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摘要：“信号与系统”是电气信息类专业的重要专业基础课程。本文在传统教学方式的基础上，根据专业人才培养目标和课程特点，从教学内容、教学方法、教学资源和实践教学等方面提出构建该课程立体化教学体系的新思路。教学实践表明，立体化教学体系可以有效提高教学质量，对深化教学改革有着重要的意义。
关键词：信号与系统；立体化；教学体系
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0117-02
“信号与系统”为东北电力大学（以下简称“我校”）电气信息类专业重要的基础课程，该课程主要讲授信号变换与线性系统分析的基本原理和方法，使学生理解信号与系统理论的数学概念、物理概念与工程概念。教学过程中不仅要重视基础理论分析，更需要强调培养学生的实践能力和工程素质，是当今课程教学改革的新趋势。
立体化教学体系以创新人才培养为理念，通过改革传统教学内容，密切跟踪学科发展，引入了新思维、新观念、新方法、新理论的教学模式，借助丰富的教学资源，充分发挥教师的教学指导作用及学生的主观能动性，对于提高教学质量、深化教学改革有着非常重要的意义。[1]
我校电气工程学院“信号与系统”课程组在理论教学与实践教学中不断探索，结合电气信息类专业特色，总结多年来的教学改革经验和成果，针对课程特点，更新教学理念，形成教学特色，完善课程体系、教学方法、教学资源及实践模式，逐步创立了“信号与系统”立体化教学体系，提出课程相应的改革措施与方法，取得了良好的教学效果。
一、优化“信号与系统”课程体系
1.建立多层次课程体系
“信号与系统”课程内容丰富，涉及信号与系统的基本概念、信号分析、连续时间系统和离散时间系统的时域和频域分析、拉普拉斯变换及Z变换等内容，教学内容上对不同专业采用不同的学时，安排不同的教学重点，设计不同层次的课程体系，可达到优化教学内容，提高教学质量的目的。
针对我校电气工程及其自动化、电子信息工程、电子信息科学与技术三个不同专业建立多层次的课程体系。电气工程及其自动化专业为强电专业，在教学中突出“系统”的概念，要求学生重点掌握线性时不变系统中信号从时间域到变换域的基本理论，并注重相关知识点在电力系统领域中的应用；电子信息工程、电子信息科学与技术为弱电专业，在教学中突出“信号”的概念，要求学生重点掌握信号的分析与处理等基本理论，注重介绍相关知识在计算机通信、控制工程等领域中的应用。
同时针对不同专业选取不同的教材，例如对“信号与系统”课程专业基础要求较高的电子信息工程、电子信息科学与技术两个专业选用郑君里教授主编的国家级重点教材《信号与系统》，该教材较全面的介绍了确定性信号经线性时不变系统传输与处理的基本概念和基本分析方法，以通讯和控制工程为主要背景，与专业结合紧密。[2]
2.建立相关课程群体系
课程群的建设可有效地整合各课程的教学内容，将教学知识点进行融合与分解，突出课程重点，避免课程内容的重复，保证课程内容的传承，从而实现课程体系的优化，有利于教学效果的提高。
为了更加全面的构建“信号与系统”课程的教学体系，我校对电子信息工程和电子信息科学与技术专业，建立了“信号分析与处理”课程群（2011年被评为吉林省优秀课程群），该课程群由“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP原理及应用”三门课程组成，从优化课程设置的角度出发，让学生循序渐进地掌握信号的获取、存储、分析、处理、应用等技术。
课程群中的“信号与系统”和“数字信号处理”两门课均讲述信号在时间域及变换域的分析，经过课程的融合与分解，“信号与系统”以确定性连续时间信号和系统分析为主，突出基本原理与概念；“数字信号处理”以离散时间信号和系统分析及数字滤波为主线内容，突出数字化方法与技术；“DSP原理及应用”侧重信号处理的软硬件实现，不再单独讲述数字滤波和FFT等内容。通过对教学资源的统一协调组织，取得了课程结构的整体优化功效。
二、改革教学方法
“信号与系统”课程具有理论性强、概念抽象的特点，课程内容涉及大量的数学公式。在教学过程中应淡化繁琐的数学公式推导过程，转而强调公式的物理意义及其工程应用背景，注重正确引导学生运用数学工具分析典型的物理问题，加强对学生创造性思维方式的培养，从而提高教学效果，提升学生理论联系实际的能力。
