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摘要：针对应用型本科高校学生的特点，对“信号与系统”课程在课程内容、教学手段、实践环节以及考核方式等方面进行了改革和实践，激发了学生的学习兴趣，提高了学生分析和解决问题的能力，效果良好。
关键词：信号与系统；Matlab；教学改革
作者简介：赵玲峰（1982-），女，广西桂林人，广西大学行健文理学院，讲师；刘红艳（1977-），女，河南鲁山人，广西大学行健文理学院，高级工程师。（广西 南宁 530005）
基金项目：本文系广西大学行健文理学院科研基金项目（项目编号：2013JGLX09）的研究成果之一。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0111-02
“信号与系统”课程主要讲授信号与线性系统分析基本原理和方法的课程，是电子信息类专业一门理论性和实践性很强的重要专业基础课。该课程在整个专业课程体系中起着承上启下的作用，一般以“高等数学”、“电路分析”等为先修课程，后续课程有“数字信号处理”、“数字图像处理”、“通信原理”等。这门课程涉及数学知识多，内容丰富，理论性强，课程的基本分析方法和理论对学生今后的专业课学习或从事专业工作都非常重要。为了让学生在理论分析与实践环节两个方面的能力都有所提高，笔者从课程内容体系及教学方式、实践环节等方面进行了一定的探索和研究。
一、信号与系统教学中存在的问题
1.教学手段单一
“信号与系统”课程特点是公式多，概念抽象，数学推导繁琐，课程内容涉及到很多数学知识，如微积分、微分方程、差分方程、傅里叶变换、拉普拉斯变换等，是一门公认的难讲难学的课程。教学手段一般采用黑板或多媒体方式，虽然多媒体教学提供很好的展示平台，因该课程数学公式多，大多数情况下只是起到代替黑板书写的作用。为了加深学生的记忆和理解，教学过程中重在理论推导和公式演算，这种教学方式会给学生造成误导，通常会把该课程当成数学来学习而忽略信号与系统本身的概念和分析方法。尤其对于应用型本科高校的学生，学生的数学基础普遍比较差，这样的教学方式导致学生对信号与系统的概念模糊，对信号与系统的基本分析方法难以理解和掌握，从而失去学习兴趣。
2.实验手段单一
在课程实践环节，传统教学一般采用信号与系统实验箱进行，因实验教学学时的限制，学生一旦离开实验室便无法进行实验。一般情况下信号与系统课程总学时为60左右，实验学时为10学时左右，理论学时多，大部分学习时间花在公式的推导演算，得到的结果是一些数学符号，不能真正理解结果所代表的实际意义，学生在学习的过程中处于被动的接受状态。另一方面，实验课程一般安排在理论课后，学生不能及时将理论和实践结合，因此在有限的学时和实验条件的限制下，学生的实践环节也受到比较大的限制，学生也因此产生厌学情绪。实验环节形式的单一，造成学生不能学以致用，有悖应用型人才的培养目标，不利于学生的培养和发展。
3.考核方式单一
长久以来，在各种课程考核方式中，卷面考试是高校使用面最宽、使用频率最高的考核方式，[1]信号与系统课程也不例外。信号与系统课程的考核方式主要包含平时成绩（包括作业、考勤、实验、期中考试等）和期末考试两大部分，通常平时成绩占30%，期末考试占70%。上述的考核环节中期末考试成绩占的比重偏大，学生备考与数学考试大同小异，有些同学平时上课一知半解，但也可在最后备考复习阶段通过大量习题的练习获得高分，这样导致学生只注重考试结果而不注重学习过程，对后续的专业课学习非常不利。
二、结合应用型本科高校学生的特点，实施教学内容和手段的改革
1.采用自编教材
