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摘要：“信号与系统”课程设计是“信号与系统”课程在实践教学环节上的必要补充，是确保学生加深理解和掌握课程理论和方法的重要环节。针对“信号与系统”课程理论性强、概念重要而抽象、学生难学的特点，结合本校学生的实际情况，提出了对“信号与系统”课程设计的教学改革措施，围绕专业人才培养目标改革教学内容，探索大学生应用能力培养的有效途径，在课程设计教学内容、教学方法、过程管理、考核方式等方面进行了探索和实践，取得了较好的实践效果。
关键词：信号与系统；课程设计；应用性；教学改革；教育教学思想
作者简介：罗倩（1965-），女，广东兴宁人，北京信息科技大学信息与通信工程学院，副教授；朱希安（1962-），男，黑龙江讷河人，北京信息科技大学信息与通信工程学院，教授。（北京 100192）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0058-02
信息时代信息对人类而言已处于举足轻重的地位，因此对于信息及其相关知识即信号与系统的研究已成为这个时代的研究基础。“信号与系统”是信息类专业的核心专业基础课，要求学生掌握信号和系统分析的基本理论和方法，在相关专业的教学中有着很重要的地位。“信号与系统”课程不仅有很强的理论性，还有很强的实用性，涉及许多重要的理论和技术，可以为学生后续的专业学习和科学研究奠定必要的理论基础，对学生的知识和能力培养具有重要的影响。[1-5]
“信号与系统”课程设计实践课程是为了更好地配合“信号与系统”课程教学而设立的，目的在于加深学生对课程理论知识的理解与掌握，运用所学的理论知识分析、解决设计中的具体问题，使学生更好地将所掌握的知识应用到工程实际当中，掌握信息处理的思维方法和信息在传输和处理中的分析思想，培养学生在信号分析与处理等领域的较强的获取知识和应用知识的能力，提高学生学习的兴趣。[6]
在课程设计的教学实践中，结合信号与信息处理的工程应用，大量采用科研与实际项目案例和启发式的教学方法，用充分体现现代信息处理技术的思想充实设计内容，有效地培养了学生的理论能力、综合素质和创新能力，取得了较好的教学效果。
一、课程设计内容改革
在课程设计中加强与实际应用的联系，积极引入科研成果，优化课程设计内容，力图反映信息领域科学技术的发展与现状，使学生接触到学术发展的前沿，提高学生的学习兴趣。课程设计内容以打好基础、面向应用为原则，包括理论分析部分和自主提高设计部分，时域分析与变换域分析并重，信号分析与系统分析并重，连续系统分析与离散系统分析并重。在相关内容中，重点选择能够强化“信号与系统”重要概念和理论的设计内容。
理论分析部分包括了“信号与系统”课程的核心内容——三大变换，以验证性仿真设计为主，旨在加强基本理论知识的学习、理解和掌握，包括：信号的产生、表示与变换、信号的频谱分析、系统的频率响应、卷积计算、信号的合成与分解、求解系统响应、拉式变换、Z变换、零极点分析和调制解调等。
自主提高设计部分包含频分复用、抽样定理工程实用、音乐合成与分析、数字自激振荡器设计和应用、工频干扰滤除器设计、反馈系统与回音消除器设计、音乐回响与混响设计、音频加解扰器设计、无失真传输系统设计和分析，以及噪声滤除、信息提取、图像识别等等。采用Matlab软件、Simulink软件和Multisim软件以及三个软件相结合的设计和分析方法，使学生能够透彻理解相关理论和应用。同时鼓励学生从工程背景中提出问题，将课程设计的过程看作科学研究的过程，通过科研实例拓展信号处理的应用，开阔视野，拓展知识范围，提高解决实际工程问题的能力。
在设计中注重问题提出、问题分析、问题解决、问题延伸，突出基本理论的数学概念、物理概念、工程概念和拓展应用，实现原理、方法和应用的有机结合，培养学生的创新意识。
利用课程设计的有利机会，教师应注重基础课与后续专业知识点的结合，夯实基础，为扫清后续课程的困难创造条件，促使学生用辩证发展的思维看待基础课程的学习，形成发散思维。
二、重视过程管理的改革措施
