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【摘 要】信号与系统是电子信息类专业重要的技术基础课程。为适应信息技术日新月异的变化，培养信息技术类应用开发型工程师，迫切需要对信号与系统进行深化改革。本文分析了信号与系统课程的特点和以往教学中存在的问题，从教学方法和实践环节等方面入手，进行了一些改革，取得了初步效果。
【关键词】信号与系统；教学改革；Matlab实验
“信号与系统”课程是我国高校电子信息类重要的一门专业基础课，也是信息与通信工程、信号与信息处理等学科专业的硕士生入学必考科目。该门课程以“高等数学”、“电路分析”等课程为基础，又是后继的“数字信号与处理”、“通信原理”等课程的基础，引导学生从电路分析的知识跨入信息处理与传输领域，在教学过程中起着承上启下的关键作用。
本课程的特点是理论严密，逻辑性强，有广阔的工程背景，融数学概念、物理概念和工程概念于一体，融原理、方法、应用于一体。[1][2]通过本课程的学习，对培养学生严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，对培养学生的科学思维能力、分析计算能力和科学归纳能力都有重要的作用。[3][4]因此，如何有效地提高“信号与系统”课程的教学质量，改进教学效果，培养和提高学生独立分析问题、解决问题的能力，是一项具有重要意义的工作。
针对我校电子科学与技术、电子信息工程等各专业的实际情况，在保持原有优势的情况下，从教学内容、教学方式方法和实践手段等各方面对信号与系统的课堂教学进行了改革，收到了不错的效果。
一、以往教学中存在的问题
信号与系统是一门理论性很强的课程，内容中含有大量的数学公式和数学计算。在以往的教学过程中，信号与系统更像是一门数学课，教师和学生将大量的时间和精力放到了数学求解和公式推导的具体细节上，以至于没有时间或者疲于对信号和系统本身的特性进行分析。而且课程中还涉及大量的函数波形和曲线，以往的教学手段对大量信号的分析结果缺乏可视化的直观表现，严重影响了学生对所学知识的理解。
以往的教学实验都是基于信号与系统实验箱提供的模块，学生只需要按照指导书的步骤进行连线，然后调示波器，生搬硬套，课堂的知识点很多都没有得到巩固和深入理解。而且由于部分仪器设备本身就存在问题，在实验过程中很容易就挫伤学生的实验积极性和自信心。
近年来，信息技术迅速发展，新理论和新技术不断涌现，应用领域日益拓展，相应地，信号与系统课程的教学必须与时俱进，[5]根据新时代和新世纪人才培养目标，面向世界，面向未来，在教学理念、教学内容、教学手段和实践环节等方面进行全面改革。
二、教学改革的途径
教学的目的是使学生受益。教学有没有效益，并不是指教师有没有教完内容或教得认不认真，而是指学生有没有学到什么或学生学得好不好。如果学生不想学或者学了没有收获，即使教师教得再辛苦也是无效教学。同样如果学生学得很辛苦，但没有得到应有的发展，也是无效或低效教学。
改革的目的是使我们的教学成为与时俱进的有效教学，核心是在有限的时间内使学生能够掌握最具生命力的基本知识和必要技能，以满足培养高素质学生知识结构、能力结构和素质结构的需求。
1.教学内容的改革
调整课程体系，整合教学内容。将信号与系统课程、Matlab课程和数字信号处理课程相关联的内容进行整合，在原有教学内容的基础上增加Matlab软件知识和数字信号处理知识，对原有教学内容的非重点部分适当删减学时。对连续信号和系统注重基本概念和基本分析方法的教和学；离散信号和连续信号在基本概念的理解上是相通的，因此对离散信号和系统注重实际应用的教和学；Matlab软件只是教学的一个辅助工具，对Matlab工具注重常用信号处理函数的介绍和使用方法的演示。
2.改革和更新教学方式方法
