“信号与系统”研究型教学方法的研究与应用

“信号与系统”研究型教学方法的研究与应用

【摘 要】针对“信号与系统”课程的教学，开展研究型教学有着重要的意义，它符合信号与系统的课程特点和我校本科生的认知特点，将研究型教学理论引入到教学改革中，尝试设计基于问题的教学方案。实践表明，在信号与系统的教学中应用研究型教学理论，大大增强了学生的主观能动性，激发了学习兴趣，提高了学生的综合素质、实践能力和创新精神。

【关键词】信号与系统；研究型教学；基于问题教学；取样定理

【Abstract】ccording to the course of “signals and systems” teaching， has important significance to develop the research teaching， which accords with the cognitive characteristics of signal and system course and our school undergraduate students， the research teaching theory into teaching reform， try to design the teaching plan based on problem. Practice shows that， application of research teaching theory in the teaching of signal and system，greatly enhanced the students’ subjective initiative， stimulate the students interest in learning， improve the comprehensive quality ，practical ability and

creative spirit of the students.

【Key words】Signals and systems； Research teaching； Teaching based on problem； Sampling theorem 0 前言

“信号与系统”是我校电类专业本科生一门重要的专业基础课，也是很多学校的考研课程。该门课程的前期基础课程有“高等数学”、“复变函数”等，后续课程有“数字信号处理”、“通信原理”等，因此该课程起着承上启下的桥梁作用。

然而，由于“信号与系统”涉及的数学知识多、理论性强，使得学生在传统的“接受性”学习中几乎都是以“听课―笔记―记忆―考试”的形式度过，抑制了学生的学习热情和学习兴趣，忽视了研究能力和创新能力的培养[1]。 为了切实贯彻我校“祈通中西，力求精进”的校训，提高学生的综合素质、实践能力和创新精神，课题组提出在“信号与系统”课程中开展研究型教学方法研究与应用的教改课题。

1 研究型教学理论

研究型教学是一种以学生为主体的教学方式。从广义上讲，研究型教学是指指导学生主动进行研究的教学活动，是一种教学理念和方法，该教学方式适用于所有学科。从狭义上讲，研究型教学是指在教师的指导下，选择适当的课题，

通过类似于科学研究的方法，让学生针对“问题”进行科学研究，收集和分析所获得的资料，让他们亲身体验运用原有知识获取新知识的过程，以提高他们分析和解决问题的能力[2-3]。

2 “信号与系统”课程的研究型教学实践

“信号与系统”课程用到很多数学知识，内容较抽象，有很强的逻辑性和理论性。同时，该课程又具有相关的工程应用。针对“信号与系统”课程的这些特点，在对该课程进行研究型教学的实践过程中，采用了基于问题的教学法，将数学和工程知识相结合，加强学生理解基本概念和基本原理，增加学生学习的兴趣，培养他们的逻辑性思维。该课程研究型教学方法的要点如下： 2.1 基于问题的教学法

“问题”是科学研究的源头，培养学生的“问题”意识是研究型教学的关键。传统的接受式教学并不能完全适用大学的课堂教学，教师应对学生更多地加以引导和启发。 问题教学法的宗旨是引导学生发现和探究问题，进而解决问题并验证其得到的结论。“信号与系统”基于问题的教学法步骤如下：

（1）启发式教学，加强教-学互动。在课堂教学中，教师不要把相关章节的结论直接告诉学生，而是有目的和针对性的对学生进行诱导和启发，引导他们自已发现问题，鼓励

学生积极思索，寻找问题的答案。启发式教学使学生在学习基本概念和基本理论的同时，能从问题的发现、提出、解决等过程中体验研究的精髓，培养其逻辑性思维。 （2）专题讨论，激发兴趣。针对学生比较集中的疑问在课堂上进行讨论。通过专题讨论，可以帮助学生理清基本概念和知识难点，使他们在提出和解决问题的过程中获得和应用相关知识， 并在专题讨论中，将抽象理论与工程实际应用结合起来，提高其学习兴趣。