“信号与系统”课程设计以学生自主设计为主，涉及若干知识点或几种研究方法的设计，强调学生在设计过程的自主性，在给定设计目的、内容和实验要求下，由学生自行拟定设计方案、编写程序，并加以实施。
在设计过程中，指导学生阅读设计所需相关文献，培养学生良好的阅读习惯和攻克难关的信心。
例如，在设计过程中，学生需要使用Matlab函数来分析信号经过系统的响应。Matlab针对微分方程分析系统响应，只提供了lsim函数，用于分析和求解系统的零输入和零状态响应，但是这个函数只能对状态方程和状态变量的初始值进行求解。对于用微分方程描述的系统，在解零输入响应时，首先要将系统的微分方程描述形式转换成状态方程的描述形式；其次，由于lsim要求输入状态的初始值而不是系统响应的初始值，需要由系统响应的初始状态推导出状态变量的初始状态，并利用矩阵方法解四元一次方程组。在解决这一问题时，教师既要激励学生勇于挑战困难，又要给予一定启示和指导，让学生找到解决问题的钥匙，敢于面对问题，通过解决问题树立挑战困难的信心。又如，在设计抑制工频干扰的陷波滤波器时，不仅要求学生完成较高的性能参数指标，而且要求学生用零矢、极矢去设计和分析。因为零极点分析是学生必须拥有的基本功，而每个零矢、极矢在编程时又是不同角频率参数ω的矢量，学生在编程时遇到了较大的阻力。学生在设计报告中多次写到通过解决问题获得了很大的成就感和自信心，对设计更感兴趣。
通过课程设计的互动过程，教师可以充分了解教学各个环节，全面把握本课程的教学思想，全面了解学生的整体状况和特长，达到了因材施教，分层培养，促进优秀生、拔尖生脱颖而出的目的。 自主提高设计部分的内容应该在掌握基本理论知识的基础之上去做，进一步将这部分内容形成文字或课件。学生学习后，分小组讨论设计方案，然后再完成设计，收到了良好的效果。
三、建立有效的考核方法
探索更加适用、更加有效的考核方法，以更好地促进学生的学习，更科学地评价学生的学习效果。
在本课程的设计中，改革考核方法，加强对学生学习过程的检查与评定，把课堂表现纳入考核机制，对课堂积极思考、思想活跃的学生给予加分，活跃课堂气氛。改变以往的一次考核和答辩方法，在课程设计中采用两次答辩方式。现代大学生的学习特点是平时付出少，最后突击复习。考核方法的改革可以避免传统考核方式一考定胜负所带来的应试学习方法的弊病，对学生平时学习提出要求，给予压力，将最终答辩的压力变成了平时学习的警钟，同时也可避免学生平时不努力致使最后积重难返的后果。
加强对学生设计过程的检查和督促，同时使教师更详尽掌握学生的学习状况，有针对性地加强辅导。
在课程设计过程中，采用三个环节的评价方式，包括平时设计及答辩，占40%，考核设计态度、实践能力和创新能力；设计报告，占25%，给定格式样本，根据学生写作的内容、与标准符合的程度考核学生论述的逻辑性、严谨性、科学性，课程设计报告在年级内进行查重，只要剽窃字数超过一定数量，课程设计直接记0分；答辩，占35%，考核学生对设计和理论的理解和掌握程度。
在答辩环节上主要着眼于科学全面地评价学生的综合素质和灵活运用所学知识的能力，明确给出优秀和及格的量化考核标准，体现课程设计考核的严肃性、公平公正性，有利于分析、检查、统计和评估课程设计教学效果，研究成绩分布与教学的关系，促进教师的教学积极性，促进课程设计教学的提高。
在课程设计报告写作方面，对报告的内容、形式进行规范，训练学生的写作能力，从而培养学生严谨的治学态度和良好的写作习惯。这些均为将来的报告和论文写作打下坚实的基础。在完成设计报告时，还要求学生思考进一步研究的内容，使学生对感兴趣的问题能够持续研究和探索，为申请大学生创新项目奠定基础。
四、效果
“信号与系统”课程设计给予学生充分动手实践的机会，学生可以从设计中学习到信号与系统的基本原理与实际应用，对所学知识获得感性认识和直观的验证，加深了对信号与系统原理的理解和掌握，为今后将其运用到实际的系统分析中奠定了重要的基础。