针对广西大学行健文理学院（以下简称“我院”）通信工程、电子科学与技术专业的本科学生数学基础较弱这一特点，选择由桂林电子科技大学信息科技学院教师和我院教师共同为应用型本科高校编写、科学出版社出版的《信号与系统分析》作为教材。一方面，该教材在保留信号与系统基本框架的基础上进行了简化，除保留一些诸如傅里叶变换的定义等比较重要概念的理论推导外，删除了较多的推导和证明，如傅里叶变换、拉普拉斯变换及Z变换性质的证明，对这部分内容书中只写出结论及例题。一些与“电路分析”课程重复的内容也有所简化，如连续系统的时域分析这一节，书中只用几个例题一笔带过，并没有深入讨论时域分析的步骤。另外，考虑到后续“数字信号处理”课程专门有一章讲述离散系统、Z变换及其性质、逆Z变换等内容，在信号与系统课程中可以对这些内容进行粗略的讲解，只对离散信号、离散系统及Z域求解离散系统的响应等问题深入讲解。这样在课程内容教学中也省略了较多繁杂的数学推导，降低了我院学生对数学知识的要求，有利于学生做到“重概念，轻计算”，有更多的时间和精力投入对课程的实际应用方面。另一方面，该教材比以往使用的教材更加注重应用性。在讲述信号与系统分析基本理论和方法的同时，增加了大量的Matlab使用实例，将大量繁杂的数学运算用计算机实现，课堂教学中可将课程中的重点、难点及课后练习题用Matlab进行形象直观的计算机模拟与仿真实现，从而加深对信号与系统基本原理、方法及应用的理解，从基本理论过渡到实际应用，使学生在学习理论的同时能及时看到直观的图形，增加了学习的兴趣。
2.教学手段的多样化
单一的“教师—黑板（多媒体）—学生”的课堂教学方式已经不适用于应用型本科高校的教学。积累多年的教学经验，笔者第一次将信号与系统课堂从教室搬移到机房，实施“多方位”（多媒体、黑板、仿真演示、上机操作）的课堂教学方法，有以下几方面的优势。
（1）在机房里配置有黑板、投影仪、电脑等设备，对信号与系统的基本理论和基本分析方法的讲授，仍然可以采取传统的多媒体（黑板）教学方式。对一些比较抽象的理论的讲解，制作FLASH动画和CAI课件，利用多媒体演示并同步到机房中的每一台电脑，可以将难以理解的部分形象、动态地呈现给学生，即使坐在最后一排的学生也不会因为距离而影响观看动画演示效果，非常地直观方便。如在讲解乃奎斯特抽样定理，时域的采样造成信号频谱的周期性延拓这一重要结论时，一般的多媒体演示只是将采样前后的时域信号和频谱图做对比，并不能动态地展示在不同采样频率下，采样后的信号频谱延拓的过程。而通过CAI课件的动态演示，再拖动采样频率的图标，就可以看到随着采样频率的增加或减小，采样后信号的频谱图的变化，以采样频率fs=2fm为分界点，分别往大于和小于这个频率方向拖动图标，信号频谱的变化过程一目了然，结论也就不言自明。学生看完演示，自己可以把结论总结出来。之后，再将采样前后的信号傅里叶变换公式给学生梳理一遍，学生也自然容易接受。 （2）机房上课的好处还在于可以在教学课堂上随时引入可视化图象。利用Matlab软件，对一些复杂的数学计算、结果直接转换成图形，还可以将一些基本的理论结合实际应用，让学生从数学模型过渡到实际应用。如在讲解两信号间的基本运算时，以两个离散信号相加为例，因这个知识点简单，从数学表达式或图形都很容易理解信号“加”概念，但这个简单的运算如何在实际应用中体现，却是一个容易被学生忽略的问题。下面给出一个结合实际应用讲解两离散信号“相加”这一概念的例子。用Matlab仿真取x（n）、y（n）为两个音频信号，相加后的声音信号为z（n），对比相加前后音频信号图形和播放效果，如图1所示，实验程序如下：
x=wavread（‘w1.wav’）；
y=wavread（‘w2.wav’）；
z=x+y；
figure（1）； plot（x）； grid on；
figure（2）； plot（y）； grid on；
figure（3）； plot（z）； grid on；
wavwrite（z，‘w3.wav’）；
通过上面的实验演示，学生不仅看到了图形，还听到了声音，大大增加课程的实用性和趣味性。更重要的是学生也确实感受到了信号与系统课程与一般数学课程的本质不同，在以后的学习中会更加注重物理概念的理解和运用，这一点非常重要。