（1）灵活性教学
根据教学内容的需要安排教学次序，不生搬课本的章节。如在第一章介绍连续信号和离散信号的概念时插入取样的概念。将连续信号的时域分析、频域分析和s域分析以及离散信号的时域分析、频域分析和z域分析分别作为两个整体进行讲解，比较微分方程的时域解法、频域解法和s域解法，比较差分方程的时域解法和z域解法。在需要显示Matlab程序的地方插入Matlab函数的介绍，比如在用Matlab解状态方程的时候，介绍lsim（）函数和dlsim（）函数的使用方法。
（2）形象化教学
多媒体技术一来可以节省板书的时间，在有限的时间内讲授丰富的知识；二来可以使教学内容更加形象直观，信号与系统有很多抽象的概念和数学分析过程，如卷积、信号分解、微分方程求解等，利用Matlab软件精心制作多媒体演示，把抽象的概念和过程形象化，在课堂上演示，便于学生理解。比如讲授理想低通滤波器的时候，显示一幅二维灰度图像，并同时显示经过低通滤波处理和高通滤波处理后的效果，使学生对低通滤波器的作用先有感官上的刺激，再有概念上的理解。
在现代化教学手段中，PPT很大程度上取代了传统的板书，一来可以节省课堂时间，提高课堂效率，二来形式多样，变化灵活，可以插入动画、声音等，使教学活动变得更加生动。但是在讲到难点内容尤其是细节化的难点时，当场板书更加形象，效果更好。比如，连续信号的卷积，在求卷积积分确定积分上下限的时候，学生很容易出错，这时候用板书讲解，学生更易接受。
3.硬件和软件实验相结合
硬件和软件实验相结合，硬件实验有零输入响应和零状态响应、信号的分解与合成、信号的采样与恢复、无失真传输系统等，硬件实验在实验箱上完成，软件实验，由学生自行编程完成。硬件实验由于受到实验模块、示波器等设备的限制，实验效果有时并不是很好，对参数的反应也不是很灵敏，很挫伤学生的积极性和自信心，软件实验操作灵活，易掌控，易开发，灵敏度高，抗干扰性强，成本低。通过学生自主编写Matlab程序，一方面使学生对所学的基本内容进行实践，自选参数、观察运行结果和图形，加深对基本概念的理解；另一方面也锻炼了学生的软件编程技巧。
图1显示了学生做的零输入响应和零状态响应实验的结果，图1（a）是由实验模块提供的方波经过RC电路的硬件实验的结果，图1（b）是由Matlab编写的方波通过由微分方程所表示的系统后的响应。
（a）RC电路对方波的响应
（b）微分方程表示的系统对方波的响应
图1 方波的零输入响应和零状态响应
三、结语
信号与系统课程是电子信息类的一门非常重要的专业基础课，学好这门课对以后从事IT行业的学生来说是关键。针对我校以往教学中存在的问题，为了提高该门课程教和学的质量，我们从教学内容、教学方法、实验手段等方面对该课程进行了改革，实践结果表明这些改革是切实可行并且行之有效的，学生的课堂积极性以及实验参与度都得到了提升，学生对信号与系统的分析能力和Matlab编程能力都得到了加强。教学改革是一项艰巨的任务，虽然取得了一定的进步和成绩，但在各个环节还需要继续探索和充实。如进一步探索和扩展学生实践性环节，加大工程案例教学等。
参考文献：
[1]郝晓莉.“信号与系统”和“数字信号处理”课程改革的思路和实践[J].电气电子教学学报，2002，24（6）：19-22.
[2]邹凌等.MATLAB和信号与系统课程整合的教学实践研究[J].中国教育技术装备，2010，5（15）：131-132.
[3]刘翠响等.信号与系统精品课程建设的探索与实践[J].河北工业大学成人教育学院学报，2006，22（3）：16-20.
[4]金波.“信号与系统”课程教学改革初探[J].南京：电气电子教学学报，2007，29（4）：7-11.
[5]陈后金等.我校“信号与系统”课程的改革与建设[J].电气电子教学学报，2004，26（6）：30-33.
