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    【《信号与系统》课程教学方法改革措施探讨】 改进教学方法与措施

    时间:2019-01-21 03:26:15 来源:柠檬阅读网 本文已影响 柠檬阅读网手机站

      摘要:信号与系统是电类专业学生的一门重要的专业基础课,本论文针对于在教学过程中所存在的问题,探讨了在教学改革过程中的一些教学方法与体会。实践证明,这些教学方法有助于提高学生的学习兴趣,加深学生对知识点的理解,提高学生分析和解决问题的能力,获得了良好的教学效果。
      关键词:信号与系统 教学改革 教学实践
      
      《信号与系统》是电子信息与通信类专业本科生的一门重要的专业基础课程,其目的与任务为通过这门课程的学习,使学生牢固掌握信号与系统的基本概念和理论;牢固掌握确定性信号经过LTI系统传输与处理的基本分析方法,包括连续系统与离散系统的时域分析、连续系统的频域分析、连续系统的复频域分析和离散系统的z域分析等;了解上述各种分析方法相互间的联系及其具体应用;初步具备应用信号与系统的观点和方法处理实际问题的能力,为进一步学习后续的通信原理,数字信号处理课程等课程奠定坚实的基础。在教学环节上,它起到承上启下的作用,其教学质量的好坏直接关系到学生对信号、系统等重要概念的理解和分析,关系到后续课程的教学质量。因此,讲好这门课程具有十分重要的意义,促使教师寻找一种有效的教学手段,为学生创造一种轻松、活跃的学习环境,提高教学效率和质量,已经成为近年来国内外学者的广泛共识。
      
      一、课程现状及存在的问题
      
      长期以来,由于《信号与系统》课程本身的特点及教学方法及手段的单一以及实验条件的限制,信号与系统一直处于一种难教、更难学的境况,难以达到期望的教学效果.。
      (1)从课程自身特点分析。《信号与系统》课程内容抽象,有着极强的数学背景,公式和理论推导相对较多。随着高校的扩招,大部分院校学生质量有所下降,大多数学生缺乏足够的数学基础和分析技能,再加上内容抽象、繁琐,使学生觉得课程内容枯燥难懂,因而主观上产生畏惧和厌学情绪。
      (2)从教学内容和课时的安排上分析。《信号与系统》教学内容十分庞杂,涉及到连续与离散,时域与频域,信号与系统等的方方面面,其与有限的教学学时之间的矛盾,一般的高校《信号与系统》的课时安排为64学时左右,很多教学内容由于课时原因在上课时任课教师只能是灌输式教学,某些知识点甚至只是一两句话带过,学生只能靠做习题来巩固和理解教学内容,更缺乏与相关课程间的整体考虑,对综合培养学生的能力和素质不利。
      (3)从教学方式和手段上分析。传统的单一教学方式使得学生对课程中大量信号分析的结果缺乏可视化的直观感受,学生自己设计的系统也不能直观地可视化测试结果。通常来说,学生大量的精力和时间都用于繁杂的手工数学运算,并没有真正理解所得结果在信号处理中的实际应用。
      (4)从教学实践环节分析。很多学校实践环节重视不够或由于实验条件的限制,学生缺乏实际动手操作经验,对课程中大量的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试和分析,不能理论联系实际,学生理解不深。
      从上述四个方面的分析可以看出,传统的教学方式和手段严重影响和制约了学生的学习兴趣以及教师的教学效果;且对实践环节的忽视,只会使学生成为数学公式推倒演算的手工工具,无法达到可理解、可视化、可实践化的和谐统一,教学质量大打折扣。
      
