“信號分析與處理”課程的教學改革與實踐

劉玲　汪琳娜　劉丁

【摘 要】結合獨立學院應用型人才培養模式和“信號分析與處理”課程的特點，本文提出了“信號分析與處理”課程的教學改革思路和方案，并進行了實踐。結果表明，通過教學改革能夠讓學生更好地理解、應用較抽象、難懂的內容，公平公正的考核方式也更好地反映學生實際掌握情況。

【關鍵詞】信號分析與處理 ；教學改革；應用型；考核方式

“信號與系統”和“數字信號處理”是電子信息類專業兩門非常重要的專業基礎課程，是信息類專業承上啟下的核心課程，其主要任務是以通信和控制系統的應用為背景來研究信號傳輸與處理方面的基本理論和基本分析方法。

近幾年隨著信息科學發展日新月異，對相應的基礎理論教學不斷提出更新的要求，“信號與系統”和“數字信號處理”課程的教學正在受到沖擊。為適應科學技術的發展和當今的教學規律，并結合我?！皯眯汀比瞬排囵B理念，我院采用將“信號與系統”和“數字信號處理”這兩門課程整合為一門課程“信號分析與處理”，并率先在應用電子專業進行試點。本文主要論述我院“信號分析與處理”課程在教學內容、教學手段和考核方式上的改革思路和方案。

1 教學內容的調整

“信號分析與處理”課程內容廣泛、抽象，涉及的數學基礎多。我院?？茖W生由于基礎薄弱，很多內容不管是從概念的理解還是公式計算上都會有一定的難度，而且按照教學大綱要求在規定的60學時內把連續時間信號和系統分析，離散時間信號和系統分析，離散傅里葉變換，快速傅里葉變換，數字濾波器的設計，包括無限沖激響應數字濾波器設計和有限沖激響應數字濾波器設計的內容講述完，是有一定難度的。因此，有必要對教學內容進行調整，內容既不能貪多求全，又不能抽象偏難。

在教學內容改革中，從實用性出發，將理論和應用相結合。首先，改變過去的以系統分析為主體，信號分析服從系統分析需要的格局，建立起信號分析為基礎，系統分析與綜合為信號分析與綜合服務的概念。緊緊抓住信號這條主線，舍棄一些偏理論性且不適用的內容，重點介紹信號分析、處理的基本概念、基本原理和基本分析方法。

其次，“信號分析與處理”課程涉及的分析方法較多，如對連續信號有時域法、傅立葉變換、拉普拉斯變換，對離散信號有時域法、離散傅立葉變換、快速傅立葉變換、z變換，如果每種方法都詳細講述并推導過程，會讓學生陷于紛繁的公式推導中，讓很多學生感覺在上一門數學課，可以想象這樣的教學效果肯定不好，也讓學生感到枯燥乏味。在分析方法教學內容安排上，注重概念的理解和建立，弱化數學公式的推導，簡化求解運算，給學生講解這些知識點可以解決哪些實際的問題，培養學生處理數據的能力，激發學習興趣。比如用經典法求解系統的微分方程，在“高等數學”課程中已花費較多時間學習，在“信號與分析”課程中直接應用，不再推導；離散狀態方程的時域解法對?？瓢嗤瑢W不做要求；把拉普拉斯變換、Z變換作為數學工具介紹，告訴學生如何用這些工具；對傅立葉變換，重點放到對頻譜、振幅譜和相位譜的分析上，讓學生掌握圖譜所包含的信息。

再有，適當增加Matlab軟件應用的內容?！靶盘柗治雠c處理”是一門理論性和實踐性較強的課程，通過這門課程，不在乎讓學生記住多少個公式、定理，而更在于學生能否借助這個工具去分析處理問題。因此，增加了MATLAB在信號分析與處理的內容，由于課堂教學學時的限制，這部分內容更多地放在實驗教學中。