（3）在机房上课可以方便让学生随时进行实验，有利于激发学生的创造能力和提高实验操作能力。正如上面举的例子，在看完演示后，很多同学都迫不及待地自己操作起来，修改程序看结果，教学手段的多样化，使得绝大部分学生的学习是自主的，增加了学生学习课程的兴趣。
3.课程考核方式的多元化
（1）期末考试。期末考试侧重知识考核，以填空、选择、计算等题型的形式考查学生对基本概念的掌握和对知识的综合应用能力，是考试必不可少的一部分。期末考试的比重可从70%降为50%，这样就避免了考试突击也得高分的情况。
（2）上机考试。Matlab上机实践考试，侧重实践能力考核，通过综合题目考查学生的编程能力和信号与系统实践应用能力，[2]占总成绩的20%。
（3）分组讨论。分组讨论是考查学生团体合作、自主学习、语言表达等能力的一个重要手段。以2～3人一组，对学习过程中遇到的难点、一题多解、算法推导等问题，通过团体讨论得到解决方法，最后做成PPT在课堂上展示并讲解，师生换位，让学生成为了课堂的主人，这个环节占总成绩的20%。
（4）平时表现。平时表现包括作业提交、回答问题、上课出勤等方面，侧重学风考核，是学生学习态度、学习过程等一个有效的评定依据，占总成绩的10%。
通过以上四个方面，可以全面测定学生对课程的掌握程度，从而有效避免了单一考核方式所带来的弊端，考核成绩与平时各方面的表现相符。对两个专业三个班级的学生进行问卷调查，结果表明这样的考核方式受到80%以上学生的认可。
三、加强实践教学环节，注重能力培养
对于应用型本科高校，学生要具备扎实的理论基础同时还必须注重实践能力的培养。[3]实验是信号与系统课程教学必不可少的部分，是提高学生工程素养的有效途径。因此，实验环节的设计和优化至关重要。
1.合理设计实验内容
实验内容应根据教学大纲，涵盖信号与系统基本理论与分析方法，如抽样定理、信号的产生、傅里叶变换的性质等，同时还应考虑现有的实验条件，用Matlab仿真软件做的实验应避免与课堂教学实验的重复。
2.增加设计性、综合性实验比例
验证性实验一般用于原理性和抽象性强的知识点，[4]并且在课堂教学过程中已经穿插大量此类实验。综合性实验要求学生对所学知识有一定的融会贯通、综合运用的能力。如傅里叶级数分析、连续（离散）系统分析等，还有一些应用型综合实验，如音乐合成、信号的调制解调等。
3.独立设课，增加实验学时
以往的信号与系统实验课是包含在理论学时内，属于课内实验，一般为9学时左右，大多开设一些验证性实验，将Matlab软件引入课堂后，一般的验证性实验和少学时已经不能满足教学要求。因此，信号与系统实验可以独立设课，学时数增加到18左右，开设综合性、设计性的实验，加强实践环节，重在对学生工程应用能力的培养。
四、结束语
应用型高校的学生有其自身的特点，需因材施教，通过“信号与系统”课程的改革，选择合适的教学内容和教学方法、考核多元化、精心设计实验内容等途径，激发学生的学习兴趣，着重培养学生工程应用能力和创新能力。在教学过程中仍然会面临一些问题，例如对那些没有开设Matlab课程专业的学生，课堂上大量的Matlab程序演示如何让他们接受和理解，对这部分学生的实验课程内容该如何调整；如何制作更多更好的FLASH动画演示，是学生更加容易理解信号与系统的重要概念；如何更好地培养学生应用实践能力，为后续的专业课学习和毕业设计环节打好基础，在今后的教学实践中，笔者将围绕这些问题做进一步的研究和探索。
参考文献：
[1]王丽娟，杨宇，朱莹.“信号与系统”课程考核方式设计与实践[J].中国电力教育，2013，（7）.
[2]毛文杰.“信号与系统”课程的教学分析与探索[J].教育学研究，
2012，（12）.
[3]王恩亮，张丽华.应用型高校“数字信号处理”课程教学改革与实践[J].教育科学，2012，（12）.
