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摘要：根据郑州轻工业学院“信号与系统”课程的教学现状及教学中存在的问题，提出了对该课程的教学方法和教学手段进行改革的措施。主要包括：制定了新的教学方案，采用启发式的教学方法，充分利用现代化的教学手段，加强实践课的教学改革，注意理论与工程实际相结合并总结出一些行之有效的举措和经验。通过改革调动了学生学习的积极性，提高了教学效果。
关键词：信号与系统；MATLAB；网络教学
作者简介：任景英（1979-），女，河南商丘人，郑州轻工业学院电气信息工程学院，讲师；闫艳霞（1980-），女，河南沈丘人，郑州轻工业学院电气信息工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）
基金项目：本文系郑州轻工业学院青年教师教学改革项目资助的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）05-0041-02
已经完成并已实施的郑州轻工业学院（以下简称“我校”）第七批教改项目《电子信息专业基础主干课程体系和内容的综合改革与实践》构建了新的课程体系，整合更新了教学内容。从近几年的教学实践看，我们发现许多学生对“信号与系统”课程的学习仍然过多地沉浸在繁琐的数学运算和推导中，缺乏对理论深刻的理解，尤其对工程应用的背景了解不足，概念把握不全面。有鉴于此，迫切需要对作为信号类课程体系中最重要的课程“信号与系统”的教学方法和教学手段进行改革。
一、“信号与系统”课程教学需要解决的问题
“信号与系统”课程是一门内容繁多、理论抽象、数学公式计算复杂，且函数波形、曲线较多的一门学科，如果采用单一的课堂教学方式，很难保证学生在课堂的学习中能够获得足够的信息量。为在有限的教学课时内收到良好的教学效果，就要求教师不断探索、研究改革新的教学方法，充分利用现有教学资源，改革教学手段。[1]
如何根据新的课程体系，使教学内容的组织更具有启发性，更适合创新教育；如何灵活运用各种先进的教学方法，激发学生的学习潜能；如何充分利用现代教育手段，提高教学的效率和激发学生的学习兴趣；如何引入信号分析应用背景，强化学生对理论知识的深刻理解，这些都是“信号与系统”课程教学方法、教学手段改革所要迫切解决的问题。
针对以上问题，同时依照我校“信号与系统”精品课程建设的目标，我们对其进行了一系列的教学改革与实践。
二、教学方法和教学手段现代化的改革研究
针对“信号与系统”理论抽象、概念公式多等特点，我们设计了如图1所示的总体教学方案。上课伊始首先由教师引出知识点，带领学生进入课堂学习的气氛；讲授中采用多样化的教学手段；实验时采用验证实验和设计实验相结合的方式；课下学生还可以利用网络平台进行学习和巩固。实践证明这种教学方案是行之有效的。
1.注重课堂的启发式教学
作为一门专业基础课程，“信号与系统”具有理论性强、应用性广等特点。课堂教学过程中采用一种以教师讲授为主，兼用启发式、讨论式、互动式等教学方法调动学生的学习主动性和积极性，使他们生动活泼地学习的教学模式，从而开拓学生思路，培养创新能力和分析解决问题的能力。[2]引导学生主动积极思考，促进师生的沟通和交流，营造和谐、愉悦的课堂教学氛围，使他们主动地获取知识，从而提高教学的效率和学生的学习兴趣。
2.注重现代教育技术的应用
在教学过程中，采用多媒体和黑板相结合的方式授课。“信号与系统”课程中公式和理论推导很多，各种波形和变换复杂，传统的单一黑板式教学在性质推导、习题解答等环节较为适用，但对于较复杂的图形变化展示，多媒体教学则更有优势。[3]
将MATLAB引入课堂教学。MATLAB是一个功能强大的数学软件包，特别适合作为“信号与系统”计算机辅助教学软件的基础平台。我们将MATLAB软件仿真引入课程教学环节，淡化了理论教学和实践教学的界限，可以形象地展现信号处理的过程和结果，增强授课的效率和效果。[4]
对一些重要的理论，如抽样定理，频谱分析等设计演示软件或动画，通过生动形象的动画演示加深学生对教学内容的理解。例如，在讲解信号抽样定理这个重点和难点内容时，我们首先在黑板上对采样后的信号的频谱表达形式进行推导，得出数学上的结论，和抽样前信号的频谱做比较，得到物理上的结论，然后再利用Flash动画将抽样过程中抽样间隔从小到大进行变换，让学生观看其频谱由不混叠到混叠的整个过程。学生看后印象深刻，也可以激发他们进一步学习的兴趣。[5]
