“信號與系統(tǒng)”課程創(chuàng)新探索

王昭

摘 要：針對目前“信號與系統(tǒng)”課程特點及教學中存在的問題，文章分析了應用型本科院校“信號與系統(tǒng)”課程的教學目標、教學對象及學情，結合計算機仿真，提出從教學設計和方法等方面進行課程教學創(chuàng)新。教學實踐表明，該方案的實施可以明顯改善教學效果，提高學生聽課的積極性。

關鍵詞：“信號與系統(tǒng)”;課程創(chuàng)新;教學改革

0 引言

大學教育分為3個階段，通識教育、學科基礎教育和專業(yè)教育。“信號與系統(tǒng)”課程是一門通信工程、電子信息工程、電氣工程及自動化等相關專業(yè)非常重要的學科基礎課程，在整個專業(yè)體系教育中起到承上啟下的作用。承上，學生要先修“高等數(shù)學”“線性代數(shù)”“電路分析基礎”等課程;啟下，“信號與系統(tǒng)”課程中的方法和理論是學生后續(xù)學習“通信原理”“數(shù)字信號處理”“自動控制原理”等課程非常重要的基礎。課程中提出的概念以及相關的思想和方法在很多科學和技術領域都起著十分重要的作用。另外，本門課程是電子信息類很多高校的考研專業(yè)課，其重要性得到越來越廣泛的認識。所以如何上好“信號與系統(tǒng)”課程，使學生學的懂、主動學，至關重要[1]。

1 “信號與系統(tǒng)”課程簡介

這門課程的核心是通過“信號與系統(tǒng)”課程的學習，使學生掌握信號的表示、系統(tǒng)的描述以及信號加入到系統(tǒng)所產生的響應。

圍繞著上述核心問題，課程分別從時域、頻域、復頻域角度展開分析，同時開展信號頻譜分析、能量頻譜分析、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和因果性等方面的研究，對于通信中的調制與解調、頻分復用、時分復用、失真等工程應用背景很強的內容也有涉及。總體來說，包括了連續(xù)信號與系統(tǒng)和離散信號與系統(tǒng)兩類系統(tǒng);時域分析法和變換域分析法兩種分析方法;傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換三大變換[2]。

2 “信號與系統(tǒng)”課程教學現(xiàn)狀

“信號與系統(tǒng)”的教學對象是電子信息類本科二年級以及專科通信技術專業(yè)的學生，學生數(shù)學基礎相對薄弱，學習自控力有限，如何因材施教，把課程講得通俗易懂而又知識點全面，激發(fā)學生的學習熱情和積極性，是首先要解決的問題[3]。

傳統(tǒng)的“信號與系統(tǒng)”教學，以課堂理論講述及公式推導為主。由于該課程本身理論性強，涉及大量數(shù)學推導與證明，與“高等數(shù)學”結合甚密，要求學生有較好的數(shù)學基礎，所以這門課程一直以來都被認為是一門較難的專業(yè)課，學生往往覺得枯燥、抽象、難懂，比如卷積的定義，周期信號的傅里葉級數(shù)展開等，整體來說教學效果不是十分理想。

3 “信號與系統(tǒng)”課程教學創(chuàng)新研究

針對上述問題，結合學生的實際情況，討論“信號與系統(tǒng)”課程講授過程中的創(chuàng)新點，目的是提高學生學習興趣，改善教學效果。

3.1 理論教學和實際工程應用相結合

“信號與系統(tǒng)”課程雖然公式多、計算量大，但是這些枯燥的數(shù)學公式后面都包含著鮮活的工程意義。所以，授課時應注重前沿科技與學生熟悉的生活實際案例的結合，讓學生深刻體會本門課程的工程意義而絕非只是數(shù)學課，提高學生的學習熱情，提升學生積極思考、延伸學習的能力。實現(xiàn)培養(yǎng)學生由問題到目標的探索學習能力、邏輯思維的能力以及運用知識解決問題的能力等等。如表1所示，列舉了“信號與系統(tǒng)”課程中可以和工程應用相結合的部分知識點。

3.2 理論教學和實驗、仿真相結合

結合實驗、仿真等多種手段，降低學生的理解難度，轉變傳統(tǒng)課堂教學抽象難懂的狀況。

以周期信號的分解與合成為例，如圖1所示，是通過MATLAB軟件仿真周期信號的分解與合成理論，最高諧波次數(shù)分別取到7次、21次、41次和99次，使學生直觀地理解“所取諧波分量越多，合成波越接近原來的方波信號”這一結論及吉布斯現(xiàn)象。

以抽樣定理這一節(jié)內容為例，講授時可以通過理論推導與實驗波形測量相結合的方式，增加學生對該知識點的理解。如圖2所示，其中，原信號為周期性的三角波信號，最高頻率為3 kHz，采樣頻率及示波器的截止頻率如圖2所示，實驗結果驗證了采樣頻率必須取原信號的最高頻率的兩倍以上，即：fs>=2fm;濾波器的截止頻率fc必須滿足fm<=fc<=fs-fm，原信號才可被無失真的恢復出來。實驗結果和理論推導相結合，直觀明了。

4 結語

“信號與系統(tǒng)”課程作為電子信息類專業(yè)的基礎課，占有重要的基礎地位。通過理論結合實際、應用、實驗等，提高課堂教學效果，提升學生學習興趣，降低學生學習難度，達到培養(yǎng)學生由問題到目標的探索學習能力、邏輯思維分析能力、運用知識解決問題的實踐動手能力的目的。

[參考文獻]

[1]李曼.微課在“數(shù)據(jù)結構”課程中的設計和應用[J].微型電腦應用，2020（10）：59-61.

[2]燕慶明.信號與系統(tǒng)教程[M].3版.北京：高等教育出版社，2012.

[3]白魚秀.“大學計算機基礎”課程多元化教學改革研究[J].微型電腦應用，2020（9）：19.

[4]吳大正.信號與線性系統(tǒng)分析[M].4版.北京：高等教育出版社，1997.

（編輯 何 琳）