育理念下的课时少与“扩招”国情下学生基础下降之间的矛盾一直在存在于大学教学日常中，这一现象在民族高校的理工专业中尤为突出。本文以民族高校的“信号与系统”课程群为研究对象，更新教学理念、重新设计教学内容、尝试新型的新型教学方式，发挥教师与学生在教学活动中的积极性，提高有限学时的利用率，取得了较好的教学效果。

关键词：信号与系统；课程群；教学改革

一、引言

随着西藏社会经济和科学技术的迅速发展，各行各业需要大量具有宽厚的专业理论知识和突出的实践能力的“应用型人才”。近二十年的连续扩招，使得我国高等教育由精英教育逐步转变为大众教育，大学生的基础知识在不断下降，教师的教学难度在不断增加。理工科由于学科理论性较强，数学知识面广的特殊性原因，对基础薄弱的少数民族学生而言，更是加大了学习难度，使得“难教，难学”这一现象在民族高校中更为突出。传统的教学理念、教学内容以及教学方法不太适合民族高校理工专业的实际情况，研究一套适合民族高校理工类专业信号处理类课程的教学模式，以提高教学质量就显得尤为重要。

二、课程群概念的内涵

课程群是几门课程的集合，是为完善同一施教对象的认知结构，而将本专业或跨专业若干门在知识方法和问题等方面有逻辑联系的课程重新规划、设计、整合为一个有机体系[1]。国内的很多高校在开展课程建设、课程体系建设的同时陆续展开了虽名称相同或相似但差异较大的课程群建设的理论研究和实践，并取得了一定的成效。综合分析发现，课程群具有两大属性：一是相关性。课程群以课程间的知识、方法、问题等逻辑联系为结合点，在实际教学中促使学生的认知迁移达于贯通。二是整合性。课程群通过对课程的重新规划、设计，填补原先课程间空白，删除原先课程间的重复内容，使教师能有效利用教学时间，使学生更好地把握一门课程与其他课程以及整个课程群的关系，从而达到整体大于部分之和的效益[6]。

“信号与系统”课程群中的课程分为三部分：先修课程包括“MATLAB基础与应用”、“电路分析与设计”等；核心课程是“信号与系统”；后续课程包括“数字信号处理”、“数字图像处理”、“语音信号处理”、“DSP原理及应用”、“ARM原理及应用”等课程。先修课程作为核心课程的知识储备和研究分析工具，应优先开设，或者两者同时进行。后修课程作为专业课，是“信号与系统”课程内容的进一步深入和细化，更是这一理论知识的实践应用。在构成课程群时，为了符合不同专业的特性，除了核心课程外，其他课程都是不断变化发展的。本文以电子、通信专业为教学对象，将“MATLAB基础与应用”、“电路基础”“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP原理及应用”这几门课程构成一个课程群作为研究内容。

三、课程群建设中的若干问题

1.课程内容的融合与划分

“信号与系统”课程群在教学内容的选择上遇到了相当突出的问题，主要表现在相关课程之间内容有大量重复。如在“电路分析与设计”课程中包含了“信号与系统”课程中连续信号与系统分析的相关内容；在“信号与系统”实验教学中，涉及到了MATLAB中的大量内容，有些教材中MATLAB内容独立组成一章，有的更是应用到全书中，每章习题中设有“计算机练习”；“数字信号处理”中包含“信号与系统”中离散信号与系统的分析。为此，根据各个专业设置的特点，重新调整课程之间的联系，使群内各课程分工更加明确。在“电路分析与设计”中重点介绍电路的基本理论和基本分析方法；在MATLAB教学中突出各种画图函数、基本信号函数、信号的运算函数（卷积、微积分、差分）等；在“信号与系统”中突出连续信号与系统分析；在“数字信号处理”中突出离散信号与系统分析。

课程内容的融合不是简单的进行内容的增删，而是要加强重点、提炼核心。教学上应从抓住课程的基本概念、基本原理和基本方法上去组织内容、突出重点、把握难点，提高应用性，淡化数学推导，强化物理概念，注重新知识、新方法和新技术的介绍，实现对课程内容的合理综合。

2.实践教学形式多样化

“信号与系统”课程群中的所有课程都有一个特点，那就是理论性与实践性比较强，所以教学中应做到理论教学与实践教学并重。首先在授课的过程中，注重实例与课堂理论内容相结合，调动学生的学习兴趣。例如用二阶连续系统模型描述RLC震荡电路系统、弹簧力学系统等；采样定理与数字滤波的关系；调制产生频谱搬移对信号频分复用，滤波与解复用的关系。强化实例教学可以弱化学生对数学知识的依赖，提高学生的学习兴趣，培养学生发现问题、解决问题的能力，真正培养应用型人才。

其次在教学内容多，学时少的大环境下，要修订实验教学大纲，优化实验内容，重新设计实验指导书。“信号与系统”和“数字信号处理”的实验可以分为软件实验和硬件实验，其中软件实验主要是利用MATLAB编程语言来实现，包含教学演示实验和学生编程实验。硬件实验是通过集成实验箱这一实验平台完成常见的信号生成、分解与分析以及常见的一阶二阶系统的时域、频域和复频域分析。这部分实验基本都是验证性的，主要为了对理论知识进行衔接，延伸和综合。为了增加学生实践学习的机会，在不影响正常教学活动的前提下，开放实验室进行自主实验是改革传统验证性实验教学的有效途径。

