《信号与系统》实验教学改革与研究

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1、《信号与系统》实验教学改革与研究　　摘要：针对《信号与系统》课程理论难度大、抽象、不容易理解等特点，作者分析了一些实验教学方法，包括加大综合性设计性实验比重、课外选修实验和基于实验箱和MATLAB的软硬件结合的教学模式。实践证明，这些方法有利于培养学生的实践动手能力和创新能力，提高教学质量。　　关键词：《信号与系统》创新能力培养选修实验机制实验箱MATLAB　　《信号与系统》课程是电子信息与通信类专业本科生必修的一门重要专业基础课，在信息类专业课程体系中起着承上启下的作用。该课程的特点是理论难度大，相对于其他课程来说比较抽象，涉及相当多的数学知识和数学公式，老师讲解费时

2、费力，同时学生学习起来不容易接受，对一些基本理论、概念和公式一知半解。《信号与系统》实验课开设的目的是使学生掌握《信号与系统》学科方面的基础知识，掌握基本的实验技能和实际动手能力，通过本课程的实践，提高分析问题和解决问题的能力，使学生有信心也有能力逐步适应本领域迅速发展的需要。结合多年的实践教学经验，笔者提出了一些提高《信号与系统》实验教学质量的方法。　　1.合理调整综合性和设计性实验的比重，注重培养学生的创新能力。4　　根据《信号与系统》实验大纲的要求，目前实验学时数是10学时，多数为基础性、验证性实验。验证性实验过程相对简单，大部分在实验箱上完成，实验电路已经给出，

3、学生只需根据实验要求连线搭电路就可以。这样造成学生机械地做实验，实际操作能力和综合分析问题的能力不能提高。教研室经过多年的努力，大力改革调整实验内容，适当增加综合设计性实验和创新性实验的比重。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。综合设计性实验的特点是，给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，实验内容涉及本课程的综合知识或涉及本课程部分知识的实验。这种实验以学生为主体，充分调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，全面提高学生的创新实验能力。　　2.增加实验项目数量，引入课外选修实验机制

4、。　　由于学时有限，课内必须完成的实验学时数是10学时，有的理论知识点实验不能涵盖，学生理解起来有些困难。为了让学生多动手、多思考，深刻理解理论知识，课题组又设计了10学时的课外实验，让学生在课外时间到实验室做实验。实验室能开设的所有实验都制作成电子版实验讲义，该讲义包含详细的实验目的、实验要求、实验内容和实验条件等，学生可以自主选择做哪几个实验。这些资源都挂在《信号与系统》校级精品课网站上，学生可以自行下载。　　3.基于实验箱和MATLAB的软硬件结合的教学模式在信号与系统课程的实践教学中的应用。　　常见的实验教学方式主要有基于信号与系统实验箱的硬件实验教学和基于MA

5、TLAB软件的仿真实验教学。这两个平台的实验教学各有优缺点，硬件实验箱可以使学生接触到信号所依托的硬件电路，观测到实际的物理信号。但存在信号调节范围有限，对信号与系统的理论体现不直观等不足。此外，实验箱只4能提供比较简单的验证性实验，可开设的综合性、设计性的实验较少，难以满足现有的教学需要。MATLAB及其提供的SIMULINK仿真软件包是集数值计算、符号运算及出色的图形处理、程序语言设计等强大功能于一体的数学仿真软件，具备高效、用图像和动画演示结果、动态仿真等特点[1]。尽管其他的高级编程语言如C++、Java正在用于教学中，但由于其具有图形处理及可视化能力、简单而宽

6、松的编程方法、图形用户界面开发环境、平台的独立性等特点，MATLAB仍然被广泛地应用于信号处理相关课程的教学中。在教学中引入MATLAB，有利于学生将所学到的理论知识转化为算法实现，从而促进学生积极主动地学习、实验甚至创新。MATLAB包含信号处理工具箱等丰富的科学计算工具，还提供了可视化的图形用户界面GUI（GraphicalUserInterface）环境，可以方便地创建交互式的操作界面，用户通过设计窗口、菜单、按钮、滑动条、文字说明等对象生成界面，可以利用鼠标或键盘方便地操作。MATLA软件能使繁杂的理论计算变得易于实现，结果能可视化，可以使得教学过程变得更清晰直

7、观；实验方案和参数可以任意调节，弥补实验箱教学的不足。如果全部用软件平台开展实验教学则不利于学生从物理层面上对实际的信号系统进行分析和理解。由此可见，采用单一平台进行实验教学无法达到较好的实验教学效果，所以课题组探讨了一种“软件+硬件”4相结合的双平台实验教学模式[2]。硬件平台的教学内容全部在实验室完成，软件平台的实验内容可由学生在课余时间完成。在进行硬件实验前，学生需先编写程序，完成仿真实验，再将硬件实验结果与仿真实验结果进行对比。采用这样的双平台教学法，一方面可以加深对实验知识点的理解，达到很好的实验效果，另一方面可以培养学生解决问