在基本题目设计过程中，学生认识了Matlab这个重要的工具软件，能够利用Matlab的强大功能，直观地认识信号的时域、频域的特性，通过图形去理解相关概念、理论的本身意义。通过设计，学生学习和掌握了Matlab的基本操作和信号处理指令，教师通过辅导、检查、答辩等环节，不断帮助学生纠正设计，对于时域、频域等重要基本概念学生在设计中得到了进一步的理解，掌握了系统的各种分析方法。
在自主提高题目设计中，由于与实际应用紧密结合，以选题的方式激发了学生的学习兴趣，有助于不同层次学生的学习程度的提高，起到了因材施教的教学效果，提高了学生解决问题的能力，使学生从课堂上的理论学习转向理论应用，对后续课程的学习及毕业设计有重要作用。
由于在设计任务要求中分出了层次，提出了更完整功能和高技术指标（超出“信号与系统”课程设计大纲范畴），激发出了部分学生探索新事物的热情，部分学生所完成的课程设计任务质量较好，具有一定的水平，少数优秀学生因此脱颖而出。
教师能够负责任地做好答疑辅导、实验指导、考核等环节，使本次课程设计教学充分发挥作用。学生普遍对指导教师的工作满意，希望有更多的课程设计机会。
课程设计对学好本专业后续课程很有帮助，对学生掌握本专业技术方法打下了良好基础。
五、结束语
经过几年的课程设计研究、改革探索和实践，在激发学生的学习兴趣、培养学生汲取新知识的能力、提高学生分析信号及系统特性的能力、提高学生综合应用知识分析问题等方面取得了初步的成果。不断地对“信号与系统”课程设计的内容设置、教学过程改革等方面进行改进和完善，与教学有效结合，将培养出更高素质的应用型人才。
参考文献：
[1]金波，蔡卫菊.“信号与系统"精品课程建设探索[J].电气电子教学学报，2012，（l0）：27-28.
[2]甘俊英，应自炉.信号与系统精品课程的建设[J].实验室科学，2010，（4）：3-5.
[3]李天倩，夏凌，阳小明.“信号与系统”课程建设改革与思考[J].中国电力教育，2012，（7）：64-66.
[4]黄金平.《信号与系统》精品课程建设实践探讨[J].长江大学学报（自然科学版），2008，（9）：324-326.
[5]王松林，郭宝龙，张永瑞，等.“信号与系统”国家精品课程的建设与实践[J].高等理科教育，2008，（3）：145-148.
[6]罗倩，马牧燕，焦瑞莉，等.信号与系统课程设计改革的实践与探索[J].云南大学学报（自然科学版），2011，33（S1）：550-552.
（责任编辑：王意琴）
关键词：信号与系统；课程设计；应用性；教学改革；教育教学思想
作者简介：罗倩（1965-），女，广东兴宁人，北京信息科技大学信息与通信工程学院，副教授；朱希安（1962-），男，黑龙江讷河人，北京信息科技大学信息与通信工程学院，教授。（北京 100192）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0058-02
信息时代信息对人类而言已处于举足轻重的地位，因此对于信息及其相关知识即信号与系统的研究已成为这个时代的研究基础。“信号与系统”是信息类专业的核心专业基础课，要求学生掌握信号和系统分析的基本理论和方法，在相关专业的教学中有着很重要的地位。“信号与系统”课程不仅有很强的理论性，还有很强的实用性，涉及许多重要的理论和技术，可以为学生后续的专业学习和科学研究奠定必要的理论基础，对学生的知识和能力培养具有重要的影响。[1-5]
“信号与系统”课程设计实践课程是为了更好地配合“信号与系统”课程教学而设立的，目的在于加深学生对课程理论知识的理解与掌握，运用所学的理论知识分析、解决设计中的具体问题，使学生更好地将所掌握的知识应用到工程实际当中，掌握信息处理的思维方法和信息在传输和处理中的分析思想，培养学生在信号分析与处理等领域的较强的获取知识和应用知识的能力，提高学生学习的兴趣。[6]
在课程设计的教学实践中，结合信号与信息处理的工程应用，大量采用科研与实际项目案例和启发式的教学方法，用充分体现现代信息处理技术的思想充实设计内容，有效地培养了学生的理论能力、综合素质和创新能力，取得了较好的教学效果。
一、课程设计内容改革