[4]郝允慧.独立学院《信号与系统实验》教学改革探讨[J].农业网络信息，2012，（11）.
（责任编辑：王意琴）
关键词：信号与系统；Matlab；教学改革
作者简介：赵玲峰（1982-），女，广西桂林人，广西大学行健文理学院，讲师；刘红艳（1977-），女，河南鲁山人，广西大学行健文理学院，高级工程师。（广西 南宁 530005）
基金项目：本文系广西大学行健文理学院科研基金项目（项目编号：2013JGLX09）的研究成果之一。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0111-02
“信号与系统”课程主要讲授信号与线性系统分析基本原理和方法的课程，是电子信息类专业一门理论性和实践性很强的重要专业基础课。该课程在整个专业课程体系中起着承上启下的作用，一般以“高等数学”、“电路分析”等为先修课程，后续课程有“数字信号处理”、“数字图像处理”、“通信原理”等。这门课程涉及数学知识多，内容丰富，理论性强，课程的基本分析方法和理论对学生今后的专业课学习或从事专业工作都非常重要。为了让学生在理论分析与实践环节两个方面的能力都有所提高，笔者从课程内容体系及教学方式、实践环节等方面进行了一定的探索和研究。
一、信号与系统教学中存在的问题
1.教学手段单一
“信号与系统”课程特点是公式多，概念抽象，数学推导繁琐，课程内容涉及到很多数学知识，如微积分、微分方程、差分方程、傅里叶变换、拉普拉斯变换等，是一门公认的难讲难学的课程。教学手段一般采用黑板或多媒体方式，虽然多媒体教学提供很好的展示平台，因该课程数学公式多，大多数情况下只是起到代替黑板书写的作用。为了加深学生的记忆和理解，教学过程中重在理论推导和公式演算，这种教学方式会给学生造成误导，通常会把该课程当成数学来学习而忽略信号与系统本身的概念和分析方法。尤其对于应用型本科高校的学生，学生的数学基础普遍比较差，这样的教学方式导致学生对信号与系统的概念模糊，对信号与系统的基本分析方法难以理解和掌握，从而失去学习兴趣。
2.实验手段单一
在课程实践环节，传统教学一般采用信号与系统实验箱进行，因实验教学学时的限制，学生一旦离开实验室便无法进行实验。一般情况下信号与系统课程总学时为60左右，实验学时为10学时左右，理论学时多，大部分学习时间花在公式的推导演算，得到的结果是一些数学符号，不能真正理解结果所代表的实际意义，学生在学习的过程中处于被动的接受状态。另一方面，实验课程一般安排在理论课后，学生不能及时将理论和实践结合，因此在有限的学时和实验条件的限制下，学生的实践环节也受到比较大的限制，学生也因此产生厌学情绪。实验环节形式的单一，造成学生不能学以致用，有悖应用型人才的培养目标，不利于学生的培养和发展。
3.考核方式单一
长久以来，在各种课程考核方式中，卷面考试是高校使用面最宽、使用频率最高的考核方式，[1]信号与系统课程也不例外。信号与系统课程的考核方式主要包含平时成绩（包括作业、考勤、实验、期中考试等）和期末考试两大部分，通常平时成绩占30%，期末考试占70%。上述的考核环节中期末考试成绩占的比重偏大，学生备考与数学考试大同小异，有些同学平时上课一知半解，但也可在最后备考复习阶段通过大量习题的练习获得高分，这样导致学生只注重考试结果而不注重学习过程，对后续的专业课学习非常不利。
二、结合应用型本科高校学生的特点，实施教学内容和手段的改革
1.采用自编教材