基金项目：本文系“2013年宁波工程学院高教研究项目”（项目编号：NG13017）和“2013宁波工程学院课堂教学设计与创新项目”（项目编号：KTJX1301）的研究成果。
作者简介：诸葛霞（1979—），女，江苏常州人，博士，宁波工程学院电子信息工程学院讲师，主要从事图像处理研究。
【关键词】信号与系统；教学改革；Matlab实验
“信号与系统”课程是我国高校电子信息类重要的一门专业基础课，也是信息与通信工程、信号与信息处理等学科专业的硕士生入学必考科目。该门课程以“高等数学”、“电路分析”等课程为基础，又是后继的“数字信号与处理”、“通信原理”等课程的基础，引导学生从电路分析的知识跨入信息处理与传输领域，在教学过程中起着承上启下的关键作用。
本课程的特点是理论严密，逻辑性强，有广阔的工程背景，融数学概念、物理概念和工程概念于一体，融原理、方法、应用于一体。[1][2]通过本课程的学习，对培养学生严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，对培养学生的科学思维能力、分析计算能力和科学归纳能力都有重要的作用。[3][4]因此，如何有效地提高“信号与系统”课程的教学质量，改进教学效果，培养和提高学生独立分析问题、解决问题的能力，是一项具有重要意义的工作。
针对我校电子科学与技术、电子信息工程等各专业的实际情况，在保持原有优势的情况下，从教学内容、教学方式方法和实践手段等各方面对信号与系统的课堂教学进行了改革，收到了不错的效果。
一、以往教学中存在的问题
信号与系统是一门理论性很强的课程，内容中含有大量的数学公式和数学计算。在以往的教学过程中，信号与系统更像是一门数学课，教师和学生将大量的时间和精力放到了数学求解和公式推导的具体细节上，以至于没有时间或者疲于对信号和系统本身的特性进行分析。而且课程中还涉及大量的函数波形和曲线，以往的教学手段对大量信号的分析结果缺乏可视化的直观表现，严重影响了学生对所学知识的理解。
以往的教学实验都是基于信号与系统实验箱提供的模块，学生只需要按照指导书的步骤进行连线，然后调示波器，生搬硬套，课堂的知识点很多都没有得到巩固和深入理解。而且由于部分仪器设备本身就存在问题，在实验过程中很容易就挫伤学生的实验积极性和自信心。
近年来，信息技术迅速发展，新理论和新技术不断涌现，应用领域日益拓展，相应地，信号与系统课程的教学必须与时俱进，[5]根据新时代和新世纪人才培养目标，面向世界，面向未来，在教学理念、教学内容、教学手段和实践环节等方面进行全面改革。
二、教学改革的途径
教学的目的是使学生受益。教学有没有效益，并不是指教师有没有教完内容或教得认不认真，而是指学生有没有学到什么或学生学得好不好。如果学生不想学或者学了没有收获，即使教师教得再辛苦也是无效教学。同样如果学生学得很辛苦，但没有得到应有的发展，也是无效或低效教学。
改革的目的是使我们的教学成为与时俱进的有效教学，核心是在有限的时间内使学生能够掌握最具生命力的基本知识和必要技能，以满足培养高素质学生知识结构、能力结构和素质结构的需求。
1.教学内容的改革
调整课程体系，整合教学内容。将信号与系统课程、Matlab课程和数字信号处理课程相关联的内容进行整合，在原有教学内容的基础上增加Matlab软件知识和数字信号处理知识，对原有教学内容的非重点部分适当删减学时。对连续信号和系统注重基本概念和基本分析方法的教和学；离散信号和连续信号在基本概念的理解上是相通的，因此对离散信号和系统注重实际应用的教和学；Matlab软件只是教学的一个辅助工具，对Matlab工具注重常用信号处理函数的介绍和使用方法的演示。
2.改革和更新教学方式方法
（1）灵活性教学
