移動網(wǎng)絡(luò)信號與系統(tǒng)實驗教學(xué)改革

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摘要：信號與系統(tǒng)作為一門電子電氣類專業(yè)基礎(chǔ)主干課程，同時又是涉及多門數(shù)學(xué)課程的抽象課程，實驗教學(xué)對于幫助學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容顯得尤為重要。針對傳統(tǒng)的“教師演示，學(xué)生圍觀”實驗教學(xué)方式存在的看不到、記不住等問題，基于移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并借助簡單的設(shè)備，搭建了直播演示平臺，嘗試對傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式進行改革探索。實踐證明，改革有助于實驗教學(xué)，有助于廣大學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng)；實驗教學(xué)；移動互聯(lián)；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；改革探索

1引言

信號與系統(tǒng)課程是電子電氣類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)主干課程，是一門承上啟下的課程，同時與很多課程（例如通信原理、數(shù)字信號處理、通信電路、圖像處理、微波技術(shù)等）有很強的聯(lián)系，是學(xué)習(xí)這些專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)性先修課程，也是相關(guān)學(xué)科（如通信工程、信號與信息處理、電子信息工程等）的研究生入學(xué)考試的一門重要考察課程[1]。在很多高校中，信號與系統(tǒng)開始是作為電子信息類專業(yè)（特別是通信類專業(yè)）的基礎(chǔ)課程開設(shè)的。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，其內(nèi)容也從單一的電信號與系統(tǒng)分析擴展到非電信號與系統(tǒng)分析，課程也逐步擴展成電子信息、自動控制、電子技術(shù)、電氣工程、計算機技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程等眾多電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，甚至在很多非電專業(yè)中也設(shè)置了這門課程。由于課程內(nèi)容涉及大量數(shù)學(xué)內(nèi)容，例如線性微分方程、積分變換、復(fù)變函數(shù)、離散數(shù)學(xué)等多門數(shù)學(xué)課程的內(nèi)容，信號與系統(tǒng)是一門很難學(xué)的抽象課程[1]。因此，實驗教學(xué)對于幫助學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容顯得尤為重要[2]。何臘梅運用THKSS-E型信號與系統(tǒng)實驗箱來輔助信號與系統(tǒng)的實驗教學(xué)，不僅能夠快速得到準確而清晰的實驗結(jié)果，而且能給學(xué)生提供一個很好的二次開發(fā)平臺[3]。陳娟等人使用開源的Python語言和PyQt5設(shè)計出友好簡潔的GUI界面，并設(shè)計了信號與系統(tǒng)實驗仿真平臺，幫助學(xué)生在理解原理的基礎(chǔ)上很好地完成實驗內(nèi)容，并提高了學(xué)生的工程實踐能力和編程能力[4]。徐曉雨等人利用MATLAB軟件與實驗教學(xué)相結(jié)合，幫助學(xué)生通過實驗鞏固理論知識，提高解決工程實際問題的能力[5]。然而，盡管實驗工具不同，大部分還是采用的傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式：總結(jié)起來就是“教師演示，學(xué)生圍觀”，如圖1所示。此方式主要存在以下兩點問題：學(xué)生人數(shù)太多，后面的同學(xué)看不到老師演示；學(xué)生上手做實驗時已經(jīng)忘了演示內(nèi)容。為了改善甚至解決上述問題，本文借鑒以往的先進經(jīng)驗[6-9]，結(jié)合所在單位實際情況，嘗試基于移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，借助簡單的設(shè)備，對傳統(tǒng)的“教師演示，學(xué)生圍觀”實驗教學(xué)方式進行改革探索。

2改革方案

結(jié)合以往的相關(guān)改革經(jīng)驗[6-9]，本文總結(jié)和提出了如下三種方案：1）使用錄像設(shè)備對實驗演示進行錄制，供學(xué)生學(xué)習(xí)參考。此方案需要購買錄像設(shè)備或聘請錄像團隊，投入較大，且不適合實驗內(nèi)容變更較頻繁的情況。2）搭建投影平臺，對每次實驗演示進行實時投影，全部學(xué)生均可跟著演示進行實驗。此方案需要購買并搭建投影平臺（包括攝像頭、計算機、投影機等），投入相對較大。3）在移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下（移動網(wǎng)絡(luò)和智能手機在大學(xué)生群體已經(jīng)基本普及[10]），基于直播平臺（斗魚直播等）或者線上會議平臺（騰訊會議等）對演示內(nèi)容進行直播，學(xué)生可在實驗臺上跟著手機屏幕進行實驗操作。此方案基于現(xiàn)有資源，只需購買手機支架（淘寶和京東的調(diào)研結(jié)果顯示，只需100元人民幣以內(nèi)），投入很小，且適合實驗內(nèi)容變更較頻繁的情況。作者所在單位，是一個地方性本科院校，教學(xué)設(shè)備相對落后，資源和資金比較有限，但已建成移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。因此，結(jié)合實際情況，考慮資金投入，本文采用“方案3”對實驗教學(xué)進行改革，即：基于移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，每次實驗課，教師搭好演示平臺（包括實驗箱、手機支架、直播平臺等），學(xué)生登錄直播平臺，教師邊講解邊演示，學(xué)生邊聽講邊實操，遇到問題可以即問即答。演示平臺如圖2所示。

