基于CDIO的“信号与系统”创新性教学探究.docVIP

基于CDIO的“信号与系统”创新性教学探究 　　摘要：基于CDIO工程教育理念，对“信号与系统”课程进行创新性教学，重点讲解能够让学生实践的理论内容，并精挑细选4次课外作业来培养学生的实践能力。实际经验表明，该教学方法取得了良好的效果。 　　关键词：理论；课外作业；实践 　　作者简介：蔡义明（1976-），男，广西桂平人，广西大学电气工程学院，讲师；徐辰华（1976-），女，河南卫辉人，广西大学电气工程学院，副教授。（广西 南宁 530004） 　　基金项目：本文系新世纪广西高等教育教学改革工程项目“CDIO模式下自动化专业微控制技术系列课程建设与教学改革”（项目编号：2013JGA109）的研究成果之一。 　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0092-02 　　“信号与系统”课程的任务是研究信号和系统的基本理论和基本分析方法，包括信号的分析与处理、系统的分析与综合等。针对人才培养模式单一、大学生实践能力和创新创业能力不强等问题，先后立项了“电气工程类大学生创新教育基地建设的研究与实践”、“CDIO模式下自动化专业微控制技术系列课程建设与教学改革”项目，研究电气工程类大学生实践能力和创新能力的培养，研究出一系列成果。[1-3]“信号与系统”课程创新性教学就是基于CDIO模式下注重教学内容的优选和先进教学方法的合理运用，实现理论与实际应用的结合，加深学生对基础课程和专业课程之间的理解，加强学生对系统的认识深度，培养学生主动的、实践的和课程之间有机联系的工程学习模式。 　　一、CDIO工程教育理念 　　大学本科生普遍存在“一强一差”，即理论基础“强”，实践能力“差”，原因是教育着重点在于理论教授，应用部分内容缺失或理论与应用联系不够密切、不够系统。CDIO工程教育理念是麻省理工学院、瑞典林克平大学、查尔姆斯技术学院、瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国合作研究于2004年创立的。[4]CDIO（构思―设计―实现―运行）工程教育理念正是源于对产品、工程、系统生命周期的强调，让学生以主动的、实践的和课程间有机联系的方式进行工程学习，获得工程能力，将“未来工程师”培养成能够在现代团队环境下构思―设计―实现―运行复杂高附加值工程系统的真正卓越人才。该理念是很多专家和学者倡导的“科学主导工程”的训练方法和“课堂教学必须和实践教学紧密结合起来”的教学方法的继承与拓展。 　　“信号与系统”课程的特点是理论抽象，公式推导繁琐，且同时具有很强的实用性。 　　基于CDIO工程教育理念，结合“信号与系统”课程的特点，从立项开始，就着手大力对该课程进行创新性教学改革。首先减少该门课程的理论讲授部分，重点讲授能够将其应用到实际案例的理论；其次，让学生切实将所学的理论应用到实际当中。 　　二、教学内容改革 　　“信号与系统”原计划讲授36学时，课程共2学分，表1为改革创新前的教学内容。 　　该课程原教学过程中存在以下几个问题：[5]第一，该课程与《自动控制理论》内容存在重复，诸如拉普拉斯变换、系统函数等都与信号与系统相同。第二，相同的基本概念在不同课程中出现不同的提法， 比如， 传递函数与系统函数、脉冲信号与冲激信号、脉冲响应初始条件与冲激响应起始状态等，容易引起学生理解上的混乱。第三，原教学计划中将仿真实验安排在最后，使得学生在学习理论部分的时候枯燥无味，产生难学、厌学情绪。第四，学生的实践部分几乎没有，培养学生的创新能力更无从谈起。 　　创新性教学改革后，计划讲授仍为36学时，将“构思―设计―实现―运行”理念贯穿整个课程，表2为创新性教学改革后的教学内容。 　　第一，删除与“自动控制理论”存在重复的内容：将第二章连续信号与时域分析中的内容，诸如基本连续时间信号及冲激表示、周期信号的傅里叶分析、非周期信号的傅里叶变换、周期信号的傅里叶变换连续信号的拉普拉斯变换从6学时压缩至2学时；将第三章连续时间信号处理从4学时压缩至1学时。删除重复授课时间共7学时。 　　第二，压缩纯理论授课时间：第四章离散时间信号的分析6学时压缩至4学时；第六章离散信号的傅里叶变换4学时压缩至3学时，压缩纯理论授课时间共3学时。同时，增加理论到工程实践的讲解共7学时，特别是计算机处理离散信号的方法。 　　第三，原计划第九章Matlab仿真实验内容比较多、臃肿繁杂，创新性教学改革后，只保留离散时间信号的复频分析，将其余4个学时分配到整个课程当中。 　　第四，着力增加学生的实践内容。课程的理论教学内容不是多多益善，只要能够将所教授的理论应用于实践，则恰到好处；作业不在多，只要作业与理论部分紧密联系就好。围绕这个原则，经过经验总结和精心挑选，4次作业的内容如表3，4次作业相当连贯，是一个系统工程，与CD