例如：讲解时域经典法求解连续线性时不变系统响应时，为说明从初始状态到初始条件的跃变过程，可引入含有储能元件（电容或电感）的实际电网络来说明跃变的原因与冲激电流（或电压）有关。讲解傅里叶变换的频移特性时，结合通讯技术中的调制与同步解调等过程说明信号在频域中的频谱搬移原理。讲解连续信号在时域中的尺度变换时，可结合磁带的快进过程来体会信号被压缩的表现，并通过让学生体会快进时声音信号频率的变高，引入时域压缩与频域扩展的对应关系。
“信号与系统”是门理论性很强的课程，侧重理论内容的传统教学方式不能使学生产生学习兴趣，因而很难取得理想的教学效果。教学实践证明，引入多元化、立体式课堂教学方法，如采用案例研究、专题教学、参与讨论以及对比分析等手段，能更好的激发学生的学习兴趣及学习的自觉性。例如在讲解傅里叶变换时，可引入工程案例，结合电力系统的谐波现象，开展电力系统谐波的专题研讨教学。讨论傅里叶变换算法在电力系统谐波分析中的应用，并分析谐波产生的原因、谐波的治理方法、有源电力滤波器的应用等工程问题，及时反映相关专业最新发展动态，既激发了学生的专业兴趣，又增强了人才培养对行业需求的适应性。
三、完善教学资源
传统教学方式仅以纸质教材为教学资源，资源形式单一。立体化教学资源以现代教育理念为支撑，建立在现代信息技术上，形成具有新媒体、多形态、复合化特征的教学辅助，是教学现代化的重要标志，是实现教育信息化和网络化的重要路径，有利于开放教育、素质教育的发展。[3] 首先完善现有纸质教学资源，编写与主教材相关的教学辅导书和习题集，体现教师的教学思想与教学设计，突出课程重点，解析课程难点，提供学生检测学习与知识拓展的习题，为学生提供全面的学习指导。
“信号与系统”课程中涉及信号的基本理论等知识点具有抽象性的特点，学生往往难以理解和掌握，根据课程特点制作具有先进性、系统性、多样性的多媒体课件，充分利用现代信息技术，集成多种媒体，辅助音频、视频、动画及模拟仿真等技术，形象生动地体现与课程内容相关的基本概念和理论，将课程中抽象的信号及数学表达式形象化、具体化，从而有助于学生清晰、全面的把握课程内容，加深对知识点的理解。
同时建立体系化、规范化的网络教学平台，突出课程学习与自主学习特色，网站中设有电子课件、电子教案、教学录像、模拟试题、在线测试、实验指导等内容，并开设教学方法、实践教学等专栏，此外还设有师生互动交流区，教师对学生疑问在线网上答疑，进行针对性辅导。在此网络教学平台下，学生可通过详细完备的电子课件、教学录像等自主学习课程内容，通过练习题及测试题巩固所学知识点，通过应用实例和典型案例拓展学习内容，增强学习兴趣，开阔视野，取得良好的教学效果。
四、构建实践环节
高等教育需要建立“厚基础、重实践”的高素质人才培养模式。实践教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新意识和创业精神具有重要意义。作为所在专业的重要基础课程，“信号与系统”课程注重理论联系实际，在基础实验、综合设计、工程实践等环节建立完善的立体化实践培养体系，按递进方式逐步提升学生的工程实践能力和创新能力。
在课程基础实验方面，重新规划实验内容，为学生提供丰富的信号处理实现平台。基于Matlab软件在信号处理技术领域中所占据的重要地位，将Matlab仿真实验融于理论教学中，以Matlab仿真为主线，以实验内容为载体，突出实验过程的现象分析和问题解决，提高学生理论联系实际的能力。
在综合设计方面，开设与课程内容密切相关的大作业，如：图像识别、信息提取、噪声滤除等，按照“提出问题—设计方案—仿真验证—研究报告”的思路，加强学生对基本理论知识的理解和掌握，包括：信号的产生及变换、信号的频谱分析、系统的频率响应及调制解调等重点，培养学生综合性、设计性的实践能力，强化创新精神。
在工程实践方面，结合人才培养目标，建立课内外结合的实践教学体系，利用我校电气工程专业的重点学科优势，开设工程性实验、创新性实验，注重“信号与系统”基本理论在电力系统领域的实际应用，引入工程概念，突出实践项目的工程导向性，建立工程式特色实践教学平台，促进学生实践能力的提高和全面发展，形成“立足基础、面向工程”的人才培养模式。
五、结语
实践证明，“信号与系统”课程通过实现多层次的课程体系、多元化的教学方法、全方位的教学资源和多维度的实践环节，建立由传统与现代相融合，理论与实践相结合的立体化教学新体系，能够全面提高教学效果，为高素质人才培养提供了一套行之有效的教学模式。
参考文献：
[1]张瑞成，王福斌，陈至坤.“自动控制原理”课程立体化教学体系研究与实践[J].实验技术与管理，2013，30（9）：181-184.
[2]郑君里，应启珩，杨为理.信号与系统[M].第三版.北京：高等教育出版社，2009.