在课程设计中加强与实际应用的联系，积极引入科研成果，优化课程设计内容，力图反映信息领域科学技术的发展与现状，使学生接触到学术发展的前沿，提高学生的学习兴趣。课程设计内容以打好基础、面向应用为原则，包括理论分析部分和自主提高设计部分，时域分析与变换域分析并重，信号分析与系统分析并重，连续系统分析与离散系统分析并重。在相关内容中，重点选择能够强化“信号与系统”重要概念和理论的设计内容。
理论分析部分包括了“信号与系统”课程的核心内容——三大变换，以验证性仿真设计为主，旨在加强基本理论知识的学习、理解和掌握，包括：信号的产生、表示与变换、信号的频谱分析、系统的频率响应、卷积计算、信号的合成与分解、求解系统响应、拉式变换、Z变换、零极点分析和调制解调等。
自主提高设计部分包含频分复用、抽样定理工程实用、音乐合成与分析、数字自激振荡器设计和应用、工频干扰滤除器设计、反馈系统与回音消除器设计、音乐回响与混响设计、音频加解扰器设计、无失真传输系统设计和分析，以及噪声滤除、信息提取、图像识别等等。采用Matlab软件、Simulink软件和Multisim软件以及三个软件相结合的设计和分析方法，使学生能够透彻理解相关理论和应用。同时鼓励学生从工程背景中提出问题，将课程设计的过程看作科学研究的过程，通过科研实例拓展信号处理的应用，开阔视野，拓展知识范围，提高解决实际工程问题的能力。
在设计中注重问题提出、问题分析、问题解决、问题延伸，突出基本理论的数学概念、物理概念、工程概念和拓展应用，实现原理、方法和应用的有机结合，培养学生的创新意识。
利用课程设计的有利机会，教师应注重基础课与后续专业知识点的结合，夯实基础，为扫清后续课程的困难创造条件，促使学生用辩证发展的思维看待基础课程的学习，形成发散思维。
二、重视过程管理的改革措施
“信号与系统”课程设计以学生自主设计为主，涉及若干知识点或几种研究方法的设计，强调学生在设计过程的自主性，在给定设计目的、内容和实验要求下，由学生自行拟定设计方案、编写程序，并加以实施。
在设计过程中，指导学生阅读设计所需相关文献，培养学生良好的阅读习惯和攻克难关的信心。
例如，在设计过程中，学生需要使用Matlab函数来分析信号经过系统的响应。Matlab针对微分方程分析系统响应，只提供了lsim函数，用于分析和求解系统的零输入和零状态响应，但是这个函数只能对状态方程和状态变量的初始值进行求解。对于用微分方程描述的系统，在解零输入响应时，首先要将系统的微分方程描述形式转换成状态方程的描述形式；其次，由于lsim要求输入状态的初始值而不是系统响应的初始值，需要由系统响应的初始状态推导出状态变量的初始状态，并利用矩阵方法解四元一次方程组。在解决这一问题时，教师既要激励学生勇于挑战困难，又要给予一定启示和指导，让学生找到解决问题的钥匙，敢于面对问题，通过解决问题树立挑战困难的信心。又如，在设计抑制工频干扰的陷波滤波器时，不仅要求学生完成较高的性能参数指标，而且要求学生用零矢、极矢去设计和分析。因为零极点分析是学生必须拥有的基本功，而每个零矢、极矢在编程时又是不同角频率参数ω的矢量，学生在编程时遇到了较大的阻力。学生在设计报告中多次写到通过解决问题获得了很大的成就感和自信心，对设计更感兴趣。
通过课程设计的互动过程，教师可以充分了解教学各个环节，全面把握本课程的教学思想，全面了解学生的整体状况和特长，达到了因材施教，分层培养，促进优秀生、拔尖生脱颖而出的目的。 自主提高设计部分的内容应该在掌握基本理论知识的基础之上去做，进一步将这部分内容形成文字或课件。学生学习后，分小组讨论设计方案，然后再完成设计，收到了良好的效果。
三、建立有效的考核方法
探索更加适用、更加有效的考核方法，以更好地促进学生的学习，更科学地评价学生的学习效果。
在本课程的设计中，改革考核方法，加强对学生学习过程的检查与评定，把课堂表现纳入考核机制，对课堂积极思考、思想活跃的学生给予加分，活跃课堂气氛。改变以往的一次考核和答辩方法，在课程设计中采用两次答辩方式。现代大学生的学习特点是平时付出少，最后突击复习。考核方法的改革可以避免传统考核方式一考定胜负所带来的应试学习方法的弊病，对学生平时学习提出要求，给予压力，将最终答辩的压力变成了平时学习的警钟，同时也可避免学生平时不努力致使最后积重难返的后果。
