摘要：针对应用型人才培养的社会需求，讨论了以创新能力培养为核心的“信号与系统”课程的改革。从课程教学理念、教学内容、教学方式方法、教学手段、考核方式等不同方面，讨论了课程改革的具体措施。
关键词：信号与系统；课程改革；创新能力培养；课堂教学
作者简介：赵立岭（1970-），男，山东齐河人，德州学院物理系，副教授。（山东德州253023）
基金项目：本文系德州学院教育教学改革研究项目（项目编号：JGLX-A09008）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）16-0061-02
应用型人才最明显的特征之一就是具有较强的实践创新能力，创新能力的培养应体现在高等教育教学的各个环节。“信号与系统”是电子信息工程专业的核心课程，是一门承上启下的专业基础课，在学生知识体系的构建中占有重要地位。如何在“信号与系统”课程的教学中培养学生的能力，许多教育同仁做了大量的探索。[1，2]本文结合教学实践，从教学理念、教学内容、教学方法以及考核方法等角度，讨论在“信号与系统”课程中以创新能力培养为核心的课程改革。
一、课程教学理念
教师有“授业”的任务，但传授知识并不是最终目的。大学教师要通过对知识的讲解，培养学生的学习能力、创新能力，提高科学素养。教学过程中，学生是主体，教师起主导作用，培养创新能力，必须培养创新的思维和创新的方法。
“信号与系统”是一门具有较强实践背景的学科，在教学过程中，应将其成熟的信号与系统分析方法总结、介绍给学生，以培养学生创新思维和创新方法。
1.变换域分析方法
对一个时域系统的分析，可以转化为频域、复频域或Z域的分析，将结果再反变换到时域。看似问题解决过程变得复杂，实际工作简单易于理解。
2.分解与合成的分析方法
任意激励信号均可分解为一些基本的信号的组合（积分或求和），如δ（t）、ejwt、est、Zn，将基本信号经过系统后的响应进行同样的组合，就得到任意激励信号下系统的响应，这也就是系统卷积运算、傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换。
３.信号与系统分析中，还经常用到极限近似方法
面积不变的三角脉冲在宽度趋于零时，演变为冲激信号；矩形脉冲在脉宽区域无穷时，演变为直流信号，其频谱也就演变为直流信号的频谱。
４.对偶性方法
“信号与系统”课程的许多知识点间具有较强的对偶性，利用这种性质，可将分析方法及结论在不同知识点间迁移。
二、教学内容的改革
“信号与系统”课程以数学及电路分析知识为基础，对信号及系统进行分析。在具体的知识点上，与先修课程“电路分析”和后续课程“自动控制原理”、“通信原理”、“数字信号处理”和“高频电子线路”有交叉。为提高教学质量，许多教育同仁提出课程合并的方案。[3，4]课程整合虽然解决了部分课程间内容的协调问题，但整合后的课程与课程群中其他课程间的问题仍旧存在，且不同专业对知识的侧重有所不同，整合结果不易推广。要培养学生创新能力，“信号与系统”教学内容的改革要注意以下问题：
1.确保“信号与系统”在课程群以及在构建学生知识体系中的核心地位
尽管在教学中常以电路为例进行展开，“信号与系统”所讲的系统分析理论，适用于所有系统，包括控制系统、通信系统以及数字处理系统。在此基础上，根据内容性质及教学方便，合理分配交叉内容。如利用拉普拉斯变换分析线性电路的内容，若在“电路分析”课程中讲授，需要抽出许多学时介绍拉普拉斯变换；若在“信号与系统”中讲授，可作为系统复频域分析的一个应用。
2.根据课程性质，对交叉知识点应各有侧重
例如“调制”与“解调”的概念，在“信号与系统”、“通信原理”和“高频电子线路”中都有涉及。“信号与系统”中讲“调制”与“解调”，主要侧重于信号频谱的搬移，作为傅里叶变换的一个应用，让学生了解课程的工程背景，感受到理论与实践的结合的魅力；“通信原理”则从信号传输的角度，介绍信号传输的过程、传输系统的有效性与可靠性；而在“高频电子线路”中，则给出能够实现频谱搬移的具体电路组成。
3.注意“信号与系统”与课程群中其他课程的内容衔接
课程的性质、任务不同，但最终是要让学生建立一张合理的知识“网”，而不是一个个孤立的知识点。“信号与系统”课程内容既要与先修的“电路分析”有效衔接，又要为后续课程留出接口。比如，“电路分析”的零状态响应和零输入响应是针对具体的一阶或二阶电路，而“信号与系统”则是从系统的角度讲授零状态响应和零输入响应，两者是“特殊”与“一般”的关系。
从课程群的角度对“信号与系统”内容进行改革，有利于学生从总体上把握知识，从而构建科学、合理的专业知识体系，为创新能力的培养打下基础。
三、教学方式、方法的改革
1.不拘泥于数学公式，强调意义或实践背景
“信号与系统”课程中有较多的数学公式、推导过程，往往被学生误认为是数学课，而忽略了课程知识的实践背景。在教学中，应尽可能弱化数学推导，强调概念或结论的物理意义和工程意义。弱化公式推导并不是不推导而直接给出结论，是在保证学生知道知识的来龙去脉前提下，不纠缠于数学推演的细节。对工程背景较强的“信号与系统”来说，有些概念有时只须正确，未必像数学课程那样严谨。如通过发散信号与衰减指数信号乘积的傅里叶变换引出拉普拉斯变换，由抽样信号的拉普拉斯变换引出Z变换，学生很容易理解。若由配分函数引出冲激信号的定义，则比较苦涩难懂。