[3]尹文嘉，王惠琴.立体化教学模式的探索与实践[J].中国电力教育，2014，（8）：44-45.
（责任编辑：刘丽娜）
关键词：信号与系统；立体化；教学体系
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0117-02
“信号与系统”为东北电力大学（以下简称“我校”）电气信息类专业重要的基础课程，该课程主要讲授信号变换与线性系统分析的基本原理和方法，使学生理解信号与系统理论的数学概念、物理概念与工程概念。教学过程中不仅要重视基础理论分析，更需要强调培养学生的实践能力和工程素质，是当今课程教学改革的新趋势。
立体化教学体系以创新人才培养为理念，通过改革传统教学内容，密切跟踪学科发展，引入了新思维、新观念、新方法、新理论的教学模式，借助丰富的教学资源，充分发挥教师的教学指导作用及学生的主观能动性，对于提高教学质量、深化教学改革有着非常重要的意义。[1]
我校电气工程学院“信号与系统”课程组在理论教学与实践教学中不断探索，结合电气信息类专业特色，总结多年来的教学改革经验和成果，针对课程特点，更新教学理念，形成教学特色，完善课程体系、教学方法、教学资源及实践模式，逐步创立了“信号与系统”立体化教学体系，提出课程相应的改革措施与方法，取得了良好的教学效果。
一、优化“信号与系统”课程体系
1.建立多层次课程体系
“信号与系统”课程内容丰富，涉及信号与系统的基本概念、信号分析、连续时间系统和离散时间系统的时域和频域分析、拉普拉斯变换及Z变换等内容，教学内容上对不同专业采用不同的学时，安排不同的教学重点，设计不同层次的课程体系，可达到优化教学内容，提高教学质量的目的。
针对我校电气工程及其自动化、电子信息工程、电子信息科学与技术三个不同专业建立多层次的课程体系。电气工程及其自动化专业为强电专业，在教学中突出“系统”的概念，要求学生重点掌握线性时不变系统中信号从时间域到变换域的基本理论，并注重相关知识点在电力系统领域中的应用；电子信息工程、电子信息科学与技术为弱电专业，在教学中突出“信号”的概念，要求学生重点掌握信号的分析与处理等基本理论，注重介绍相关知识在计算机通信、控制工程等领域中的应用。
同时针对不同专业选取不同的教材，例如对“信号与系统”课程专业基础要求较高的电子信息工程、电子信息科学与技术两个专业选用郑君里教授主编的国家级重点教材《信号与系统》，该教材较全面的介绍了确定性信号经线性时不变系统传输与处理的基本概念和基本分析方法，以通讯和控制工程为主要背景，与专业结合紧密。[2]
2.建立相关课程群体系
课程群的建设可有效地整合各课程的教学内容，将教学知识点进行融合与分解，突出课程重点，避免课程内容的重复，保证课程内容的传承，从而实现课程体系的优化，有利于教学效果的提高。
为了更加全面的构建“信号与系统”课程的教学体系，我校对电子信息工程和电子信息科学与技术专业，建立了“信号分析与处理”课程群（2011年被评为吉林省优秀课程群），该课程群由“信号与系统”、“数字信号处理”和“DSP原理及应用”三门课程组成，从优化课程设置的角度出发，让学生循序渐进地掌握信号的获取、存储、分析、处理、应用等技术。
课程群中的“信号与系统”和“数字信号处理”两门课均讲述信号在时间域及变换域的分析，经过课程的融合与分解，“信号与系统”以确定性连续时间信号和系统分析为主，突出基本原理与概念；“数字信号处理”以离散时间信号和系统分析及数字滤波为主线内容，突出数字化方法与技术；“DSP原理及应用”侧重信号处理的软硬件实现，不再单独讲述数字滤波和FFT等内容。通过对教学资源的统一协调组织，取得了课程结构的整体优化功效。
二、改革教学方法
“信号与系统”课程具有理论性强、概念抽象的特点，课程内容涉及大量的数学公式。在教学过程中应淡化繁琐的数学公式推导过程，转而强调公式的物理意义及其工程应用背景，注重正确引导学生运用数学工具分析典型的物理问题，加强对学生创造性思维方式的培养，从而提高教学效果，提升学生理论联系实际的能力。
例如：讲解时域经典法求解连续线性时不变系统响应时，为说明从初始状态到初始条件的跃变过程，可引入含有储能元件（电容或电感）的实际电网络来说明跃变的原因与冲激电流（或电压）有关。讲解傅里叶变换的频移特性时，结合通讯技术中的调制与同步解调等过程说明信号在频域中的频谱搬移原理。讲解连续信号在时域中的尺度变换时，可结合磁带的快进过程来体会信号被压缩的表现，并通过让学生体会快进时声音信号频率的变高，引入时域压缩与频域扩展的对应关系。
