一、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容改革

在課程設(shè)計(jì)中加強(qiáng)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，積極引入科研成果，優(yōu)化課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，力圖反映信息領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀，使學(xué)生接觸到學(xué)術(shù)發(fā)展的前沿，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容以打好基礎(chǔ)、面向應(yīng)用為原則，包括理論分析部分和自主提高設(shè)計(jì)部分，時域分析與變換域分析并重，信號分析與系統(tǒng)分析并重，連續(xù)系統(tǒng)分析與離散系統(tǒng)分析并重。在相關(guān)內(nèi)容中，重點(diǎn)選擇能夠強(qiáng)化“信號與系統(tǒng)”重要概念和理論的設(shè)計(jì)內(nèi)容。理論分析部分包括了“信號與系統(tǒng)”課程的核心內(nèi)容——三大變換，以驗(yàn)證性仿真設(shè)計(jì)為主，旨在加強(qiáng)基本理論知識的學(xué)習(xí)、理解和掌握，包括：信號的產(chǎn)生、表示與變換、信號的頻譜分析、系統(tǒng)的頻率響應(yīng)、卷積計(jì)算、信號的合成與分解、求解系統(tǒng)響應(yīng)、拉式變換、Z變換、零極點(diǎn)分析和調(diào)制解調(diào)等。

自主提高設(shè)計(jì)部分包含頻分復(fù)用、抽樣定理工程實(shí)用、音樂合成與分析、數(shù)字自激振蕩器設(shè)計(jì)和應(yīng)用、工頻干擾濾除器設(shè)計(jì)、反饋系統(tǒng)與回音消除器設(shè)計(jì)、音樂回響與混響設(shè)計(jì)、音頻加解擾器設(shè)計(jì)、無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)設(shè)計(jì)和分析，以及噪聲濾除、信息提取、圖像識別等等。采用Matlab軟件、Simulink軟件和Multisim軟件以及三個軟件相結(jié)合的設(shè)計(jì)和分析方法，使學(xué)生能夠透徹理解相關(guān)理論和應(yīng)用。同時鼓勵學(xué)生從工程背景中提出問題，將課程設(shè)計(jì)的過程看作科學(xué)研究的過程，通過科研實(shí)例拓展信號處理的應(yīng)用，開闊視野，拓展知識范圍，提高解決實(shí)際工程問題的能力。在設(shè)計(jì)中注重問題提出、問題分析、問題解決、問題延伸，突出基本理論的數(shù)學(xué)概念、物理概念、工程概念和拓展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)原理、方法和應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。利用課程設(shè)計(jì)的有利機(jī)會，教師應(yīng)注重基礎(chǔ)課與后續(xù)專業(yè)知識點(diǎn)的結(jié)合，夯實(shí)基礎(chǔ)，為掃清后續(xù)課程的困難創(chuàng)造條件，促使學(xué)生用辯證發(fā)展的思維看待基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，形成發(fā)散思維。

二、重視過程管理的改革措施

“信號與系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)以學(xué)生自主設(shè)計(jì)為主，涉及若干知識點(diǎn)或幾種研究方法的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程的自主性，在給定設(shè)計(jì)目的、內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求下，由學(xué)生自行擬定設(shè)計(jì)方案、編寫程序，并加以實(shí)施。在設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)學(xué)生閱讀設(shè)計(jì)所需相關(guān)文獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生良好的閱讀習(xí)慣和攻克難關(guān)的信心。例如，在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生需要使用Matlab函數(shù)來分析信號經(jīng)過系統(tǒng)的響應(yīng)。Matlab針對微分方程分析系統(tǒng)響應(yīng)，只提供了lsim函數(shù)，用于分析和求解系統(tǒng)的零輸入和零狀態(tài)響應(yīng)，但是這個函數(shù)只能對狀態(tài)方程和狀態(tài)變量的初始值進(jìn)行求解。對于用微分方程描述的系統(tǒng)，在解零輸入響應(yīng)時，首先要將系統(tǒng)的微分方程描述形式轉(zhuǎn)換成狀態(tài)方程的描述形式；其次，由于lsim要求輸入狀態(tài)的初始值而不是系統(tǒng)響應(yīng)的初始值，需要由系統(tǒng)響應(yīng)的初始狀態(tài)推導(dǎo)出狀態(tài)變量的初始狀態(tài)，并利用矩陣方法解四元一次方程組。在解決這一問題時，教師既要激勵學(xué)生勇于挑戰(zhàn)困難，又要給予一定啟示和指導(dǎo)，讓學(xué)生找到解決問題的鑰匙，敢于面對問題，通過解決問題樹立挑戰(zhàn)困難的信心。

又如，在設(shè)計(jì)抑制工頻干擾的陷波濾波器時，不僅要求學(xué)生完成較高的性能參數(shù)指標(biāo)，而且要求學(xué)生用零矢、極矢去設(shè)計(jì)和分析。因?yàn)榱銟O點(diǎn)分析是學(xué)生必須擁有的基本功，而每個零矢、極矢在編程時又是不同角頻率參數(shù)ω的矢量，學(xué)生在編程時遇到了較大的阻力。學(xué)生在設(shè)計(jì)報告中多次寫到通過解決問題獲得了很大的成就感和自信心，對設(shè)計(jì)更感興趣。通過課程設(shè)計(jì)的互動過程，教師可以充分了解教學(xué)各個環(huán)節(jié)，全面把握本課程的教學(xué)思想，全面了解學(xué)生的整體狀況和特長，達(dá)到了因材施教，分層培養(yǎng)，促進(jìn)優(yōu)秀生、拔尖生脫穎而出的目的。自主提高設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容應(yīng)該在掌握基本理論知識的基礎(chǔ)之上去做，進(jìn)一步將這部分內(nèi)容形成文字或課件。學(xué)生學(xué)習(xí)后，分小組討論設(shè)計(jì)方案，然后再完成設(shè)計(jì)，收到了良好的效果。