针对广西大学行健文理学院（以下简称“我院”）通信工程、电子科学与技术专业的本科学生数学基础较弱这一特点，选择由桂林电子科技大学信息科技学院教师和我院教师共同为应用型本科高校编写、科学出版社出版的《信号与系统分析》作为教材。一方面，该教材在保留信号与系统基本框架的基础上进行了简化，除保留一些诸如傅里叶变换的定义等比较重要概念的理论推导外，删除了较多的推导和证明，如傅里叶变换、拉普拉斯变换及Z变换性质的证明，对这部分内容书中只写出结论及例题。一些与“电路分析”课程重复的内容也有所简化，如连续系统的时域分析这一节，书中只用几个例题一笔带过，并没有深入讨论时域分析的步骤。另外，考虑到后续“数字信号处理”课程专门有一章讲述离散系统、Z变换及其性质、逆Z变换等内容，在信号与系统课程中可以对这些内容进行粗略的讲解，只对离散信号、离散系统及Z域求解离散系统的响应等问题深入讲解。这样在课程内容教学中也省略了较多繁杂的数学推导，降低了我院学生对数学知识的要求，有利于学生做到“重概念，轻计算”，有更多的时间和精力投入对课程的实际应用方面。另一方面，该教材比以往使用的教材更加注重应用性。在讲述信号与系统分析基本理论和方法的同时，增加了大量的Matlab使用实例，将大量繁杂的数学运算用计算机实现，课堂教学中可将课程中的重点、难点及课后练习题用Matlab进行形象直观的计算机模拟与仿真实现，从而加深对信号与系统基本原理、方法及应用的理解，从基本理论过渡到实际应用，使学生在学习理论的同时能及时看到直观的图形，增加了学习的兴趣。
2.教学手段的多样化
单一的“教师—黑板（多媒体）—学生”的课堂教学方式已经不适用于应用型本科高校的教学。积累多年的教学经验，笔者第一次将信号与系统课堂从教室搬移到机房，实施“多方位”（多媒体、黑板、仿真演示、上机操作）的课堂教学方法，有以下几方面的优势。
（1）在机房里配置有黑板、投影仪、电脑等设备，对信号与系统的基本理论和基本分析方法的讲授，仍然可以采取传统的多媒体（黑板）教学方式。对一些比较抽象的理论的讲解，制作FLASH动画和CAI课件，利用多媒体演示并同步到机房中的每一台电脑，可以将难以理解的部分形象、动态地呈现给学生，即使坐在最后一排的学生也不会因为距离而影响观看动画演示效果，非常地直观方便。如在讲解乃奎斯特抽样定理，时域的采样造成信号频谱的周期性延拓这一重要结论时，一般的多媒体演示只是将采样前后的时域信号和频谱图做对比，并不能动态地展示在不同采样频率下，采样后的信号频谱延拓的过程。而通过CAI课件的动态演示，再拖动采样频率的图标，就可以看到随着采样频率的增加或减小，采样后信号的频谱图的变化，以采样频率fs=2fm为分界点，分别往大于和小于这个频率方向拖动图标，信号频谱的变化过程一目了然，结论也就不言自明。学生看完演示，自己可以把结论总结出来。之后，再将采样前后的信号傅里叶变换公式给学生梳理一遍，学生也自然容易接受。 （2）机房上课的好处还在于可以在教学课堂上随时引入可视化图象。利用Matlab软件，对一些复杂的数学计算、结果直接转换成图形，还可以将一些基本的理论结合实际应用，让学生从数学模型过渡到实际应用。如在讲解两信号间的基本运算时，以两个离散信号相加为例，因这个知识点简单，从数学表达式或图形都很容易理解信号“加”概念，但这个简单的运算如何在实际应用中体现，却是一个容易被学生忽略的问题。下面给出一个结合实际应用讲解两离散信号“相加”这一概念的例子。用Matlab仿真取x（n）、y（n）为两个音频信号，相加后的声音信号为z（n），对比相加前后音频信号图形和播放效果，如图1所示，实验程序如下：
x=wavread（‘w1.wav’）；
y=wavread（‘w2.wav’）；
z=x+y；
figure（1）； plot（x）； grid on；
figure（2）； plot（y）； grid on；
figure（3）； plot（z）； grid on；
wavwrite（z，‘w3.wav’）；
通过上面的实验演示，学生不仅看到了图形，还听到了声音，大大增加课程的实用性和趣味性。更重要的是学生也确实感受到了信号与系统课程与一般数学课程的本质不同，在以后的学习中会更加注重物理概念的理解和运用，这一点非常重要。