“信号与系统”是门理论性很强的课程，侧重理论内容的传统教学方式不能使学生产生学习兴趣，因而很难取得理想的教学效果。教学实践证明，引入多元化、立体式课堂教学方法，如采用案例研究、专题教学、参与讨论以及对比分析等手段，能更好的激发学生的学习兴趣及学习的自觉性。例如在讲解傅里叶变换时，可引入工程案例，结合电力系统的谐波现象，开展电力系统谐波的专题研讨教学。讨论傅里叶变换算法在电力系统谐波分析中的应用，并分析谐波产生的原因、谐波的治理方法、有源电力滤波器的应用等工程问题，及时反映相关专业最新发展动态，既激发了学生的专业兴趣，又增强了人才培养对行业需求的适应性。
三、完善教学资源
传统教学方式仅以纸质教材为教学资源，资源形式单一。立体化教学资源以现代教育理念为支撑，建立在现代信息技术上，形成具有新媒体、多形态、复合化特征的教学辅助，是教学现代化的重要标志，是实现教育信息化和网络化的重要路径，有利于开放教育、素质教育的发展。[3] 首先完善现有纸质教学资源，编写与主教材相关的教学辅导书和习题集，体现教师的教学思想与教学设计，突出课程重点，解析课程难点，提供学生检测学习与知识拓展的习题，为学生提供全面的学习指导。
“信号与系统”课程中涉及信号的基本理论等知识点具有抽象性的特点，学生往往难以理解和掌握，根据课程特点制作具有先进性、系统性、多样性的多媒体课件，充分利用现代信息技术，集成多种媒体，辅助音频、视频、动画及模拟仿真等技术，形象生动地体现与课程内容相关的基本概念和理论，将课程中抽象的信号及数学表达式形象化、具体化，从而有助于学生清晰、全面的把握课程内容，加深对知识点的理解。
同时建立体系化、规范化的网络教学平台，突出课程学习与自主学习特色，网站中设有电子课件、电子教案、教学录像、模拟试题、在线测试、实验指导等内容，并开设教学方法、实践教学等专栏，此外还设有师生互动交流区，教师对学生疑问在线网上答疑，进行针对性辅导。在此网络教学平台下，学生可通过详细完备的电子课件、教学录像等自主学习课程内容，通过练习题及测试题巩固所学知识点，通过应用实例和典型案例拓展学习内容，增强学习兴趣，开阔视野，取得良好的教学效果。
四、构建实践环节
高等教育需要建立“厚基础、重实践”的高素质人才培养模式。实践教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新意识和创业精神具有重要意义。作为所在专业的重要基础课程，“信号与系统”课程注重理论联系实际，在基础实验、综合设计、工程实践等环节建立完善的立体化实践培养体系，按递进方式逐步提升学生的工程实践能力和创新能力。
在课程基础实验方面，重新规划实验内容，为学生提供丰富的信号处理实现平台。基于Matlab软件在信号处理技术领域中所占据的重要地位，将Matlab仿真实验融于理论教学中，以Matlab仿真为主线，以实验内容为载体，突出实验过程的现象分析和问题解决，提高学生理论联系实际的能力。
在综合设计方面，开设与课程内容密切相关的大作业，如：图像识别、信息提取、噪声滤除等，按照“提出问题—设计方案—仿真验证—研究报告”的思路，加强学生对基本理论知识的理解和掌握，包括：信号的产生及变换、信号的频谱分析、系统的频率响应及调制解调等重点，培养学生综合性、设计性的实践能力，强化创新精神。
在工程实践方面，结合人才培养目标，建立课内外结合的实践教学体系，利用我校电气工程专业的重点学科优势，开设工程性实验、创新性实验，注重“信号与系统”基本理论在电力系统领域的实际应用，引入工程概念，突出实践项目的工程导向性，建立工程式特色实践教学平台，促进学生实践能力的提高和全面发展，形成“立足基础、面向工程”的人才培养模式。
五、结语
实践证明，“信号与系统”课程通过实现多层次的课程体系、多元化的教学方法、全方位的教学资源和多维度的实践环节，建立由传统与现代相融合，理论与实践相结合的立体化教学新体系，能够全面提高教学效果，为高素质人才培养提供了一套行之有效的教学模式。
参考文献：
[1]张瑞成，王福斌，陈至坤.“自动控制原理”课程立体化教学体系研究与实践[J].实验技术与管理，2013，30（9）：181-184.
[2]郑君里，应启珩，杨为理.信号与系统[M].第三版.北京：高等教育出版社，2009.
[3]尹文嘉，王惠琴.立体化教学模式的探索与实践[J].中国电力教育，2014，（8）：44-45.
（责任编辑：刘丽娜）