信號與系統(tǒng)教學方式改革芻議

王小東++趙仁宏++季超++蔡占秀

摘 要 為了增強教學效果，針對信號與系統(tǒng)課程的教學方式進行許多有益的探索，提出幾點經驗體會。

關鍵詞 信號與系統(tǒng)；MATLAB；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）24-0126-02

Thinking in Teaching Method Reform of Signal and System//WANG Xiaodong， ZHAO Renhong， JI Chao， CAI Zhanxiu

Abstract In order to increase the effect of teaching， the author carried

out a lot of explorations in related with reform of teaching method of

the Signal and System， the article below is summarized by the authors

experience.

Key words signal and system； MATLAB； experiment teaching

1 前言

信號與系統(tǒng)是通信和電子信息類專業(yè)的一門基礎課程，在目前大量的工科專業(yè)中開設廣泛。學習這門課程，對于學生理解并掌握工程設計、工程控制等理論有重要的指導作用。但這門課程涉及較多的工程物理概念，比如傅里葉變換、零狀態(tài)響應等。這些概念比較抽象，對于剛剛接觸這門學科的學生來說，一時比較難以理解，會影響學習效果，部分學生甚至會產生厭學、怕學等情緒。因此，傳統(tǒng)的教學方式已經不適合發(fā)展現(xiàn)狀。為了改變這種狀況，筆者總結了多年一線教學經驗，提出三點措施，對傳統(tǒng)的教學方式進行改革創(chuàng)新。經學生的反饋情況來看，取得不錯的教學效果。

2 改善信號與系統(tǒng)教學方式的三點措施

加深課程理論的應用引導，促進學生理論與實踐相結合，調動學生學習的積極性 任何一門學科只有與實踐相結合，做到學以致用，才能發(fā)揮它的真實作用，信號與系統(tǒng)也不例外。在教學中，由于本門課的抽象性強，導致許多學生對基本概念的掌握不夠深入，公式理解不夠扎實，成績提升起來比較困難。課程復雜是一個原因，而許多學生日常生活實踐少，觀察不夠細致，也是不容忽視的一個重要原因。只有幫助學生將理論知識與課外實踐結合起來，才能調動起學生學習的興趣，迅速提高成績。要想達到這個目的，除了要求學生在課外多做思考，多觀察實踐以外，教師在教學中的引導也是一個重要的方法。

如在教授線性差分方程這一章節(jié)時，可以引導學生聯(lián)想定期存款復利的例子，將前一年的收入當作y（n），后一年的收入當作y（n+1），這樣就可以使學生將復雜抽象的理論知識與日常司空見慣的實踐知識進行結合，從而更快更方便地理解知識點，掌握線性差分方程的求解方法。如假設年利率為r，一個人每年初都存入相同的存款數為a，請問他在n年后能得到多少收入？這個問題就可以利用差分方程來求解，由題意可得：

y（n+1）=y（n）（1+r）+a

這樣就可以利用解差分方程的形式得到n年之后的存款收入，簡單直觀。

在講授理論知識前先帶領學生做相關實驗，使學生對所學理論知識有個初步的了解，然后再深入講解理論知識 在講課過程中，筆者發(fā)現(xiàn)由于信號與系統(tǒng)這門課的理論比較抽象，許多概念學生理解起來比較困難，如零輸入響應、零狀態(tài)響應、傅里葉級數等。概念理解不清，會影響學生對理論知識的掌握，從而影響學習效果。而這些概念的理解僅僅靠在課堂上聽講是不夠的，需要與實踐相結合才能更好地理解與接受。因此，對本門課的實驗教學就成為促進學生理解抽象理論知識的一個重要方法。

傳統(tǒng)的實驗教學是在學生學習完理論知識之后才進行的，這時學生已經對理論知識有了初步理解，做起實驗來就會更有針對性。在實驗教學之前的理論知識講解過程中，學生對這些基本概念掌握起來比較困難，因為沒有接受任何與理論知識相關的實踐經驗，無法做到理論實踐相結合。因此，筆者認為這種教學方法是不科學的，應該進行相應的改進。可以將實驗教學放在理論教學之前，首先讓學生建立起一個對概念的基本理解，然后帶著自己的理解與實踐去接受理論知識，接受起來會比較輕松，掌握概念也會比較深刻。

比如在講解信號的頻域分析章節(jié)時，可以先讓學生做非正弦周期信號的分解與合成實驗，讓學生對基本理論知識以及相關概念有個初步了解，明白任何非周期信號都可以分解為某個頻率的正弦波的N次諧波的線性組合形式，這樣就可以更容易接受傅里葉級數的理論知識，對本章節(jié)的理解也會更加深刻。而如果先講授理論知識再做實驗，就會使學生在初期接受時比較困難，教學效果就會比較差。

如圖1為將一個方波用N=7次諧波疊加后恢復的波形，圖2為將一個方波用N=31次諧波疊加后恢復的波形，通過對比發(fā)現(xiàn)，疊加后的波形與原波形大致相同，只不過在跳變點有起伏，當諧波次數增大時，圖像與原圖像越相似。經過這個實驗，就會使學生增加直觀印象，從而更快更扎實地掌握理論知識；而如果講解完之后再做實驗觀察，效果就會比之前要差得多。

重視MATLAB教學軟件在課程教學中的應用，使學生建立工程仿真意識，增強教學效果 MATLAB軟件是目前應用非常廣泛的一款軟件，廣泛應用在信息、信號的處理與教學中。信號與系統(tǒng)由于存在大量的數學公式的推導，理解起來會比較困難。MATLAB具備強大的矩陣運算能力，同時又有強大的可視化顯示環(huán)境，友好的用戶界面能夠將復雜抽象的理論公式推導用形象、直觀的圖像展示出來，因此是學習理解本門課程的一個重要的工具軟件。理論上的推導往往比較復雜難懂，概念比較抽象，因此，理解起來非常困難。但圖形化的概念比較直觀，理解起來比較容易。MATLAB軟件具備強大的可視化操作顯示環(huán)境，能夠將公式直觀地通過作圖方式顯示出來，這樣就可以清晰直觀地觀察結果，對理解復雜抽象的物理概念起到幫助。

在講解信號卷積章節(jié)，由于卷積的物理概念比較復雜，過程步驟比較多，公式比較抽象，理解起來非常困難。這時就可以借助MATLAB軟件，將公式推導的過程通過圖形顯示的方式一步步顯示出來，得到最終結果，形象直觀。同時可使學生建立起用工具軟件進行仿真的思維，為以后的工作科研打下堅實的基礎。如圖3為單脈沖波形，圖4為將兩個單脈沖波進行卷積后所得到的波形，與利用公式推導出的公式進行對比，就可以使學生更深刻地理解卷積的原理，而且能夠調動學生利用軟件進行仿真驗證的積極性，從而更主動地學習知識。

3 結語

以上三點是筆者在信號與系統(tǒng)教學中總結的幾點經驗。為使學生更好地理解理論知識，應該積極探索，不斷試驗總結各種新的教學方法，進行教學方式改革，最大限度調動學生學習的積極性，增強教學效果。

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