（3）在机房上课可以方便让学生随时进行实验，有利于激发学生的创造能力和提高实验操作能力。正如上面举的例子，在看完演示后，很多同学都迫不及待地自己操作起来，修改程序看结果，教学手段的多样化，使得绝大部分学生的学习是自主的，增加了学生学习课程的兴趣。
3.课程考核方式的多元化
（1）期末考试。期末考试侧重知识考核，以填空、选择、计算等题型的形式考查学生对基本概念的掌握和对知识的综合应用能力，是考试必不可少的一部分。期末考试的比重可从70%降为50%，这样就避免了考试突击也得高分的情况。
（2）上机考试。Matlab上机实践考试，侧重实践能力考核，通过综合题目考查学生的编程能力和信号与系统实践应用能力，[2]占总成绩的20%。
（3）分组讨论。分组讨论是考查学生团体合作、自主学习、语言表达等能力的一个重要手段。以2～3人一组，对学习过程中遇到的难点、一题多解、算法推导等问题，通过团体讨论得到解决方法，最后做成PPT在课堂上展示并讲解，师生换位，让学生成为了课堂的主人，这个环节占总成绩的20%。
（4）平时表现。平时表现包括作业提交、回答问题、上课出勤等方面，侧重学风考核，是学生学习态度、学习过程等一个有效的评定依据，占总成绩的10%。
通过以上四个方面，可以全面测定学生对课程的掌握程度，从而有效避免了单一考核方式所带来的弊端，考核成绩与平时各方面的表现相符。对两个专业三个班级的学生进行问卷调查，结果表明这样的考核方式受到80%以上学生的认可。
三、加强实践教学环节，注重能力培养
对于应用型本科高校，学生要具备扎实的理论基础同时还必须注重实践能力的培养。[3]实验是信号与系统课程教学必不可少的部分，是提高学生工程素养的有效途径。因此，实验环节的设计和优化至关重要。
1.合理设计实验内容
实验内容应根据教学大纲，涵盖信号与系统基本理论与分析方法，如抽样定理、信号的产生、傅里叶变换的性质等，同时还应考虑现有的实验条件，用Matlab仿真软件做的实验应避免与课堂教学实验的重复。
2.增加设计性、综合性实验比例
验证性实验一般用于原理性和抽象性强的知识点，[4]并且在课堂教学过程中已经穿插大量此类实验。综合性实验要求学生对所学知识有一定的融会贯通、综合运用的能力。如傅里叶级数分析、连续（离散）系统分析等，还有一些应用型综合实验，如音乐合成、信号的调制解调等。
3.独立设课，增加实验学时
以往的信号与系统实验课是包含在理论学时内，属于课内实验，一般为9学时左右，大多开设一些验证性实验，将Matlab软件引入课堂后，一般的验证性实验和少学时已经不能满足教学要求。因此，信号与系统实验可以独立设课，学时数增加到18左右，开设综合性、设计性的实验，加强实践环节，重在对学生工程应用能力的培养。
四、结束语
应用型高校的学生有其自身的特点，需因材施教，通过“信号与系统”课程的改革，选择合适的教学内容和教学方法、考核多元化、精心设计实验内容等途径，激发学生的学习兴趣，着重培养学生工程应用能力和创新能力。在教学过程中仍然会面临一些问题，例如对那些没有开设Matlab课程专业的学生，课堂上大量的Matlab程序演示如何让他们接受和理解，对这部分学生的实验课程内容该如何调整；如何制作更多更好的FLASH动画演示，是学生更加容易理解信号与系统的重要概念；如何更好地培养学生应用实践能力，为后续的专业课学习和毕业设计环节打好基础，在今后的教学实践中，笔者将围绕这些问题做进一步的研究和探索。
参考文献：
[1]王丽娟，杨宇，朱莹.“信号与系统”课程考核方式设计与实践[J].中国电力教育，2013，（7）.
[2]毛文杰.“信号与系统”课程的教学分析与探索[J].教育学研究，
2012，（12）.
[3]王恩亮，张丽华.应用型高校“数字信号处理”课程教学改革与实践[J].教育科学，2012，（12）.
[4]郝允慧.独立学院《信号与系统实验》教学改革探讨[J].农业网络信息，2012，（11）.
（责任编辑：王意琴）