高校信號與系統教學改革探討

張利紅 陳伯俊

信號與系統是電子信息、通信工程及自動控制等專業本科學生的必修課程,也是一門理論性、實用性較強,涉及面較廣的專業基礎課。信號與系統教學過程有課堂教學和實驗教學2部分[1]。用信號分析軟件MATLAB幫助完成信號與系統分析,把抽象的理論可視化,同時用信號分析軟件MATLAB幫助完成數值計算、信號與系統分析,可更快速、形象地得到可視化計算機模擬與仿真,實現最佳教學效果[2]。將MATLAB引入信號與系統課程的教與學中,組合互補進行教學,是高校信號與系統教學改革的一種思路。

筆者分析信號與系統課程內容和教學上的特點,結合MATLAB具有強大的數值分析和計算結果可視化的特點,提出高校信號與系統教學改革的方法之一:將MATLAB引入信號與系統課程的教與學中,組合互補進行教學。教學實踐表明:將MATLAB引入信號與系統中,既能加強學生對理論知識的掌握及提高解決實際問題的能力,又能為課堂教學及教學方法和手段的改革增添活力,同時還可以有效地解決教學的難點問題。

1 MATLAB在信號與系統課堂教學中的應用

將基于可視化編程語言平臺的易學易用的信號分析軟件MATLAB用于公式及數學理論推導較多的信號與系統課程的教學與學習,對教師來說,可以簡便高效地解決傳統教學方法中的授課難點;對學生而言,不僅容易接受,還從繁重的手工計算中解脫出來,將學習重點放在對基本概念的理解、原理和方法的分析和運用上。在教學中利用MATLAB的可視化功能,把抽象的理論變成可視化的圖像幫助理解。卷積是時域分析部分的重要內容,由于計算涉及信號反褶、移位及分段確定積分上下限等過程,只在黑板上講解,學生往往很難想象理解。利用MATLAB提供conv等函數簡單的編程對卷積過程進行形象的分析,即把抽象的理論變得可視化,取得很好的效果。同時,MATLAB具有強大的計算功能,復雜的數學運算變得只需簡單的幾個語句就完成,不僅可以輕松求出系統響應的數值解,而且可以繪制系統響應的時域波形,大大提高學習效率[3],從而使學生脫離繁雜的數學運算,重點進行系統分析,而且也提高利用計算機編程解決實際問題的能力。

2 MATLAB在信號與系統實驗教學中的應用

信號與系統課的特點是概念抽象,數學含量大,繁雜的數學公式推導及數學結果使學生難以理解。這就更加需要通過實驗來幫助學生理解這些抽象概念。以往的實驗課的內容大多是純粹的硬件實驗驗證和理解課堂教學內容,但是這樣單一層次的實驗內容結構對能接觸到大量現代信息和媒體的大學生來說已不能滿足需要。結合近幾年的教學實踐與改革提出軟硬結合的實驗教學方法,即在傳統的單純硬件實驗的基礎上增加MATLAB仿真實驗。與傳統單一的硬件實驗相比,軟硬結合開設實驗有如下好處:1)一些代價高昂、不易大面積進行的實驗和一些難以用硬件實驗觀察現象和規律的實驗用MATLAB仿真效果好;2)硬件實驗提高學生的動手能力,軟件實驗鍛煉編程與綜合設計能力;3)通過多種實驗手段,調動學生的積極性和主動性,激發他們學習欲望。

3 結論

將基于可視化編程語言平臺的易學易用的MATLAB開發系統用于信號與系統的教學和實驗,可以讓學生直觀地理解和領會課本中數學推導較復雜、結果不易理解的抽象內容,提高學習的積極性和趣味性,并能夠更深刻地理解教學內容,增強教學效果,提高教學質量。實踐證明,將MATLAB運用到信號與系統的教學實踐中,突破傳統教學模式的瓶頸,解決學生畏難厭學的問題,提高教學質量,教學效果改善明顯,同時也為數字信號處理等專業課教學提供借鑒作用。

參考文獻

[1]鄭君里,應啟珩,楊為理.信號與系統[M].北京:高等教育出版社,2000

[2]張智星.MATLAB程序設計與應用[M].北京:清華大學出版社,2002

[3]龔錦紅.MATLAB在《信號與系統分析》課程教學中的應用[J].華東交通大學學報,2005(5):168-171