案例教學法在《信號與系統》課程中應用的研究

鄭秀萍+朱彥軍+劉麗

摘要：《信號與系統》課程是電子通信類專業的學科基礎課程，具有較強的實踐應用背景，其所修理論知識和問題解決方法，將廣泛應用于現代通信領域和自動控制領域等。案例式教學是通過實例，使抽象的理論具體化，對于提高學習興趣和積極性有很大的幫助。本文以生活中常見的調頻式收音機為案例，探討案例教學法在《信號與系統》課程中的應用。經過近五年的課堂實踐，證明案例式教學是《信號與系統》課程的行之有效的教學方法之一。

關鍵詞：信號與系統；案例教學法；調頻式收音機

基金項目：2013年校級教改項目；項目標號：20

TN911.6-4

信號與系統是電子通信類學科的專業課程，為后續的數字信號處理、通信原理、通信電子線路等專業課程奠定基礎，提供基本理論和解決問題的方法等支持。該課程具有較強的實踐應用背景，其所修理論知識和問題解決方法，將廣泛應用于現代通信領域和自動控制領域等。因此，如何提高教學效果成為教學研究的重點。

案例教學法（Case method），又稱“蘇格拉底式教學法（Socratic method）”，主要強調的是自主學習、合作學習和探究學習。最初應用于法學和醫學專業的教學中，現在已經廣泛應用于會計、市場營銷等教學領域。

案例為教學目標服務，所選案例要緊扣教學內容，應具有典型性，真實性。還要具有代表性和普遍性，具有舉一反三、觸類旁通的作用。典型的案例往往涉及的關系比較全面，有助于學生從各個方面對所學理論加以驗證，從中得出正確結論。

通過真實典型的代表性案例，可以充分調動學生學習的主動性和積極性，有利于學生精神始終維持最佳狀態，提高教學效果。

一、案例教學法在《信號與系統》課程中應用的可行性研究

案例法教學可以有效的激發學生的學習興趣，培養學生分析問題、解決問題的能力，變被動的接受知識為主動的探索學習。

《信號與系統》課程主要以介紹基本概念和基本原理為主，對于首次接觸專業領域的學生來說，學習起來有一定的難度，特別是在三大變換的必要性、調制解調、抽樣定理等重點、難點內容上。傳統的授課方式，容易養成學生被動學習的模式，勢必會導致學習積極性的降低，隨著課程講授內容增加，很多學生不解部分越來越多，容易學習疲勞。

而案例法教學則可以有效解決這一問題。可以將生活中常常出現的、側重原理應用的內容以案例的形式引入教學中，引導學生對這些特殊的情景進行討論分析，使本課程中的理論知識有著落點，理論聯系實際，從實際應用引出理論學習的必要，之后再利用理論進一步指導實際案例的更好運用。

二、案例教學法在《信號與系統》中的應用

本校采用的是高等教育出版社出版的鄭君里的《信號與系統》第3版教材。第3章傅里葉變換，主要講述了傅里葉變換的定義、常用信號的傅里葉變換、常用傅里葉變換的基本性質等，也是培養學生時域到頻域分析問題的關鍵。傳統的講授是以課本為主，注重推導理論，但繁多的公式，復雜的過程，對于初學者容易形成枯燥、沉悶的學習氛圍。

案例教學的引入，可以有效的改變這一難題。根據教學大綱的內容，在授課之前規劃案例。案例可以是單獨的小知識點，也可以是綜合性的。傅里葉變換這一章，重點和難點是傅里葉變換的定義、調制與解調、抽樣定理等。

為了提高學習的積極性和主動性，培養學生的探索問題、分析問題、解決問題的能力，設計調頻式收音機綜合案例來解決這一難題。

在講授第3章之前引出案例，在教師的引導下，以調頻收音機為案例，在了解發射端和接收端的主要功能時，畫出收音機的基本原理框圖，如圖1所示：

語音信號經過處理之后發射，存在的問題及解決方法：

（1）語音信號在基帶傳輸中存在混疊問題

為解決這個問題，引入傅里葉變換3章第4節的內容傅里葉變換。傅里葉變換是把時域中的問題變換到頻率域（簡稱頻域）的一種變換域的分析問題的方法。語音信號在時域中是隨著時間變化的無規則信號，但在頻域中，發現語音信號是頻帶有限的信號。如圖2所示：

通過傅里葉變換的學習，培養學生變換域解決問題的方法，開闊思路，為后續的拉普拉斯變換和Z變換打下良好的基礎。

（2）如何在空間中傳輸多路信號，

通過學習傅里葉變換、常用信號的傅里葉變換、基本性質發現，可以采用調制來解決語音信號在基帶的混疊問題。示意圖3所示：

（3）接收端如何選出接收的某一路信號

在接收端，要選擇頻段，涉及濾波器的參數選取問題，對濾波器的分類、工作原理等，由此引出這一部分內容。

在本案例中則是選擇帶通濾波器選擇某一路信號，進行解調，為了保證語音信號的質量，解調后信號經低通濾波器處理，再經過功率放大，通過喇叭播出。

由此不難發現，通過合適的案例，帶著探索的問題，既可以在授課時，充分引起學生的學習興趣，理論聯系實際，充實理論，培養學生學以致用的觀念，又避開只講理論，造成學習動力不足，后繼無力的現象，同時又可以培養學生的分析、綜合、動手能力。

在系統學習完這部分內容，可以讓學生利用MatLab軟件進行仿真，也可以利用電路元器件進行實際電路的設計與實現。真正做到理論與實踐的有效結合，提高學習的主動性和創新性，使課堂教學實踐教學和自主學習等高效的結合起來，互相支撐，相輔相成。

三、總結

《信號與系統》是一門學科基礎理論課程，主要以基本概念和基本理論，基本分析方法為主，培養學生的變換域分析問題的思想。而傳統教學模式，不利于學習興趣的提高，探究問題的培養。

案例式教學法以現實生活中常見的案例，將枯燥的理論知識運用到實際的生活中，可以有效的提高學生分析問題、解決問題的能力，利于創新思維的培養，使教學活動變得有趣、實用、生動、高效。從而提高教學效率、保證教學質量，是提高信號與系統課程授課效率的有效的教學方法之一。

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[4]朱永紅.《信號與系統》的綜合案例教學方法【J】.教育教學論壇，2014，53：192-193.

作者簡介：鄭秀萍，女，講師，碩士，太原科技大學電子信息工程學院，主要從事信號與系統及相關課程的教學研究，盲源分離、信號處理等方面的科學研究。