2 教學手段的多樣性

2.1 靈活性教學

傳統的教學次序是先講連續時間信號與系統的分析，再講離散時間信號與系統的分析。鑒于兩部分內容之間的相互關系，教學次序上先信號后系統，先連續后離散。什么是信號？什么是連續信號和離散信號？兩者有什么區別和聯系？兩者的分析方法又有什么的異同？系統是為了達到特定目的對信號進行處理、變換的器件、裝置、設備及其組合。為了處理不同的信號，對應系統的分析方法又有什么異同？在教學上把注意力放在它們之間的類同點和不同點上，對分析方法和過程進行類比推導講授，這樣既能幫助學生梳理課程的脈絡結構，又能加深對知識點的理解。

2.2 板書和多媒體教學有機結合

改革傳統的黑板式單一教學模式，在課堂教學過程中按講授內容靈活使用黑板和PowerPoint?！靶盘柗治雠c處理”課程中包含大量的數學公式和理論推導，如果單純應用板書，公式的推導和圖形繪制會占用大量的時間和精力，可充分利用多媒體的教學優勢，對已知的公式和易懂的內容快速顯示，而重點和難點的地方又可應用板書予以補充，增加知識保留時間，有利于師生交流的融合。借助于多媒體，還可以把課程中難以理解的概念形象化，加深學生的理解。比如卷積積分、卷積和，信號的采樣和恢復等內容的教學，可以借助多媒體把復雜的求解過程，以圖形方式演示出來，中間過程一目了然，這種方式能夠加深他們對于信號的理解和掌握。因此，在課堂教學中，要做好板書書寫和多媒體播放的完美結合，充分發揮兩種教學手段的優勢，增進學生對課程的理解和掌握。

2.3 將Matlab引入課程教學

Matlab 軟件提供了數據采集工具箱、信號處理工具箱以及時頻工具箱等相關命令和函數。用戶不僅可以使用Matlab語言靈活方便地編寫應用程序，也可以通過Simulink軟件包對動態系統進行建模、仿真以及分析。實驗教學中側重于MATLAB在信號分析與處理的應用，在課程教學中則是借助Matlab加深學生對知識點的理解。如連續信號的時域運算，如果按照常規的課堂板書推導計算方法，學生是很難想象信號如何進行運算的。為此我們通過Matlab環境編寫了連續信號的時域運算的演示環節，幫助學生理解信號時域運算的每個環節和步驟。通過Matlab演示，一方面能加深學生對已學概念、原理的理解，另一方面也為信號分析方法的研究、信號處理系統的設計打下基礎。

3 考核方式的改革

考試在一定程度上是學生學習的指揮棒，為避免學生為了考試而學，為了考試而背，臨時抱佛腳的學習態度和學習方法。在新的教學體系、教學內容及教學思想的指導下，對當前的考試方法及考試內容進行了改革?？荚噧热莶辉龠^多地注重公式記憶和單調的公式計算，而是側重在問題的分析方法，強調基本內容、基本概念及知識的綜合應用能力?？己丝傇u成績不再單一是期末的卷面成績，而是由卷面成績、平時成績和實驗成績三個部分組成，并提高實驗比例，占到了總評成績的百分之三十。平時成績包括學生出勤情況、作業情況、答疑情況等，如果有與教學內容相關的論文發表，可以適當調高總評成績。

4 結束語

“信號分析與處理”是工科院校中一門非常重要的專業基礎課，為了提高該門課程的教和學的質量，我們從教學內容、教學方法、考核方式等方面對課程進行了改革，實踐證明這些改革是切實有效的，學生對信號分析與處理的應用能力都得到了加強。教學改革是一項艱巨的任務，雖然取得了一定的進步和成績，但在各個環節還需要繼續的探索，還要加強教學研究和與其他學校的交流，努力把它建設成為學生愿意學習并真正能夠應用到實踐中去解決實際問題的課程。

【參考文獻】

[1]趙光宙，齊冬蓮.“信號分析與處理”課程教學改革與思考[J].2007年中國自動化教育學術年會，2007：379-382.

[2]趙光宙.信號分析與處理[M].北京：機械工業出版社.2006.

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