3.充分利用网络教学
建立“信号与系统”网站。可以充分利用多媒体技术和互联网技术服务于教师和学生，能充分发挥学生学习的自主性，有利于提高“信号与系统”的教学质量和教学效果。[6]通过几年的不懈努力，我们已建成“信号与系统”课程网站。主要模块有“课程介绍”、“教学计划”、“教学大纲”、“实践教学”、“网络课堂”、“互动平台”等。设计的信号与系统网站如下图2所示，上面是课程网站的各个模块，左边是资料分类列表，右边是对应的内容。例如，在网络课堂页面中用户点击所选内容的超链接，将进入到课程学习的相关内容界面，可以下载或进行网上学习。
课程网站不仅是学生网上学习的平台，同时还是课程的教学辅导站，教师可以上传相关的电子教案，发布课程公告和试题等，回答学生提出的问题。学生可以在任意地点下载教师的教案进行学习，并且就学习中遇到的问题通过讨论版提出，寻求教师或者同学们的帮助。
4.注重理论课与实践课的结合
“信号与系统”课程涉及许多抽象的概念，是实践性较强的课程。在实践教学中，过去都采用实验箱和示波器相结合的方式来设计、验证课堂上学过的原理和结论，然而实验箱的设计大都是用电路来完成的，不直观，而且学生在实验中把大量的精力花在电路调试上，效果不好，很多复杂系统的实验更是难以实现。为此可以采用软件配合硬件进行相关的仿真实验。
针对课程的内容，我们设计了综合性开放实验，所有实验都可以用MATLAB工具来完成，学生不仅可以随意修改参数，比较实验结果，而且还可自行设计系统进行模拟，加强了学生的综合设计能力。[7]将理论分析和实验验证进行了有机结合，使学生能够对理论知识进行综合应用，强调过程、淡化结果，有效培养学生解决实际问题的综合能力。经过实验课程的改革尝试，锻炼了学生用计算机辅助计算来分析解决实际工程问题的能力，不仅大大提高学生的动手能力，而且为后续的相关课程的学习以及毕业设计奠定了坚实的基础。
5.注重信号分析的应用实例的引入
历届学生都反映“信号与系统”课程理论多、较难理解。因此，在讲授理论的同时引入一些工程应用实例，使学生在学习理论的同时深刻理解理论和实际工程应用的结合，提高学生学习的兴趣。例如傅里叶变换的性质中调制特性是现代通信系统的基础。讲解这一节时，可以结合广播系统、电视系统讨论频谱搬移的特点，使学生立即明白频移的物理含义和应用价值。傅里叶变换中的抽样定理也是现代通信的基础原理之一。为了说明其在通信系统中的应用，我们首先让学生听实际中的一个音频信号，再对实际中抽样频率过小的语音和抽样频率满足抽样定理的语音进行倾听，让学生能直观理解抽样定理的应用。授课中可以进一步引入PAM及PCM调制的概念，将通信系统的知识进一步扩展。这些对扩大学生知识面，为他们以后学习通信原理及通信电子线路课程都做了极好的铺垫。
三、结束语
本文针对“信号与系统”课程教学中存在的问题，制定了“信号与系统”课程的教学方案，提出了现代化的教学方法、教学手段和实践环节的改革措施。在教学过程中采用上述教学方法和手段，不仅使学生具有扎实的基本理论知识、较强的实验动手能力，而且可以激发学生学习的热情和创新精神，可以有效地提高教学效果。下一步的工作重点是：进一步完善课程体系和CAI课件；提高开放性实验所占比例；建立网上虚拟考试系统和实验室；强化课程建设、教材建设，编写适合我校教学特点的教材。
参考文献：
[1]樊超,等.“信号与系统”课程教学方法改革与探索[J].电子质量,2011,(5).
[2]刘占卫,等.《信号与系统》理论课的启发式教学[J].洛阳师范学院学报,2011,30(5).
[3]胡建荣,等.信号与系统课程教学改革与实践[J].科技信息,2010,(25).
[4]杜世民,杨润萍.Matlab在信号与系统教学中的应用研究[J].电气电子教学学报,2009,31(6).
[5]郭宝龙,等.“信号与系统”课程可视化教学的实践探索[J].电气电子教学学报,2010,32(5).
[6]黄胜,等.信号与系统课程网站建设[J].重庆邮电大学学报(自然科学版)2008,(6).
