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摘 要：信号与系统是高等学校本科电子、通信类专业开设的一门重要专业基础课，在信息科学与技术领域有着突出的作用。针对该课程特点，并结合河南大学教学实际情况，从教学内容的优化、教学方法和手段、实践教学和考试方法和内容等5个方面探讨了对本课程教学的改革与创新探索，通过改革调动了学生学习积极性，提高了教学质量。
关键词：信号与系统 课程改革 Matlab
中图分类号：G412 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0106-02
《信号与系统分析》课程是一门研究信号与系统理论及其基本分析方法的基础工程课程，是电子信息类专业的一门专业基础课。该课程的先修课程为高等数学、线性代数、复变函数与积分变换、电路分析基础等，对学生的数学及电路素养要求较高。同时它又是自动控制原理、通信原理、计算机控制等其它专业课程的基础，在专业教学环节中起着承上启下的作用[1-3]。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能力，并在很大程度上决定了后续课程的教学质量。目前，该课程的教学方法主要还是以单一的课堂讲授为主，且存在（1）由于数学推导较多造成的教学内容抽象；（2）教学学时较少；（3）种教学手段难以有效融合；（4）实践动手环节缺乏等问题。针对上述四方面问题，探索新的教学方法，调动学生的积极性，在强调基本概念和方法的基础上，实现记忆、理解、实践的和谐统一，将成为新时代“信号与系统”教学改革的核心理念。本文主要探讨了该课程的教学内容，教学方法与教学手段、实践教学环节及考试方法和内容等方面的改革探索情况。
1 优化教学内容
本课程的教学内容主要是信号与系统的分析和处理方法。所研究的系统按照其处理的对象可以分为连续时间系统和离散时间系统，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，在变换域分析方法中使用的是傅里叶变换，拉普拉斯变换和z变换。在教学内容安排上注重两条平行的教学主线即连续信号与系统和离散信号与系统，由于理解连续信号与系统是理解离散系统的基础，因此我们在教学内容布局中，强调先集中精力学好连续信号与系统分析的内容，再通过类比理解离散信号与系统分析的概念，并基于对上述概念的理解，引出状态分析这一经典线性系统分析方法。
在教学过程中，通过加强与先修课程联系，以期给学生建立系统的整体概念，避免割裂各课程间的关系。信号与系统中的很多概念在电路分析中都有对应的物理模型，在授课中，我们注重这些概念和物理模型之间的联系。例如在“二阶低频滤波器”的讲解过程中，我们不但从信号与系统角度讲解其时频特性及分析方法，而且利用电路分析知识探讨“二阶低频滤波器”的无源设计及有源设计技术，以此将数学分析与物理实现紧密的融合一起。
在教材选择方面，改变单一教材主讲，配以一本指定参考书的常规方法。我们注意到两本常见教材：郑君里主编的《信号与系统》及奥本海姆主编的《信号与系统》各有侧重，郑君里教材侧重于数学推导的严谨性及知识体系的完整，其为很多高校的考研指导书。而奥本海姆教材侧重于通过分析现实世界中的物理现象归纳出《信号与系统》课程的许多基本概念，易读性及趣味性较强。考虑到以上特点，在教学内容安排上在引入物理概念时我们选择采用奥本海姆教材的思路，在进行物理概念的数学推导时我们按照郑君里教材内容进行，实现了理论学习严谨性与趣味性的统一。
2 改革教学方法与教学手段
与大多数课程一样，信号与系统的课堂教学也经历了由传统板书教学到多媒体教学的转变。但值得注意的是，由于该课程具有理论推导严谨，数学推演复杂等特点，单纯依靠多媒体课件教学很难让学生完全理解其理论推导的过程，进而缺乏课程学习的自信，导致厌学情绪。针对这一问题，我们尝试采用板书、多媒体课件并行的方式进行课堂讲解，即针对物理背景我们采用多媒体课件方式讲解，而对于数学推导我们则采用板书方式进行。例如，周期信号的傅里叶分解，我们首先通过多媒体演示，将一个周期信号的分解成多个周期信号的叠加展示给学生，以期先给学生建立起周期信号分解的概念，然后通过严格的板书推演，将周期信号的傅里叶级数表示严谨的描述出来。帮助学生掌握这一重要知识点。
