高校《信号与系统》课群建设的探究与实践

　　《信号与系统》是电气信息类专业本科生必修的专业基础课程，目前许多重点高等院校将它作为相关专业硕士研究生入学考试的课程。《信号与系统》这门课程体现了事物本质在物理概念、数学概念、工程概念三者相结合的产物。该课程以高等数学、复变函数、电路原理、概率论与数理统计课程为基础，是学生在学习后继专业课程如数字信号处理、DSP原理及开发应用、现代信号处理、通信原理、自动控制原理等课程的先修课程，所以《信号与系统》这门课程在教学环节中起着承上启下的重要作用，其教学质量不仅直接影响到学生对后续课程重要概念的理解和分析解决工程问题的能力，也对通信、雷达、测试、控制、生物医学工程等众多学科和工程领域起着不可低估的作用。有必要建立《信号与系统》的课程群。

　　1 针对高校信号与系统课群建设亟待解决的问题

　　《信号与系统》和《数字信号处理》作为我院电子信息工程专业的专业基础平台课，目前授课对象仅为电子信息工程专业，专业涉及面窄，与其自身的强大功能不相符；其次信号与系统作为学科基础课和数字信号处理作为专业主干课在课程开设时，为求自身体系的完整性，存在有内容重复，衔接不合理、内容综合不够、理论与实践严重脱钩等问题；再次随着信息技术的快速发展，正面临着“教什么，如何教；学什么，如何学”的严峻挑战和实现从知识型人才转变为应用型、综合型、创新性人才培养模式的思考，如何实现《信号与系统》和《数字信号处理》的授课内容与学科的发展同步及如何有效利用科学技术的发展实现理论与实践的统一是急待解决的问题。

　　2 课群建设的实施

　　2.1 课群建设的总体思路

　　2.1.1 教学课程的改革与整合：系统的分析《信号与系统》和《数字信号处理》两门课程自身的特点，进行有机的整合，信号与系统与数字信号处理两门课程的教学内容有着密不可分的内在联系，其中心是通过对各种不同信号的分析，实现信号的处理，达到所希望得到的信号，注重学生综合应用知识能力和自主学习能力的培养；同时针对信息技术的发展，介绍其在新兴学科和领域中的应用，进一步激发学生的学习兴趣。2.1.2 教学方法的改革：针对《信号与系统》和《数字信号处理》两门课程计算公式多、概念多、变换多等特点，注重能力培养与和学科互动，充分利用计算机技术、多媒体技术和各类仿真软件的最新成果，采用灵活的教学手段，既能展现课程的重点难点问题，又能实现师生互动，突出基本原理中所蕴含的数学概念、物理概念和工程概念，实现学生能力的提升。2.1.3 实验手段的改革：实验课时的安排是提高学生学习兴趣和学习能力的重要环节，是实现理论与实践有机结合的重要保证，因此针对两门课程的特点，分别安排借助Matlab编程知识进行验证性实验和综合设计性试验，解决理论与实践，强化学生的自我学习能力，理论上与分别于《信号与系统》和《数字信号处理》两门课程应用并行。2.1.4 课程体系的改革：针对信息处理技术的发展，在两门课程的基础上，增加Matlab应用、EDA技术和DSP技术等，形成完善的课群体系，在教材上以“易教易学和强化培养学生的工程能力和创新能力”为出发点，精选内容、加强基础、例题典型、重点突出；在文字上力求简洁明了、易教易学。

　　2.2 课群内各课程之间的优化整合关系

　　2.2.1 优化信号与系统和数字信号处理两门课程的学习内容。信号与系统主要讲授两大信号（连续时间信号与离散时间信号）的时域与变换域、两种系统（连续时间和离散时间系统）、三大变换（傅里叶、拉普拉斯、Z变换）的具体知识点需要重点讲授，系统的状态变量分析只做一般讲解。数字信号处理主要讲述离散时间信号的时域和变换域分析、离散傅里叶变换（DFT）利用时域抽样定理和频域抽样定理实现时域到频域的映射关系、基于时间和频率抽选奇偶分解的快速傅里叶变换（FFT），接着讲述无限和有限冲激数字滤波器对信号的具体实现，完成信号滤波处理的功能。2.2.2 基于MATLAB的仿真实验在课程群建设的重要性。MATLAB仿真的应用中数字信号处理工具箱的运用使得系统分析、信号的谱分析、数字滤波器的设计方面应用更为普及和广泛，应用MATLAB可以很容易地进行信号与系统的傅立叶分析、卷积运算、滤波器设计、信号滤波等工作，在信号系统的课程中安排验证性实验偏重于理论与实验的统一，在数字信号处理课程中安排综合性实验偏重于创新能力的培养。MATLAB基础及应用的理论与实践教学能够有效提高学生对数字信号进行处理的应用能力，对于分析问题、解决问题、创新能力的培养有很大的积极作用。2.2.3 EDA课程设计在课程群建设中的主导性。EDA课程设计，主要通过应用两个工具软件-Protel2004和MATLAB7.0，完成电子线路的制版和线路仿真工作，图文并茂、易学易懂，在课程设计的选题方面学生自主性选题、集思广益的探讨方案，教师以启发为主、指导为辅。学生能够有效地完成信号与系统的整机软硬件联调工作，提高自身的学习能力。课程设计的题目难度适中，展示课群的实践性和实用性，激发学生真正体会到成就感。

　　建立《信号与系统》课程群，使理论课与实验课相互补充，加之课程设计做为实战性的锻炼，学生的学习更加系统化、体系化。课群建设前后的课程对比如表1所示。

　　2.3 课群的主要教学方法

　　2.3.1 调整课程教学内容，加强基础，更新内容，拓展知识面，及时与学生沟通，了解教学效果，及时修正教学内容和课时安排。2.3.2 配合教学内容，具有直观教学效果的板书结合具有立体演示效果强特点的CAI多媒体课件，理论联系实践实现互动式教学。达到最佳的教学效果。2.3.3 加强实践环节，提高学生动手能力，通过举行“信号与系统及Matlab应用知识竞赛”等，通过自己动手完成系统的设计和仿真，拓展传统实验的广度和深度，激发学生学习兴趣，提高软硬件联调能力，完成综合素质的培养。2.3.4 在网络平台上提供多媒体电子教案、CAI课件、网络视频等，将全部的授课内容扩展上网，实现网络与实际教学的同步更新，并开设奖励机制、网上问答机制等。

　　结束语

　　随着电子科学和与计算机技术的发展，本文对于信号与系统课群的建设从研究目标、研究内容、教学方法提出了大胆的尝试，课群的建设“以学生为根本，培养能力为核心”笔者通过在教学实践中不断地摸索与实践，对于学生学习的主动性与创新性已经取得了阶段性的成果，但还需配合教学体制的多方面协调才能取得最佳效果，为适应时代科学技术的飞速发展与大量的应用性人才培养做出自己的贡献。