[7]杨敏,等.提高信号与系统课程教学效果的方法研究[J].湖北经济学院学报,2011,8(1).
（责任编辑：刘辉）
关键词：信号与系统；MATLAB；网络教学
作者简介：任景英（1979-），女，河南商丘人，郑州轻工业学院电气信息工程学院，讲师；闫艳霞（1980-），女，河南沈丘人，郑州轻工业学院电气信息工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）
基金项目：本文系郑州轻工业学院青年教师教学改革项目资助的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）05-0041-02
已经完成并已实施的郑州轻工业学院（以下简称“我校”）第七批教改项目《电子信息专业基础主干课程体系和内容的综合改革与实践》构建了新的课程体系，整合更新了教学内容。从近几年的教学实践看，我们发现许多学生对“信号与系统”课程的学习仍然过多地沉浸在繁琐的数学运算和推导中，缺乏对理论深刻的理解，尤其对工程应用的背景了解不足，概念把握不全面。有鉴于此，迫切需要对作为信号类课程体系中最重要的课程“信号与系统”的教学方法和教学手段进行改革。
一、“信号与系统”课程教学需要解决的问题
“信号与系统”课程是一门内容繁多、理论抽象、数学公式计算复杂，且函数波形、曲线较多的一门学科，如果采用单一的课堂教学方式，很难保证学生在课堂的学习中能够获得足够的信息量。为在有限的教学课时内收到良好的教学效果，就要求教师不断探索、研究改革新的教学方法，充分利用现有教学资源，改革教学手段。[1]
如何根据新的课程体系，使教学内容的组织更具有启发性，更适合创新教育；如何灵活运用各种先进的教学方法，激发学生的学习潜能；如何充分利用现代教育手段，提高教学的效率和激发学生的学习兴趣；如何引入信号分析应用背景，强化学生对理论知识的深刻理解，这些都是“信号与系统”课程教学方法、教学手段改革所要迫切解决的问题。
针对以上问题，同时依照我校“信号与系统”精品课程建设的目标，我们对其进行了一系列的教学改革与实践。
二、教学方法和教学手段现代化的改革研究
针对“信号与系统”理论抽象、概念公式多等特点，我们设计了如图1所示的总体教学方案。上课伊始首先由教师引出知识点，带领学生进入课堂学习的气氛；讲授中采用多样化的教学手段；实验时采用验证实验和设计实验相结合的方式；课下学生还可以利用网络平台进行学习和巩固。实践证明这种教学方案是行之有效的。
1.注重课堂的启发式教学
作为一门专业基础课程，“信号与系统”具有理论性强、应用性广等特点。课堂教学过程中采用一种以教师讲授为主，兼用启发式、讨论式、互动式等教学方法调动学生的学习主动性和积极性，使他们生动活泼地学习的教学模式，从而开拓学生思路，培养创新能力和分析解决问题的能力。[2]引导学生主动积极思考，促进师生的沟通和交流，营造和谐、愉悦的课堂教学氛围，使他们主动地获取知识，从而提高教学的效率和学生的学习兴趣。
2.注重现代教育技术的应用
在教学过程中，采用多媒体和黑板相结合的方式授课。“信号与系统”课程中公式和理论推导很多，各种波形和变换复杂，传统的单一黑板式教学在性质推导、习题解答等环节较为适用，但对于较复杂的图形变化展示，多媒体教学则更有优势。[3]
将MATLAB引入课堂教学。MATLAB是一个功能强大的数学软件包，特别适合作为“信号与系统”计算机辅助教学软件的基础平台。我们将MATLAB软件仿真引入课程教学环节，淡化了理论教学和实践教学的界限，可以形象地展现信号处理的过程和结果，增强授课的效率和效果。[4]
对一些重要的理论，如抽样定理，频谱分析等设计演示软件或动画，通过生动形象的动画演示加深学生对教学内容的理解。例如，在讲解信号抽样定理这个重点和难点内容时，我们首先在黑板上对采样后的信号的频谱表达形式进行推导，得出数学上的结论，和抽样前信号的频谱做比较，得到物理上的结论，然后再利用Flash动画将抽样过程中抽样间隔从小到大进行变换，让学生观看其频谱由不混叠到混叠的整个过程。学生看后印象深刻，也可以激发他们进一步学习的兴趣。[5]
3.充分利用网络教学