針对信号与系统中很多系统属性及信号特征抽象、难以理解的特点。我们利用强大的计算软件Matlab在课堂进行仿真演示，并且结合学过的电路分析等课程给出具体的物理实现方式。例如讲解二阶系统的时频特征时，我们首先给出典型二阶系统的数学模型，进而利用Matlab中的Simulink工具箱，按照给定参数构造二阶电路。最后分别在该电路中输入单位冲击信号或者阶跃信号，从虚拟示波器中观测波形了解系统的时域响应；通过对该响应做傅里叶分解了解系统的频域相应特性，并与课本中的描述比对。通过上述趣味性教学手段，使枯燥的理论学习变得直观且生动有趣，增加了学生的学习兴趣，提高了学习效率。
如何将枯燥的理论学习和色彩缤纷的现实世界联系起来，提高学生的学习兴趣，一直是我们在《信号与系统》课程改革中关注的问题。我们在研究中尝试引入一些超出教学大纲的内容，以提高学生的学习兴趣，该内容没有数学推导，仅以演示的形式把一些与信号及系统有关的研究方向介绍给学生，以提高学生的学习兴趣。例如给学生演示图像的传输和降噪的基本过程，通信系统中的时分复用及频分复用技术等等，演示结束后组织学生展开小组谈论，让他们从现实生活中发现与课程相关的知识内容，提高学习兴趣。另外我们还尝试利用MIT公开课等网络资源，鼓励学生进行双语学习，以进一步提高学习质量。
3 实践教学改革
由于本课程即对基础理论要求较高，又对工程实践性有较强的要求。因此，我们在注意学科本身系统性的同时，强调实践教学环节，以提高学生的实际动手和创新能力为课程改革的出发点。在实验项目的安排上，分为仿真验证性实验、实物验证性实验、仿真创新型实验和系统创新型实验四大类。对于一些基础理论的学习，我们已仿真验证性实验、实物验证性实验为主，例如信号的傅里叶分解，我们首先安排1个学时的Matlab仿真实验，进而安排1个学时基于信号与系统实验箱的实物实验。而对于有一定难度的创新型实验，需要加大学时数，例如“有源二阶滤波器设计”，我们首先将学生分小组讨论实验方案（1学时），有教师对学生的实验方案进行讲评和修订（1学时），学生在此基础上进行计算机仿真设计（1学时），进而进行实物设计（1学时）。对于学习能力特别优秀的学生，则安排其进入具体项目课题组，进行实用项目研究和开发训练。我们开发的多个工程项目如“某新型机载语音告警测控系统”，“礼仪智能机器人”都有学生参与，锻炼了学生的实际能力。 4 考试方法和考试内容的改革
《信号与系统》这门课程概念多、公式多、习题多。如果考试过分强调学生应用公式的能力和熟练程度，而忽略了能力的培养， 易造成学生的考试成绩不能反映学生的实际水平。因此，我们对该课程的考试内容和方法进行了探索性的改革。具体做法是：（1）在考核方式上。一方面，加大平时成绩的比重，由以前的20%增加到30%，其中实验成绩占10%，另10%为大作业的成绩，考核学生的综合设计能力，还有10%是传统的平时成绩，即出勤和平时作业。另一方面，考试时将常用的繁琐公式随同试卷发给学生，这样强调知识的灵活运用，促使学生将学习的重点轉移到应用能力上。（2）在考核内容上。在强调考核基本知识、概念的同时，更注重知识的综合应用，使试题更加灵活。这样，可以在保证试卷适于大多数学生的同时，也拉开了成绩档次，能够比较客观地考察学生的学习情况，使学校和学生都比较满意。
5 师资队伍的建设
师资队伍的建设是教学改革的关键。我们在课程教育中尝试引入课程小组和负责人制度，即课程小组在课程负责人带领下负责对课程体系的研究，建立定时的谈论和研讨制度。课程负责人选择省青年骨干教师担任，具有丰富教学经验，且拥有该课程先修和后继课程的知识背景，了解国内外在相关领域的发展趋势。与此同时还要特别注重培养课程小组中的青年教师参与课程建设， 鼓励他们在教学的同时，积极从事科研项目的研究和开发，积极参加教学方法研究，以提高学术水平，掌握最新的相关领域的理论和技术，使教改能够持续地进行。
6 结语
该文论述信号与系统课程教学改革问题。从教学内容等五方面入手探讨课程改革方法，通过网上评教、督导听课及同事评议都评价等测评结果表明，教学改革提高了教学质量，实现了培养优秀人才的宗旨，取得了较好的效果。
参考文献
[1] 许波，陈晓平，姬伟，等.“信号与系统”课程教学改革思考与实践[J].电气电子教学学报，2008，30（1）：8-10.
[2] 于凤芹，燕庆明，杨慧中.“信号与系统”课程分层次教学探讨[J].电气电子教学学报，2008，30（5）：105-106.