再次，加强设计性和创新性实验教学内容的实施及学生工程训练和设计能力培养。全国大学生电子设计竞赛是教育部和工业和信息化部共同发起的大学生学科竞赛之一，属于自主设计性实验，学生对“信号与系统”知识的掌握已经超出了本学科的知识面，课程的教学内容可以适量加入竞赛的知识需求，如选择竞赛中广泛应用的数字处理芯片作为理论课的教学内容，将竞赛中的典型功能模块与实践教学相结合等。目前，我校电子、通信专业的学生已经在自治区和全国的电子竞赛中多次获奖。以电子设计竞赛促进课程群的实践教学，有助于高校实施素质教育，培养大学生的创新能力、协作精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践能力的培养、提高学生对实际问题进行电子设计制作的能力。

3.教学方法多样化

1)多媒体与板书并重，提高教学效率

信号与系统课程内容的理论性较强，计算苦难，内容抽象，理解困难，只用文字是难以表达清楚，如果讲授中处理不好，很容易变成一门数学课，学生会因此而失去兴趣。采用PowerPoint做成电子教案，节省大量书写和绘图所花去的时间，增加了教学容量；根据教学需要将MATLAB和多媒体教案相结合，将其应用在系统时域分析、各类变换域分析，并演示分析结果及波形，使学生更直观更形象地理解和掌握了信号及系统分析方法，激发了学生的学习兴趣，主动地接受相关知识，从而提高了教学效率，改善了教学效果；适当地引入FLASH动画，形象生动地展示如冲激信号定义、频谱迁移等一些抽象概念。多媒体的教学手段，将抽象的理论可视化，使学生直观地了解到信号与系统的运算不仅仅是公式的罗列，而是有具体的物理含义。

多媒体教学只是辅助教学手段，是传统教学方式——黑板的一个必要的补充，都是为教学服务的，所以不能抛弃传统的教学手段。在多媒体课件中，几乎所有教学内容都是以动画、视频、图片和文字的形式展示的，因此学生在如此连续流畅的教学进程中很难保证有足够的时间作笔记，对于一些基础较差的学生，可能跟不上教师的教学进度，认为课程难度太大，消极放弃学习。

2)尝试网络教学方式

随着网络技术，尤其是无线网络技术的发展，利用网络进行课程教学的慕课、微课、翻转课堂等新型教学方式已显出它的优越性。课程内容不同，师资能力不同，外部资源不同，选择最适合本校学生的形式，是对传统教学的有效补充。很多学校现在都有自己的网络教学系统，不仅给学生提供教案、课件、习题答案等学习资料，而且还可实现课程考核方式的改革。即使没有网络教学系统，利用现有的网络资源，我们也可以开展丰富多彩的教学活动。首先教师可以选择一些与本校教学内容贴近的网络课程资源作为学生的参考资料，加深对本课程的理解和学习。比如麻省理工和斯坦福大学都有“信号与系统”的公开课资源，中国大学慕课平台也有不少名校提供的精品课程。其次在一些免费平台下，如QQ、微信和蓝墨云课堂等，教师以微课和翻转课程的教学方式为参照，可以发布与课程相关的教案、课件、作业等相关资料，线上实施理论教学，课堂上解决学生的相关问题，还可以进行习题辅导和课后测验等等很多教学活动。网络教学对学生的自主学习要求较高，对于实践性要求很强的课程，很难保证实践教学对硬件设备的需求，也没有办法及时处理实验中出现的问题。

应该说，不同的教学手段各有其特点，多媒体教学更形象生动，网络教学更灵活，而黑板教学也有其独特的魅力，三者相辅相成，取长补短，协调发展。

4.发挥人的积极能动性

教学是教师的教和学生的学所组成的一种人类特有的人才培养活动，教学效果的好坏很大程度取决于教学过程中教师专业能力的“好坏”与学生学习态度的“好坏”。

1)强调学生的自主学习

学生的智力水平相差不大，影响学习成绩的主要是学生的学习态度，主动学习的效果肯定远远大于被动学习。提高学习兴趣，在教学中学生不仅接受知识，更主动地吸取知识，研究、讨论所学知识，甚至传播知识。鼓励学生参与课程建设，如学生制作课程课件、开发新的实验、参与网络教学中作业的修改、搜集和整理学习材料、总结学习方法等。把学生的积极性调动起来，共同提高课程的质量和水平，同时也提高了学生应用和创新的能力。

2)加强教师队伍建设

影响教学效果的另一个关键因素就是师资队伍的专业能力。教学方法、教学手段、教学内容的改革，都只有通过教师才能得以落实。教师不仅是知识的传授者，更应是学生全面发展的促进者。因此，在教师培养过程中，对教师的人格修养、人文素养、教育反思能力、激活创造能力、开发和利用课程资源的能力、支持学生有效学习的能力等都提出了更高的要求。教师队伍的职称和教龄应是合理的梯形分布，保证教师队伍不断层；教研室组织丰富的教研活动，结合学科的发展动态规划课程教学体系，根据教学内容交流教学方法和教学手段，发现新问题及时解决，做到资源共享；教师有足够的意识和时间，进行自我能力的提升，包括人文修养能力、教学能力和科研能力，实现以德促教、以学促教、以研促教。

5.结语

本文根据课程群中相关课程的相互关系，重新融合和划分课程内容，注重实践教学，利用多种教学方式提升教师的专业能力和学生学习能力，从而达到提高教学效果的目的。由于我校课程群建设起步较晚，有很多方面还需要进一步改革和建设，在今后的教学中不断尝试、摸索、总结，进一步提高教学效果。

参考资料：

[1]黄乡生.《信号与系统》重点建设课程群的若干问题探讨[J].东华理工学院学报(社会科学版)，2007，26(4):418-421

[2]吴大正，杨林耀，张永瑞.信号与线性系统分析(第4版)[M].北京:高等教育出版社，200508

[3]刘顺兰，吴杰，数字信号处理（第三版）[M].西安电子科技大学出版社，2015