工程教育认证背景下的信号与系统实验教学改革研究

徐晓雨 王淑玉

【摘要】在我国高等教育工程认证中,实验教学是认证专家考量学生是否能够达到毕业要求的重要依据。信号与系统这门课程是电子信息类的专业基础课,教学改革的目标是把课程实验分为验证性、研究性和综合性实验三大类。利用MATLAB软件与实验教学的结合,可以使学生通过实验巩固理论知识,能够解决工程实际问题,从而达到教育工程认证中的相关指标。

【关键词】工程教育认证 信号与系统 实验教学 MATLAB

【基金项目】本文为牡丹江师范学院教学改革项目:信号与系统课程教学改革研究与实践,项目编号为16-JG18030。

【中图分类号】TN911.6-4;G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2018)14-0240-01

1.引言

中国工程教育认证是得到公认的一种国际标准和要求,是由中国工程教育认证协会组织实施的认证。此认证的宗旨在于实现我国工程教育的国际互认,实现我国工程教育与国际接轨,从而提升工程教育质量。在工程认证中,认证专家考量学生是否符合毕业要求的重要一环就是实验教学。因此,把握好工程认证标准,落实指标体系的新要求,将有利于进一步完善信号与系统课程实验教学,提升实验教学质量并为毕业要求提供支撑。

2.问题的解决思路

在工程教育认证通用标准中,有这样的说明:能利用MATLAB软件进行仿真分析,对满足一定要求的信號和系统建立模型,并在计算机上实现模拟、预测和评估。由于信号与系统是一门理论和实践结合较紧密的学科,因此实验在教学中占有十分重要的地位。但由于教学学时不足等原因,很难达到实验教学要求及效果等问题。基于在实验教学中碰到的实际困难和问题,我们利用MATLAB软件来完成信号与系统的实验教学。学生可以利用其强大的仿真功能将理论课程中的重点、难点用MATLAB编程进行仿真,以达到把抽象的概念形象化、具体化、可视化的目的。加深对理论课程基本概念、基本原理、基本分析方法的理解。利用MATLAB软件仿真,完成信号与系统的实验教学是一种很好的途径。

3.实验教学改革方案

实验课程开设的目标就是培养学生将理论知识应用于实践中,实现这一目标的工具就是MATLAB软件,可以把信号与系统实验以MATLAB软件为主进行仿真。将实验分为三种类型:验证性实验、研究性实验、综合设计性实验。

验证性实验一般是针对相对抽象的知识点,进行直观的演示,比如观察具体的波形图。这样的实验在操作的时候比较简单,主要是要加深学生对理论知识的理解。例如抽样定理实验,对于信号的抽样,学生并没有直观的认识。通过本次实验可以使学生观察到不同采样频率下,输出信号的波形图。可以清晰的看到信号混叠和不混叠的明显差异,深刻理解采样定理的重要意义。

研究性实验目的在于使学生掌握研究问题的方法,培养分析问题,提出解决方案的意识。通过实验操作,激发学生的学习兴趣。可以让学生先从理论进行分析,接着设计多组实验,比如通过改变实验参数,来观察多个实验现象。对这些现象进行分析比较。例如,研究一阶电路的零状态响应实验。在相同的输入信号的激励下,系统不同时,得到的rzs(t)不相同。同样地,限定了一个LTI系统时,当输入的e(t)不同时,所得到的rzs(t)也不同。

综合设计性实验往往会和其他前导课程或者后续课程相联系,拓宽学生的知识面,培养学生的科学研究素养。例如在滤波器设计的实验中,学生可以在MATLAB软件中,按照实验指导书上的提示设计出低通滤波器的频率响应代码。画出低通滤波器的频率响应特性曲线。具体过程是:在MATLAB信号处理工具箱中,有一个称为freqs的函数,能够计算系统的频率响应。如果直接调用freqs函数,则MATLAB软件会在绘图窗口中自动地描绘出幅频特性曲线和相频特性曲线。通过频率特性曲线就可以直观地、清楚地观察到低通滤波器的特点。同理,相应地也可以设计出高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。

4.结束语

以工程教育认证为背景,评价工科专业的办学质量,是今后高等教育发展的新趋势。以学生为主体、确定可以量化的教学目标,把信号与系统实验与MATLAB软件结合,通过做实验,使学生加深对理论课程的理解。同时可通过学习MATLAB编程语言,加强学生的编程能力。最终对工程认证各项指标的达成,提供强有力的支持。

参考文献:

[1]李志义.适应认证要求推进工程教育教学改革[J].中国大学教学,2014.

[2]闫红梅,吴冬梅,吴延海.MATLAB 在周期信号分解及频谱中的应用[J].实验技术与管理,2016.

[3]沈莉丽.信号与系统实验课程的教学思考与探讨[J].实验室科学,2016.

[4]范芳.高校实验教学评价体系现状与分析.实验科学与技术,2016.

《工程教育认证背景下的《信号与系统》实验教学改革研究》原文作者:徐晓雨 王淑玉,该学术论文发表于:课程教育研究 2018年13期

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