[3] 陈后金，胡健，陶丹，等.“信号与系统”网络课程教学的改革与探索[J].电气电子教学学报，2013，35（3）：40-41.
关键词：信号与系统 课程改革 Matlab
中图分类号：G412 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0106-02
《信号与系统分析》课程是一门研究信号与系统理论及其基本分析方法的基础工程课程，是电子信息类专业的一门专业基础课。该课程的先修课程为高等数学、线性代数、复变函数与积分变换、电路分析基础等，对学生的数学及电路素养要求较高。同时它又是自动控制原理、通信原理、计算机控制等其它专业课程的基础，在专业教学环节中起着承上启下的作用[1-3]。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能力，并在很大程度上决定了后续课程的教学质量。目前，该课程的教学方法主要还是以单一的课堂讲授为主，且存在（1）由于数学推导较多造成的教学内容抽象；（2）教学学时较少；（3）种教学手段难以有效融合；（4）实践动手环节缺乏等问题。针对上述四方面问题，探索新的教学方法，调动学生的积极性，在强调基本概念和方法的基础上，实现记忆、理解、实践的和谐统一，将成为新时代“信号与系统”教学改革的核心理念。本文主要探讨了该课程的教学内容，教学方法与教学手段、实践教学环节及考试方法和内容等方面的改革探索情况。
1 优化教学内容
本课程的教学内容主要是信号与系统的分析和处理方法。所研究的系统按照其处理的对象可以分为连续时间系统和离散时间系统，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，在变换域分析方法中使用的是傅里叶变换，拉普拉斯变换和z变换。在教学内容安排上注重两条平行的教学主线即连续信号与系统和离散信号与系统，由于理解连续信号与系统是理解离散系统的基础，因此我们在教学内容布局中，强调先集中精力学好连续信号与系统分析的内容，再通过类比理解离散信号与系统分析的概念，并基于对上述概念的理解，引出状态分析这一经典线性系统分析方法。
在教学过程中，通过加强与先修课程联系，以期给学生建立系统的整体概念，避免割裂各课程间的关系。信号与系统中的很多概念在电路分析中都有对应的物理模型，在授课中，我们注重这些概念和物理模型之间的联系。例如在“二阶低频滤波器”的讲解过程中，我们不但从信号与系统角度讲解其时频特性及分析方法，而且利用电路分析知识探讨“二阶低频滤波器”的无源设计及有源设计技术，以此将数学分析与物理实现紧密的融合一起。
在教材选择方面，改变单一教材主讲，配以一本指定参考书的常规方法。我们注意到两本常见教材：郑君里主编的《信号与系统》及奥本海姆主编的《信号与系统》各有侧重，郑君里教材侧重于数学推导的严谨性及知识体系的完整，其为很多高校的考研指导书。而奥本海姆教材侧重于通过分析现实世界中的物理现象归纳出《信号与系统》课程的许多基本概念，易读性及趣味性较强。考虑到以上特点，在教学内容安排上在引入物理概念时我们选择采用奥本海姆教材的思路，在进行物理概念的数学推导时我们按照郑君里教材内容进行，实现了理论学习严谨性与趣味性的统一。
2 改革教学方法与教学手段
与大多数课程一样，信号与系统的课堂教学也经历了由传统板书教学到多媒体教学的转变。但值得注意的是，由于该课程具有理论推导严谨，数学推演复杂等特点，单纯依靠多媒体课件教学很难让学生完全理解其理论推导的过程，进而缺乏课程学习的自信，导致厌学情绪。针对这一问题，我们尝试采用板书、多媒体课件并行的方式进行课堂讲解，即针对物理背景我们采用多媒体课件方式讲解，而对于数学推导我们则采用板书方式进行。例如，周期信号的傅里叶分解，我们首先通过多媒体演示，将一个周期信号的分解成多个周期信号的叠加展示给学生，以期先给学生建立起周期信号分解的概念，然后通过严格的板书推演，将周期信号的傅里叶级数表示严谨的描述出来。帮助学生掌握这一重要知识点。