根据教学内容的需要安排教学次序，不生搬课本的章节。如在第一章介绍连续信号和离散信号的概念时插入取样的概念。将连续信号的时域分析、频域分析和s域分析以及离散信号的时域分析、频域分析和z域分析分别作为两个整体进行讲解，比较微分方程的时域解法、频域解法和s域解法，比较差分方程的时域解法和z域解法。在需要显示Matlab程序的地方插入Matlab函数的介绍，比如在用Matlab解状态方程的时候，介绍lsim（）函数和dlsim（）函数的使用方法。
（2）形象化教学
多媒体技术一来可以节省板书的时间，在有限的时间内讲授丰富的知识；二来可以使教学内容更加形象直观，信号与系统有很多抽象的概念和数学分析过程，如卷积、信号分解、微分方程求解等，利用Matlab软件精心制作多媒体演示，把抽象的概念和过程形象化，在课堂上演示，便于学生理解。比如讲授理想低通滤波器的时候，显示一幅二维灰度图像，并同时显示经过低通滤波处理和高通滤波处理后的效果，使学生对低通滤波器的作用先有感官上的刺激，再有概念上的理解。
在现代化教学手段中，PPT很大程度上取代了传统的板书，一来可以节省课堂时间，提高课堂效率，二来形式多样，变化灵活，可以插入动画、声音等，使教学活动变得更加生动。但是在讲到难点内容尤其是细节化的难点时，当场板书更加形象，效果更好。比如，连续信号的卷积，在求卷积积分确定积分上下限的时候，学生很容易出错，这时候用板书讲解，学生更易接受。
3.硬件和软件实验相结合
硬件和软件实验相结合，硬件实验有零输入响应和零状态响应、信号的分解与合成、信号的采样与恢复、无失真传输系统等，硬件实验在实验箱上完成，软件实验，由学生自行编程完成。硬件实验由于受到实验模块、示波器等设备的限制，实验效果有时并不是很好，对参数的反应也不是很灵敏，很挫伤学生的积极性和自信心，软件实验操作灵活，易掌控，易开发，灵敏度高，抗干扰性强，成本低。通过学生自主编写Matlab程序，一方面使学生对所学的基本内容进行实践，自选参数、观察运行结果和图形，加深对基本概念的理解；另一方面也锻炼了学生的软件编程技巧。
图1显示了学生做的零输入响应和零状态响应实验的结果，图1（a）是由实验模块提供的方波经过RC电路的硬件实验的结果，图1（b）是由Matlab编写的方波通过由微分方程所表示的系统后的响应。
（a）RC电路对方波的响应
（b）微分方程表示的系统对方波的响应
图1 方波的零输入响应和零状态响应
三、结语
信号与系统课程是电子信息类的一门非常重要的专业基础课，学好这门课对以后从事IT行业的学生来说是关键。针对我校以往教学中存在的问题，为了提高该门课程教和学的质量，我们从教学内容、教学方法、实验手段等方面对该课程进行了改革，实践结果表明这些改革是切实可行并且行之有效的，学生的课堂积极性以及实验参与度都得到了提升，学生对信号与系统的分析能力和Matlab编程能力都得到了加强。教学改革是一项艰巨的任务，虽然取得了一定的进步和成绩，但在各个环节还需要继续探索和充实。如进一步探索和扩展学生实践性环节，加大工程案例教学等。
参考文献：
[1]郝晓莉.“信号与系统”和“数字信号处理”课程改革的思路和实践[J].电气电子教学学报，2002，24（6）：19-22.
[2]邹凌等.MATLAB和信号与系统课程整合的教学实践研究[J].中国教育技术装备，2010，5（15）：131-132.
[3]刘翠响等.信号与系统精品课程建设的探索与实践[J].河北工业大学成人教育学院学报，2006，22（3）：16-20.
[4]金波.“信号与系统”课程教学改革初探[J].南京：电气电子教学学报，2007，29（4）：7-11.
[5]陈后金等.我校“信号与系统”课程的改革与建设[J].电气电子教学学报，2004，26（6）：30-33.
基金项目：本文系“2013年宁波工程学院高教研究项目”（项目编号：NG13017）和“2013宁波工程学院课堂教学设计与创新项目”（项目编号：KTJX1301）的研究成果。
作者简介：诸葛霞（1979—），女，江苏常州人，博士，宁波工程学院电子信息工程学院讲师，主要从事图像处理研究。