      二、教学方法改革措施
      
      针对信号与系统教与学当中存在的问题,探索新的教学方法,最大限度地调动学生生的积极性,在强化概念理论的基础上,围绕可理解、可化、可实践化的和谐统一,提高《信号与系统》的教学质量。为此,笔者从以下五个方面对教学改革方法进行探讨:
      1.教学内容的模块化结构整合
      根据教学大纲的要求,对信号与系统课程的教学内容要精心挑选,把握住“新,宽,少,精”的原则。指的是教学内容要反映本专业的新理论、新方法和新技术成果,教学目标、教学口径和教学适应面要宽阔,内容要精简,切注重学生对创新意识和能力的培养。
      根据以上原则,《信号与系统》课程经整合后的基本框架可以简而言之概括为两种系统,两类方法,三大变换。两种系统是指本门课程研究的系统按照其处理的对象而言可以分为连续时间系统和离散时间系统两种;两类方法是指课程使用的分析方法可以分为时域分析方法和变换域分析方法两类;三大变换指其中变换域分析方法使用的傅里叶变换,拉普拉斯变换和Z变换,如何处理好它们之间的关系直接关系到教学质量和教学效果。
      2.合理安排教学顺序,突出重点
      本课程的特点是理论性比较强,内容比较多,如何在有限的学时内完成教学任务是一个难题,特别是在教学学时不断压缩的情况下,教学内容和学时数之间的矛盾也就更加突出。笔者根据多年的教学认为,本课程几个章节的内容是循序渐进、相辅相成的,相互之间有着非常密切的联系。例如在变换域分析方法中,傅里叶变换是一个主线,通过它可以将各个变换联系起来,成为一个有机的整体。又如,连续时间系统与离散时间系统的分析方法在很多地方是非常相似的,但是也有一些不同之处。在教学中,我们突出了这些相互之间的联系,让学生通过比较分辨出它们之间的异同,使得学生能更快、更深入地掌握相关内容,同时也有助于减少学时数,启发引导学生对问题的掌握和探索。在课程主体内容安排上,先时域再变换域,因为我们生活在时空中,比较熟悉时间域,在深刻理解时域分析的理论和方法,了解其优缺点后,自然就容易进入变换域分析的领域,从而发现时域分析与变换域分析的相互关系和各自的适用范畴。在时域分析中,突出基本信号的数学定义和性质,以及信号分解理论和方法,系统的描述与时域特性;在变换域分析中,突出傅氏变换、拉氏变换和z变换的数学概念、物理概念和工程概念,淡化其数学技巧和运算,建立信号频谱与系统函数的概念。在信号分析与系统分析两者关系上,先信号分析再系统分析,因为信号分析是系统分析的基础,只有通过信号分析,确定信号的特征,并对其进行有效的表达,才可能在系统分析的基础上正确地选择和设计相应的系统,对信号进行有效的处理。先连续后离散,这样既体现了两者相对独立、内容相互并行的特点,又遵循了先易后难、循序渐进的原则,有利于增强学生对离散部分内容的理解,以及对连续部分内容的深化。
      3.注重数学基础与工程应用
      笔者认为:在本课程自身特点,所以在教学过程中,绝对不可回避数学问题,因为《信号与系统》这门课程,以及后续的很多课程的基本原理必须用到相关的数学概念和知识,所以在讲课和习题过程中,应要求学生灵活掌握和应用数学工具,例如傅立叶变换时涉及的微积分运算,复平面与收敛区间等。但是,我们运用数学概念和知识的目的是将其作为工具,来解决实际的工程问题。所以在教学时,不要过多纠缠于数学分析,去苛求数学上的严密,而应弱化数学计算,将重点放在由数学模型、公式等所体现的信号与系统的物理意义及工程应用上。讲课时可将调制、滤波、抽样等工程应用方面的例子穿插于相关知识点 上,使工程应用成为《信号与系统》教学中的一条主线,这样可增加学生学习的兴趣,为后续课程的学习打下良好的基础。
      4.在传统教学中引入多媒体与Matlab仿真演示
      多媒体教学方式是一种传播知识的新手段,与传统教学方式相比能在同样时间内传授更多的知识信息,对后者难于解决的某些知识点采用多媒体教学展现,使学生更容易理解。例如,抽样定理是学生掌握的一个重点与难点,当一个带限信号的抽样频率慢慢变小,其频谱由不混叠到混叠的变化过程用Flash动画展现出来,使学生容易理解,且激发了兴趣,然后再用板书进行相关推导与例题的讲解。同时,采用多媒体教学也能很好地处理在课时较少的情况下能完成较多的教学内容的矛盾。
      Matlab是电子信息工程领域中应用较为广泛的一种仿真语言,国内外的很多《信号与系统》课程均将其作为教学辅助工具。我们在Matlab的使用上分为课堂教学和实验教学两个部分。在课堂教学上,我们将Matlab和多媒体教案相结合,将其应用在卷积运算、时频变换、频响分析等方面,将抽象的理论可视化。在实验教学上,我们让学生将课程中的重点、难点及部分课后练习通过上机实验利用MATLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现,一方面将学生从繁琐的数学运算中解脱出来;另一方面加深对信号与系统基本原理、方法及应用的理解,以培养学生主动获取知识和独立解决问题的能力,为学习后续专业课打下坚实的基础。
      5.重视课后习题的讲解和课后答疑
      信号与系统课程内容多、概念多、数学表达式多,要想让学生掌握知识点,课后练习及适当的习题课教学是必不可少的。通过课下作业练习,有利于加深学生对课程基本概念的认识和对各种分析方法的理解和掌握。通过批改作业了解学生的情况,然后通过每章的习题课把典型的和共性的问题带入课堂教学,帮助学生掌握重点和难点。同时,每一章讲述完后上一个学时的习题课,先从整体上把握该章的主要内容,各小节之间的联系,再和学生一起梳理该章知识点,讲解学习过程中遇到的典型问题。由于教学内容多,学时有限,在课堂上讲解习题的时间毕竟有限,因此必须改革和加强课后辅导答疑环节。这是培养学生思考问题、解决问题的能力和提高自学能力的重要途径。为进一步满足不同层次学生学习的要求,采取了每周的定时和机动答疑时间,取得了比较好的效果。
      
      三、结束语
      
      笔者根据自身的教学经验,针对“信号与系统”的课程教学进行了一些改革尝试。实践结果证明,上述几种改革思路正确,从学生的学习主动性、成绩及后续课程的评价都可以表明“信号与系统”的教学改革取得了很好的教学效果,激发了学生的学习兴趣。
      
      参考文献
      [1]濮良贵,纪名刚机械设计[M](第八版)北京:高等教育出版社,2006
      [2]龚淮义,机械设计课程设计指导书[M],京:高等教育出版社, 2006
      [3]王昆机械设计基础课程设计[M]北京:高等教育出版社1995
      [4]张培玲,高娜,信号与系统课程教学改革初探[J]机械管理开发,2009,24,(4),150-152

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