三、建立有效的考核方法

在本課程的設(shè)計(jì)中，改革考核方法，加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的檢查與評定，把課堂表現(xiàn)納入考核機(jī)制，對課堂積極思考、思想活躍的學(xué)生給予加分，活躍課堂氣氛。改變以往的一次考核和答辯方法，在課程設(shè)計(jì)中采用兩次答辯方式。現(xiàn)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)是平時付出少，最后突擊復(fù)習(xí)。考核方法的改革可以避免傳統(tǒng)考核方式一考定勝負(fù)所帶來的應(yīng)試學(xué)習(xí)方法的弊病，對學(xué)生平時學(xué)習(xí)提出要求，給予壓力，將最終答辯的壓力變成了平時學(xué)習(xí)的警鐘，同時也可避免學(xué)生平時不努力致使最后積重難返的后果。加強(qiáng)對學(xué)生設(shè)計(jì)過程的檢查和督促，同時使教師更詳盡掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，有針對性地加強(qiáng)輔導(dǎo)。在課程設(shè)計(jì)過程中，采用三個環(huán)節(jié)的評價方式，包括平時設(shè)計(jì)及答辯，占40%，考核設(shè)計(jì)態(tài)度、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力；設(shè)計(jì)報告，占25%，給定格式樣本，根據(jù)學(xué)生寫作的內(nèi)容、與標(biāo)準(zhǔn)符合的程度考核學(xué)生論述的邏輯性、嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性，課程設(shè)計(jì)報告在年級內(nèi)進(jìn)行查重，只要剽竊字?jǐn)?shù)超過一定數(shù)量，課程設(shè)計(jì)直接記0分；答辯，占35%，考核學(xué)生對設(shè)計(jì)和理論的理解和掌握程度。

在答辯環(huán)節(jié)上主要著眼于科學(xué)全面地評價學(xué)生的綜合素質(zhì)和靈活運(yùn)用所學(xué)知識的能力，明確給出優(yōu)秀和及格的量化考核標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)課程設(shè)計(jì)考核的嚴(yán)肅性、公平公正性，有利于分析、檢查、統(tǒng)計(jì)和評估課程設(shè)計(jì)教學(xué)效果，研究成績分布與教學(xué)的關(guān)系，促進(jìn)教師的教學(xué)積極性，促進(jìn)課程設(shè)計(jì)教學(xué)的提高。在課程設(shè)計(jì)報告寫作方面，對報告的內(nèi)容、形式進(jìn)行規(guī)范，訓(xùn)練學(xué)生的寫作能力，從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和良好的寫作習(xí)慣。這些均為將來的報告和論文寫作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在完成設(shè)計(jì)報告時，還要求學(xué)生思考進(jìn)一步研究的內(nèi)容，使學(xué)生對感興趣的問題能夠持續(xù)研究和探索，為申請大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。

四、效果

“信號與系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)給予學(xué)生充分動手實(shí)踐的機(jī)會，學(xué)生可以從設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)到信號與系統(tǒng)的基本原理與實(shí)際應(yīng)用，對所學(xué)知識獲得感性認(rèn)識和直觀的驗(yàn)證，加深了對信號與系統(tǒng)原理的理解和掌握，為今后將其運(yùn)用到實(shí)際的系統(tǒng)分析中奠定了重要的基礎(chǔ)。在基本題目設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生認(rèn)識了Matlab這個重要的工具軟件，能夠利用Matlab的強(qiáng)大功能，直觀地認(rèn)識信號的時域、頻域的特性，通過圖形去理解相關(guān)概念、理論的本身意義。通過設(shè)計(jì)，學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握了Matlab的基本操作和信號處理指令，教師通過輔導(dǎo)、檢查、答辯等環(huán)節(jié)，不斷幫助學(xué)生糾正設(shè)計(jì)，對于時域、頻域等重要基本概念學(xué)生在設(shè)計(jì)中得到了進(jìn)一步的理解，掌握了系統(tǒng)的各種分析方法

。在自主提高題目設(shè)計(jì)中，由于與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，以選題的方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)程度的提高，起到了因材施教的教學(xué)效果，提高了學(xué)生解決問題的能力，使學(xué)生從課堂上的理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向理論應(yīng)用，對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)有重要作用。由于在設(shè)計(jì)任務(wù)要求中分出了層次，提出了更完整功能和高技術(shù)指標(biāo)（超出“信號與系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)大綱范疇），激發(fā)出了部分學(xué)生探索新事物的熱情，部分學(xué)生所完成的課程設(shè)計(jì)任務(wù)質(zhì)量較好，具有一定的水平，少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生因此脫穎而出。教師能夠負(fù)責(zé)任地做好答疑輔導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、考核等環(huán)節(jié)，使本次課程設(shè)計(jì)教學(xué)充分發(fā)揮作用。學(xué)生普遍對指導(dǎo)教師的工作滿意，希望有更多的課程設(shè)計(jì)機(jī)會。課程設(shè)計(jì)對學(xué)好本專業(yè)后續(xù)課程很有幫助，對學(xué)生掌握本專業(yè)技術(shù)方法打下了良好基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語

經(jīng)過幾年的課程設(shè)計(jì)研究、改革探索和實(shí)踐，在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生汲取新知識的能力、提高學(xué)生分析信號及系統(tǒng)特性的能力、提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識分析問題等方面取得了初步的成果。不斷地對“信號與系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)過程改革等方面進(jìn)行改進(jìn)和完善，與教學(xué)有效結(jié)合，將培養(yǎng)出更高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

作者：羅倩 朱希安 單位：北京信息科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院