建立“信号与系统”网站。可以充分利用多媒体技术和互联网技术服务于教师和学生，能充分发挥学生学习的自主性，有利于提高“信号与系统”的教学质量和教学效果。[6]通过几年的不懈努力，我们已建成“信号与系统”课程网站。主要模块有“课程介绍”、“教学计划”、“教学大纲”、“实践教学”、“网络课堂”、“互动平台”等。设计的信号与系统网站如下图2所示，上面是课程网站的各个模块，左边是资料分类列表，右边是对应的内容。例如，在网络课堂页面中用户点击所选内容的超链接，将进入到课程学习的相关内容界面，可以下载或进行网上学习。
课程网站不仅是学生网上学习的平台，同时还是课程的教学辅导站，教师可以上传相关的电子教案，发布课程公告和试题等，回答学生提出的问题。学生可以在任意地点下载教师的教案进行学习，并且就学习中遇到的问题通过讨论版提出，寻求教师或者同学们的帮助。
4.注重理论课与实践课的结合
“信号与系统”课程涉及许多抽象的概念，是实践性较强的课程。在实践教学中，过去都采用实验箱和示波器相结合的方式来设计、验证课堂上学过的原理和结论，然而实验箱的设计大都是用电路来完成的，不直观，而且学生在实验中把大量的精力花在电路调试上，效果不好，很多复杂系统的实验更是难以实现。为此可以采用软件配合硬件进行相关的仿真实验。
针对课程的内容，我们设计了综合性开放实验，所有实验都可以用MATLAB工具来完成，学生不仅可以随意修改参数，比较实验结果，而且还可自行设计系统进行模拟，加强了学生的综合设计能力。[7]将理论分析和实验验证进行了有机结合，使学生能够对理论知识进行综合应用，强调过程、淡化结果，有效培养学生解决实际问题的综合能力。经过实验课程的改革尝试，锻炼了学生用计算机辅助计算来分析解决实际工程问题的能力，不仅大大提高学生的动手能力，而且为后续的相关课程的学习以及毕业设计奠定了坚实的基础。
5.注重信号分析的应用实例的引入
历届学生都反映“信号与系统”课程理论多、较难理解。因此，在讲授理论的同时引入一些工程应用实例，使学生在学习理论的同时深刻理解理论和实际工程应用的结合，提高学生学习的兴趣。例如傅里叶变换的性质中调制特性是现代通信系统的基础。讲解这一节时，可以结合广播系统、电视系统讨论频谱搬移的特点，使学生立即明白频移的物理含义和应用价值。傅里叶变换中的抽样定理也是现代通信的基础原理之一。为了说明其在通信系统中的应用，我们首先让学生听实际中的一个音频信号，再对实际中抽样频率过小的语音和抽样频率满足抽样定理的语音进行倾听，让学生能直观理解抽样定理的应用。授课中可以进一步引入PAM及PCM调制的概念，将通信系统的知识进一步扩展。这些对扩大学生知识面，为他们以后学习通信原理及通信电子线路课程都做了极好的铺垫。
三、结束语
本文针对“信号与系统”课程教学中存在的问题，制定了“信号与系统”课程的教学方案，提出了现代化的教学方法、教学手段和实践环节的改革措施。在教学过程中采用上述教学方法和手段，不仅使学生具有扎实的基本理论知识、较强的实验动手能力，而且可以激发学生学习的热情和创新精神，可以有效地提高教学效果。下一步的工作重点是：进一步完善课程体系和CAI课件；提高开放性实验所占比例；建立网上虚拟考试系统和实验室；强化课程建设、教材建设，编写适合我校教学特点的教材。
参考文献：
[1]樊超,等.“信号与系统”课程教学方法改革与探索[J].电子质量,2011,(5).
[2]刘占卫,等.《信号与系统》理论课的启发式教学[J].洛阳师范学院学报,2011,30(5).
[3]胡建荣,等.信号与系统课程教学改革与实践[J].科技信息,2010,(25).
[4]杜世民,杨润萍.Matlab在信号与系统教学中的应用研究[J].电气电子教学学报,2009,31(6).
[5]郭宝龙,等.“信号与系统”课程可视化教学的实践探索[J].电气电子教学学报,2010,32(5).
[6]黄胜,等.信号与系统课程网站建设[J].重庆邮电大学学报(自然科学版)2008,(6).
[7]杨敏,等.提高信号与系统课程教学效果的方法研究[J].湖北经济学院学报,2011,8(1).
（责任编辑：刘辉）