信号与系统是一门实用性强、涉及面广的专业基础课，课程中的基本概念和方法对于所有工程类的专业来说都很重要,但是在教学过程中，缺乏实际应用背景的理论学习对学生而言，是枯燥而艰难的。为了解决这个问题，把抽象的概念与具体的实践结合起来，实验教学是课程中不可缺少的一个重要环节。精心设计的教学实验环节可以大大提高学生对抽象理论的理解，增强学生分析问题、解决问题的能力，是课堂教学的有力补充。然而，在实际教学中，实验课程往往达不到理想的效果，因此，很多高校都在不断探索新的实验教学的方法和模式，努力提高实验教学质量。
1 存在的问题
从实验手段来看，目前，信号与系统的实验主要通过三种方式来开展：一是以信号与系统实验箱为主的实验；二是以国际公认的优秀计算软件MATLAB 为主的可视化建模及仿真实验；三是以DSP为工具的系统开发、设计、调试实验。
以实验箱为主的实验操作简单，学生只需按要求的过程去操作，不需要了解实验原理,只要操作正确就可以得到正确的实验结果。这类实验方式形式单调，手段单一，很难培养学生主动思考问题和解决问题的能力。
以软件MATLAB 为主的实验，有强大的数值分析和可视化功能，可以通过在仿真中改变参数或设置故障要求学生判断结果，但全部在计算机上操作，对于学生实际动手能力的提高不大。
基于DSP 的实验起点较高，需要软硬件结合的动手能力，要求学生具备一定的基础才能开展相关实验。一般情况下，学生无法在短时间内掌握相关的实验技能，而课堂上也没有足够的时间进行培训。
无论哪种实验方法，对于信号与系统课程的学习都有一定的促进作用，但也存在一些问题，单一的实验教学模式已经不能满足课堂教学的需求了。为了解决这些问题，通过课堂实践，我们摸索出了新的阶段式实验教学模式。
2 实验教学改革的思路
2.1 改革的目标
近年来，很多高校都在利用MATLAB 进行信号与系统实验的教学改革，将MATLAB软件作为实验的主要手段。与采用传统实验箱的方法相比，提高了实验的灵活性，避免了传统实验方法的缺陷和不足，但是学生失去了实际动手实验的机会，缺少了在实验中发现问题、解决问题的机会。
为了更好地达到实验教学的目标，通过实验真正理解相关的知识点和概念，我们不仅需要新的软硬件的辅助，更需要整个实验教学模式的创新。
2.2 改革的思路
传统的信号与系统实验课程中，学生使用实验箱上手容易，操作简单，可以很容易地得到实验结果，但是却无法判定结果正确与否，因为没有理论对照，也无法自行计算得出理论结果。这种孤立的实验教学模式，无法和课堂讲授紧密地结合起来，实验课上大部分学生只是机械地操作仪器，无法调动学生思考问题和解决问题的积极性。
要解决实验教学中存在的这些问题，我们需要设计一种更好的教学模式，既能符合学生的学习特点，更好地理解实验内容，又能最大限度地调动学生动脑动手的积极性，发挥实验课的最大效用。
3 阶段式实验教学模式
3.1 总体描述
在实际的实验教学过程中，通过观察了解学生实验的难点和困惑，利用MATLAB 等辅助手段，我们摸索出了一些应对的经验和方法，即阶段式实验教学模式。
第一个阶段是模拟试验阶段，学生首先通过MATLAB 软件对相关的实验进行计算机仿真，在仿真过程中深入了解实验原理和涉及的知识点。在用实验箱操作之前，学生都对实验有了一定的了解。
第二个阶段是具体实践阶段，学生依照传统模式通过在实验箱上连线等操作完成实验，并记录实验结果。有了第一个阶段的铺垫，学生在实验课上对于出现的问题有了自己的思考和判断，实验的速度和正确率都大大地提高了。学生对于实验结果有了正确的判断，而不会出现不知道结果是否正确的情况。
第三个阶段是实验后的总结思考阶段，这一阶段根据实验的具体内容可以考虑采用不同的方法。做完实验、记录了结果，需要引导学生进一步的深入思考。可以采用理论推导运算的方式来验证结果，也可以再次利用MATLAB 软件，对实验中出现的问题进行仿真模拟，深入理解实验原理，分析思考实验参数对结果的影响。
通过这种新的阶段式实验教学模式，学生对于实验课有了更多的兴趣，对于实验结果知其然也知其所以然，对于信号与系统课程的抽象概念有了具体深入的理解。
3.2 具体说明
以“一阶系统的幅频特性测试实验”为例，搭建好电路后，以一定的间隔（例如100Hz）记录每个采样频率上的幅度比值和相位差。根据选择的电路参数的不同，系统的频率响应特性会有不同，学生需要根据实际情况选择不同的间隔，记录完后绘制出波特图。
这个实验操作并不难，但耗时较长，需要记录较多的实验数据再绘制出结果。实验中的难点在于学生需要调整参数，根据具体参数的选择自行调整记录时的间隔，再根据实际记录的结果判断实验方法是否合理。由于很多学生在实验过程中无法判断记录的数据是否合理，无法在实验过程中调整自己的参数和采样点，导致部分学生无法顺利完成这个实验。
采用阶段式实验教学模式后，学生在实验前先通过MATLAB 仿真计算出一阶系统的幅频特性，作为第二阶段实验箱操作的参考。
在第二阶段实际动手操作时，对于一阶系统的幅频特性已经有了一定的认识，在记录实验数据时能够找到曲线的拐点，并针对拐点出现的频率设置更细的频率间隔。有了第一阶段的学习，学生都可以顺利地完成实验。
实验完成后，在第三阶段，我们再组织学生思考分析和实验相关问题，可以通过MATLAB 改变参数，比较不同的幅频特性曲线。
通过这三个阶段的学习，学生能够完全掌握系统幅频特性的概念，对于抽象的系统函数也有了具体的认识。
实践证明，阶段式的实验教学大大提升了课堂实验的教学效果，通过软硬件结合、理论和实践相互验证的方式激发了学生的学习热情，引导学生思考实验中出现的各种问题、判断实验结果的合理性，也更好地锻炼了学生的动手实践能力。
4 结语
本次实验教学模式改革将单一的实验箱操作的实验模式扩展为三个阶段的实验过程。采用MATLAB仿真计算辅助实验箱实验，再加上理论分析和思考，阶段式的实验教学模式巩固了学生对实验涉及知识点的深入理解和学习。通过一个学年的尝试和探索，实践证明，阶段式实验教学模式明显提高了实验课程的学习效率，增强了学生对实验的认识和理解，培养了学生综合动手实践能力。