3改革效果和存在問題

3.1改革成效

自2019年5月以來，我們教學(xué)團隊致力于本文的教學(xué)改革，取得了一定的改革成效。1）上課秩序得到了很大的改善改革前，上課時教師演示，學(xué)生圍觀，全部擠到一起，外圍的學(xué)生看不到演示內(nèi)容，就會開始講話，導(dǎo)致環(huán)境嘈雜、秩序混亂，想聽的聽不到；改革后，上課時學(xué)生在各自的實驗臺看著手機屏幕跟著老師演示進行實操，學(xué)生變得專注安靜，上課秩序得到了很大的改善。2）上課效率得到了很大的提高改革前，教師演示完，圍觀學(xué)生再各自回實驗臺進行實驗，看了演示的學(xué)生可能已經(jīng)忘了大部分的演示內(nèi)容，沒看演示的學(xué)生可能完全不知道怎么操作，經(jīng)常實驗課下課時還是有不少同學(xué)沒有完成實驗；改革后，學(xué)生跟著老師的演示進行實驗，基本上能夠提前不少時間完成實驗，上課效率得到了很大的提高。3）學(xué)習(xí)成績得到了顯著的提高對改革前（16級）和改革后（17級、18級）的年級進行成績統(tǒng)計對比，數(shù)據(jù)顯示：改革后，實驗成績平均增加約5分，考試成績平均增加約3分。另外，作者所在學(xué)院，2021年（17級）考研被錄取學(xué)生人數(shù)創(chuàng)歷史新高達30人。對學(xué)生“改革實驗教學(xué)方式”意愿進行問卷調(diào)查，結(jié)果顯示，18級共147名信號與系統(tǒng)學(xué)生，其中，145名學(xué)生更愿意采用改革后的實驗教學(xué)方式，占比高達98.6%。

3.2存在問題

改革實施過程中，也遇到了一些問題：1）網(wǎng)絡(luò)問題：由于視頻直播需要占用比較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬，當全體師生一起登錄直播平臺，難免導(dǎo)致較高的網(wǎng)絡(luò)延遲，甚至無法登錄。解決辦法是，以小組為單位，組內(nèi)只需一位同學(xué)登錄平臺，從而降低網(wǎng)絡(luò)占用。2）嘯叫問題：登錄直播平臺后，學(xué)生一般會同時打開揚聲器和麥克風(fēng)，此時由于師生均在同一實驗室內(nèi)，容易導(dǎo)致自激嘯叫，產(chǎn)生刺耳的噪音。解決辦法是，全部學(xué)生關(guān)閉揚聲器和麥克風(fēng)，破壞自激條件。

4結(jié)束語

信號與系統(tǒng)作為一門電子電氣類專業(yè)基礎(chǔ)主干課程，同時又是涉及多門數(shù)學(xué)課程的抽象課程，實驗教學(xué)對于幫助學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容顯得尤為重要。本文針對傳統(tǒng)的“教師演示，學(xué)生圍觀”實驗教學(xué)方式存在的一些問題，并考慮經(jīng)濟欠發(fā)達的地方性本科院校的現(xiàn)實情況（資源和資金均比較有限），進行了基于移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的信號與系統(tǒng)實驗教學(xué)改革探索。實踐結(jié)果表明：本文采用的改革方案以很小的投入取得了很好的效果，有助于實驗教學(xué)，有助于廣大學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容。另外，本文的改革經(jīng)驗可供其他課程乃至其他院校的實驗教學(xué)參考借鑒，投入很小，容易實現(xiàn)，效果良好。

作者:張強志 黃志芳 黃杰賢 朱向慶 龔昌來 單位:嘉應(yīng)學(xué)院物理與電子工程學(xué)院