2.以问题为载体，培养创新能力
在“信号与系统”课程教学中，通过有意识地引入“问题”，可以有效提高课堂教学质量。在讲授新知识前，根据已有知识提出问题。在解决问题的过程中，引入新知识。例如，信号进行傅里叶变换必须满足狄利赫利条件，对于不满足条件的信号f（t）怎么办？可以乘以衰减的指数因子e-at，乘积信号f（t）e-at如果满足绝对可及条件则可进行傅里叶变换，然后通过变量替换得到拉普拉斯变换。保证乘积信号绝对可积的σ的取值范围，就是拉式变换的收敛域。在学生掌握基本知识后，可以留出新的思考题，供感兴趣或学有余力的学生进一步深入探索。如：对称方波的傅里叶级数展开式中无奇次谐波分量，如何由对称方波得到基波分量？[5]冲激响应是一种零状态响应，可为何又具有零输入响应的形式？大部分教材中仅讲后向差分方程的变换域求解，若求解前向差分方程，其边界条件又如何确定？
通过引入问题，学生面对问题学习，提高其学习兴趣。而在解决问题的过程中，不但掌握新的知识，学习能力也得到很好地锻炼。通过分析问题、解决问题，逐步提高学生创新能力。
3.以概念为中心开展教学
概念教学在课程教学中占有非常重要的地位。有些学生学习不好，往往是对一些基本概念掌握不好所致。在“信号与系统”教学过程中，以概念为中心，通过逐步增加概念的外延，加深学生对内容的理解。如变换域分析中的系统函数概念，虽然由响应和激励的变换域表达式之比得到，但与激励和响应无关，是由系统决定的。对于二端口网络，响应与激励取不同量时，系统函数可以是放大倍数、转移阻抗和转移导纳。既然仅与系统特性有关，系统函数可以看作是系统的一种模型，与其他形式的模型（如微分方程、框图、信号流图）之间可以互相转化。分析系统函数可以得到系统的一些特性，如稳定性、因果性、滤波特性等。以概念为节点，将知识点连接起来，最终编织出课程知识“网”。知识间的有机联系，为创新能力的培养提供保障。
四、教学手段的改革
教学手段是为教学服务的，选择什么样的教学手段，要考虑教学内容、教学要求及教学对象。
1.合理利用现代信息技术，提高课堂教学效果
多媒体技术与板书各有优势及不足，根据授课内容将二者合理搭配、各取所长已成为教育同仁的共识。比如：可以借助动画或matlab分析软件将抽象的知识直观化，利用板书对公式进行推导等。为提高学生创新能力，使其开阔视野，利用多媒体技术介绍学科前沿知识，介绍课程内容在实践中的应用。如讲完抽样信号的恢复后，利用动画解释为何车轮或风扇快速旋转时像“倒转”。将问题、知识的概括与总结、课程要求等，通过板书表现在黑板上，方便学生记忆、思考。
2.课内教学与课外教学相结合
由于学时的限制，“信号与系统”的内容不可能全部在课堂上讲完。利用方便快捷的互联网络，将部分内容转移到课外进行；建立课程网站，方便学生自学；在课程网站上设置多家“信号与系统”相关的国家、省精品课程链接，为学生请名师；设置与课程相关论坛、网站的链接，便于学生拓宽视野。课内与课外相结合，将教学内容延伸出教材，学习地点延伸出学校，为培养学生创新能力提供条件。
五、考核方式的改革
在某种程度上说，考核方式是学生学习的导向标。为提高学生创新能力，课程考核由期末考试、平时考核和实验考核三部分组成。期末考试采用教考分离的方式，建有试卷库（逐步过渡为试题库）。平时考核除涉及课堂考勤、作业外，更注重学生课外知识的拓展。像“寻找一处教材的不足”、“寻找一个应用实例”、“总结一种分析方法”、“撰写一篇课程小论文”等，都是课外拓展的选项。学生实验分为验证型、研究型和自主设计型三种，前两种由实验教师指定，最后一种只要求与课程相关，形式、内容不限，可以利用该课程实验室仪器设备，也可利用其他实验实仪器设备，还可以利用软件模拟，给学生以充分的创造空间。
六、结束语
“信号与系统”是电子信息工程专业的专业基础课，具有内容多、理论性强、数学公式多等特点。在教学的各个环节注重学生创新能力的培养，不但有利于提高学生学习兴趣、促进学生较好地掌握课程知识，更有利于高素质应用型人才的培养。
参考文献：
[1]任力颖,卢孟夏,杨萍.应用性本科“信号与系统”课程改革探索[J].北京联合大学学报(自然科学版),2010,(1):89-93.
[2]张法全,王国富.“信号与系统”课程与解决问题能力的培养[J].电气电子教学学报,2011,(5):6-8.
[3]李萍,刘国忠.“电路原理”、“信号与系统”和“自动控制原理”课程的整合与优化[J].光学技术,2007,33(Sl):243-245.
[4]杨晓玲.“通信原理”、“信号与系统”和“信息论与编码”三门课程的整合与优化[J].赤峰学院学报(科学教育版),2011,(8):265-266.
[5]郑君里.教与写的记忆:信号与系统评注[M].北京:高等教育出版社,2005.
（责任编辑：宋秀丽）