針对信号与系统中很多系统属性及信号特征抽象、难以理解的特点。我们利用强大的计算软件Matlab在课堂进行仿真演示，并且结合学过的电路分析等课程给出具体的物理实现方式。例如讲解二阶系统的时频特征时，我们首先给出典型二阶系统的数学模型，进而利用Matlab中的Simulink工具箱，按照给定参数构造二阶电路。最后分别在该电路中输入单位冲击信号或者阶跃信号，从虚拟示波器中观测波形了解系统的时域响应；通过对该响应做傅里叶分解了解系统的频域相应特性，并与课本中的描述比对。通过上述趣味性教学手段，使枯燥的理论学习变得直观且生动有趣，增加了学生的学习兴趣，提高了学习效率。
如何将枯燥的理论学习和色彩缤纷的现实世界联系起来，提高学生的学习兴趣，一直是我们在《信号与系统》课程改革中关注的问题。我们在研究中尝试引入一些超出教学大纲的内容，以提高学生的学习兴趣，该内容没有数学推导，仅以演示的形式把一些与信号及系统有关的研究方向介绍给学生，以提高学生的学习兴趣。例如给学生演示图像的传输和降噪的基本过程，通信系统中的时分复用及频分复用技术等等，演示结束后组织学生展开小组谈论，让他们从现实生活中发现与课程相关的知识内容，提高学习兴趣。另外我们还尝试利用MIT公开课等网络资源，鼓励学生进行双语学习，以进一步提高学习质量。
3 实践教学改革
由于本课程即对基础理论要求较高，又对工程实践性有较强的要求。因此，我们在注意学科本身系统性的同时，强调实践教学环节，以提高学生的实际动手和创新能力为课程改革的出发点。在实验项目的安排上，分为仿真验证性实验、实物验证性实验、仿真创新型实验和系统创新型实验四大类。对于一些基础理论的学习，我们已仿真验证性实验、实物验证性实验为主，例如信号的傅里叶分解，我们首先安排1个学时的Matlab仿真实验，进而安排1个学时基于信号与系统实验箱的实物实验。而对于有一定难度的创新型实验，需要加大学时数，例如“有源二阶滤波器设计”，我们首先将学生分小组讨论实验方案（1学时），有教师对学生的实验方案进行讲评和修订（1学时），学生在此基础上进行计算机仿真设计（1学时），进而进行实物设计（1学时）。对于学习能力特别优秀的学生，则安排其进入具体项目课题组，进行实用项目研究和开发训练。我们开发的多个工程项目如“某新型机载语音告警测控系统”，“礼仪智能机器人”都有学生参与，锻炼了学生的实际能力。 4 考试方法和考试内容的改革
《信号与系统》这门课程概念多、公式多、习题多。如果考试过分强调学生应用公式的能力和熟练程度，而忽略了能力的培养， 易造成学生的考试成绩不能反映学生的实际水平。因此，我们对该课程的考试内容和方法进行了探索性的改革。具体做法是：（1）在考核方式上。一方面，加大平时成绩的比重，由以前的20%增加到30%，其中实验成绩占10%，另10%为大作业的成绩，考核学生的综合设计能力，还有10%是传统的平时成绩，即出勤和平时作业。另一方面，考试时将常用的繁琐公式随同试卷发给学生，这样强调知识的灵活运用，促使学生将学习的重点轉移到应用能力上。（2）在考核内容上。在强调考核基本知识、概念的同时，更注重知识的综合应用，使试题更加灵活。这样，可以在保证试卷适于大多数学生的同时，也拉开了成绩档次，能够比较客观地考察学生的学习情况，使学校和学生都比较满意。
5 师资队伍的建设
师资队伍的建设是教学改革的关键。我们在课程教育中尝试引入课程小组和负责人制度，即课程小组在课程负责人带领下负责对课程体系的研究，建立定时的谈论和研讨制度。课程负责人选择省青年骨干教师担任，具有丰富教学经验，且拥有该课程先修和后继课程的知识背景，了解国内外在相关领域的发展趋势。与此同时还要特别注重培养课程小组中的青年教师参与课程建设， 鼓励他们在教学的同时，积极从事科研项目的研究和开发，积极参加教学方法研究，以提高学术水平，掌握最新的相关领域的理论和技术，使教改能够持续地进行。
6 结语
该文论述信号与系统课程教学改革问题。从教学内容等五方面入手探讨课程改革方法，通过网上评教、督导听课及同事评议都评价等测评结果表明，教学改革提高了教学质量，实现了培养优秀人才的宗旨，取得了较好的效果。
参考文献
[1] 许波，陈晓平，姬伟，等.“信号与系统”课程教学改革思考与实践[J].电气电子教学学报，2008，30（1）：8-10.
[2] 于凤芹，燕庆明，杨慧中.“信号与系统”课程分层次教学探讨[J].电气电子教学学报，2008，30（5）：105-106.
[3] 陈后金，胡健，陶丹，等.“信号与系统”网络课程教学的改革与探索[J].电气电子教学学报，2013，35（3）：40-41.