加强对学生设计过程的检查和督促，同时使教师更详尽掌握学生的学习状况，有针对性地加强辅导。
在课程设计过程中，采用三个环节的评价方式，包括平时设计及答辩，占40%，考核设计态度、实践能力和创新能力；设计报告，占25%，给定格式样本，根据学生写作的内容、与标准符合的程度考核学生论述的逻辑性、严谨性、科学性，课程设计报告在年级内进行查重，只要剽窃字数超过一定数量，课程设计直接记0分；答辩，占35%，考核学生对设计和理论的理解和掌握程度。
在答辩环节上主要着眼于科学全面地评价学生的综合素质和灵活运用所学知识的能力，明确给出优秀和及格的量化考核标准，体现课程设计考核的严肃性、公平公正性，有利于分析、检查、统计和评估课程设计教学效果，研究成绩分布与教学的关系，促进教师的教学积极性，促进课程设计教学的提高。
在课程设计报告写作方面，对报告的内容、形式进行规范，训练学生的写作能力，从而培养学生严谨的治学态度和良好的写作习惯。这些均为将来的报告和论文写作打下坚实的基础。在完成设计报告时，还要求学生思考进一步研究的内容，使学生对感兴趣的问题能够持续研究和探索，为申请大学生创新项目奠定基础。
四、效果
“信号与系统”课程设计给予学生充分动手实践的机会，学生可以从设计中学习到信号与系统的基本原理与实际应用，对所学知识获得感性认识和直观的验证，加深了对信号与系统原理的理解和掌握，为今后将其运用到实际的系统分析中奠定了重要的基础。
在基本题目设计过程中，学生认识了Matlab这个重要的工具软件，能够利用Matlab的强大功能，直观地认识信号的时域、频域的特性，通过图形去理解相关概念、理论的本身意义。通过设计，学生学习和掌握了Matlab的基本操作和信号处理指令，教师通过辅导、检查、答辩等环节，不断帮助学生纠正设计，对于时域、频域等重要基本概念学生在设计中得到了进一步的理解，掌握了系统的各种分析方法。
在自主提高题目设计中，由于与实际应用紧密结合，以选题的方式激发了学生的学习兴趣，有助于不同层次学生的学习程度的提高，起到了因材施教的教学效果，提高了学生解决问题的能力，使学生从课堂上的理论学习转向理论应用，对后续课程的学习及毕业设计有重要作用。
由于在设计任务要求中分出了层次，提出了更完整功能和高技术指标（超出“信号与系统”课程设计大纲范畴），激发出了部分学生探索新事物的热情，部分学生所完成的课程设计任务质量较好，具有一定的水平，少数优秀学生因此脱颖而出。
教师能够负责任地做好答疑辅导、实验指导、考核等环节，使本次课程设计教学充分发挥作用。学生普遍对指导教师的工作满意，希望有更多的课程设计机会。
课程设计对学好本专业后续课程很有帮助，对学生掌握本专业技术方法打下了良好基础。
五、结束语
经过几年的课程设计研究、改革探索和实践，在激发学生的学习兴趣、培养学生汲取新知识的能力、提高学生分析信号及系统特性的能力、提高学生综合应用知识分析问题等方面取得了初步的成果。不断地对“信号与系统”课程设计的内容设置、教学过程改革等方面进行改进和完善，与教学有效结合，将培养出更高素质的应用型人才。
参考文献：
[1]金波，蔡卫菊.“信号与系统"精品课程建设探索[J].电气电子教学学报，2012，（l0）：27-28.
[2]甘俊英，应自炉.信号与系统精品课程的建设[J].实验室科学，2010，（4）：3-5.
[3]李天倩，夏凌，阳小明.“信号与系统”课程建设改革与思考[J].中国电力教育，2012，（7）：64-66.
[4]黄金平.《信号与系统》精品课程建设实践探讨[J].长江大学学报（自然科学版），2008，（9）：324-326.
[5]王松林，郭宝龙，张永瑞，等.“信号与系统”国家精品课程的建设与实践[J].高等理科教育，2008，（3）：145-148.
[6]罗倩，马牧燕，焦瑞莉，等.信号与系统课程设计改革的实践与探索[J].云南大学学报（自然科学版），2011，33（S1）：550-552.
（责任编辑：王意琴）