（3）总结评价。教师对学生的发现问题、提出问题、解决问题的全过程进行点评和总结，对学生提出的问题和得到的结论进行引导和补充，并介绍一些相关应用领域的热点问题，激发学生的研究兴趣。 2.2 理论讲授和实际应用相结合

在“信号与系统”的理论教学中，经常碰到学生会问教师，某个知识点学了有什么用？讲解时，如果把抽象理论与实际应用相结合，就能减少学生学习抽象理论的枯燥感和迷茫感，增加学生对这门课的学习兴趣。比如在讲解取样定理时，学生通常会问：何为取样，为何要取样？对此，可以计算机存储语音信号为例。因为计算机只能处理离散序列，而语音信号是连续信号，所以先要将连续信号离散化，即采样；当播放语音时，因为对接收者来说需要的是仍然是连续的语音信号，所以要把离散信号再恢复为原来的连续信号，即无

失真恢复。采样就是对原连续的语音信号f（t）每隔相同时间TS取一个样本值，其集合为取样信号fs（t）；可以看出，当TS越小，fs（t）就越接近f（t），也就越能还原出f（t），但是样本值fs（t）越多，计算机处理的复杂程度就越大。因此可引导学生进一步思考：当TS最大取多少时，可以在样本值尽量少的条件下，由fs（t）无失真的恢复出f（t）？ 此问题可马上勾起学生的求知欲，提高学生的积极性。而取样定理的内容就是该问题的答案。如何引导学生探索解决TS取多大，可由下面几步说明：

先建立取样模型。教师可以在课堂上先简要介绍下取样的概念，再利用多媒体技术直观呈现取样的动态过程，从而得到取样模型，即 fs（t）=f（t）×s（t）（s（t）为脉冲序列）。

由图1所示，根据fs（t）的时域特点，TS的最大值并不能解出。这时，教师可引导学生转换角度分析问题，从时域t变换到频域ω，看是否能求出问题的答案。

由图2知，Fs（jω）中包含了F（jω）的全部信息，只要通过适当的低通滤波器，就可无失真恢复出F（jω），再利用傅里叶反变换就可求出原语音信号f（t），验证了原连续信号可由取样信号表示的结论。 2.3 改革考核方式

在“信号与系统”的考核中，平时成绩除了课堂出勤和

作业外，还将一些问题的探讨和研究报告等加入其中，建立新的更适合创新型人才培养的考核评价体系。 3 结语

在“信号与系统”的教学中开展研究型教学让学生受益良多。通过研究型教学，学生在发现问题、提出问题和解决问题的实践过程中，其主动性、独立性和积极性得到充分地发挥，提高了他们的逻辑思维能力和创新能力。做为一种先进的教学方式，研究型教学适应了当前社会对创新型人才的需求，值得大力推广。 【参考文献】

[1]钟启泉，黄志成.美国教学论流派[M].西安：陕西人民教育出版社，1993：251.

[2]陈琴英.研究性学习与教师角色的转化[J].高教论坛，2005（1）：126-128.

[3]张玮.在研究性学习中教师的角色定位[J].交通高教研究，2004（5）：61-62.

[4]吴大正.信号与线性系统分析[M].北京：高等教育出版社，2005：182-187. [责任编辑：杨玉洁]

作业外，还将一些问题的探讨和研究报告等加入其中，建立新的更适合创新型人才培养的考核评价体系。 3 结语

在“信号与系统”的教学中开展研究型教学让学生受益良多。通过研究型教学，学生在发现问题、提出问题和解决问题的实践过程中，其主动性、独立性和积极性得到充分地发挥，提高了他们的逻辑思维能力和创新能力。做为一种先进的教学方式，研究型教学适应了当前社会对创新型人才的需求，值得大力推广。 【参考文献】

[1]钟启泉，黄志成.美国教学论流派[M].西安：陕西人民教育出版社，1993：251.

[2]陈琴英.研究性学习与教师角色的转化[J].高教论坛，2005（1）：126-128.

[3]张玮.在研究性学习中教师的角色定位[J].交通高教研究，2004（5）：61-62.

[4]吴大正.信号与线性系统分析[M].北京：高等教育出版社，2005：182-187. [责任编辑：杨玉洁]

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