如何提高《信號與系統》教學質量

【摘 要】依據《信號與系統》課程在電子信息類專業中的地位，從該課程的教學手段、教學方法和實驗驗證三個方面入手，探索了提高教學質量的有效途徑和方法，并說明了引入MATLAB仿真軟件加強學生對理論知識的掌握以及提高解決實際問題能力的作用。

【關鍵詞】MATLAB 信號與系統 教學改革

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2009)12-0041-02

【Abstract】Based on“Signals and Systems”course in the electronic information in the status of the professional class， from the course teaching methods， teaching content and experimental verification of three-pronged， this paper elaborates effective ways to improve the quality of teaching and methods. And explains the introduction of MATLAB simulation software to enhance student mastery of theoretical knowledge and to enhance the role of the ability to solve practical problems

【Key words】MATLAB Signal and system Teaching reform

《信號與系統》課程是一門實用性較強、涉及面較廣的專業基礎課，一方面它以“高等數學”、“電路分析”為基礎，另一方面它所涉及的知識和理論又是我們進一步學習數字信號處理、通信原理等后續課程的基礎。國內許多高校都將它作為相關專業碩士研究生入學考試課程，同時各大公司在招聘電子、通信專業的學生時，也往往將信號與系統的內容作為筆試的一部分，幾乎所有的工程技術領域都會涉及信號與系統問題。因此，如何有效地改進信號與系統課程的教學效果，提高教學質量，培養和提高學生獨立分析、解決問題的能力，是一項具有重要意義的工作。

一、傳統教學與多媒體教學相結合

有人將信號與系統稱為高等數學的延續，顧名思義是說信號與系統所涉及的公式定理多、數學推理多、解題計算過程繁瑣等。如果單存的運用傳統教學，學生感覺好像一堂課都是定理、公式的推導，就像學習高等數學一樣，很容易感到枯燥、無味，失去學習的動力與興趣，同時又偏離了信號系統這門課的主題;如果單純的運用多媒體教學手段確實有著傳統教學手段所不可比擬的優越性:形象、生動、高效，但是完全采用多媒體教學手段，也存在著一些不足:信息滯留時間短，不利于聯想記憶和認知水平提高，信息量過大，學生難以接受。筆者認為采用兩者結合的方法較好，對于傳統教學手段難于解決的某些知識點以幻燈片、投影形式展現，對于邏輯性較強的推導過程、例題的解答等內容則適于采用傳統的板書方式。只有將兩者有機的結合，才能收到事半功倍的教學效果。

二、對比、歸納教學

本課程的內容是將連續系統與離散系統并列進行研究，首先討論連續系統然后再討論離散系統，同時又并時域分析，變換域分析和狀態變量分析的次序劃分章節，強調連續系統與離散系統的共性與差異，也突出了它們各自的特點。筆者在教學實踐中充分利用這些特點，恰當地運用對比、歸納法進行教學，能夠激發學生的學習興趣并有利于弄清知識的內涵和外延，區別與聯系，收到了較好的教學效果。零輸入與零狀態的求解是信號系統這門課的一個非常重要的內容，為了便于大家掌握此內容，上課時本人運用了對比與歸納法，收到了很好的效果。比如，描述某系統的微分方程為:

對于零狀態響應，在t=0-時刻激勵尚未接入，故應有

=0由于方程的右邊含有沖擊函數及沖擊函數的導數，所以初始值 、 在零點的值將發生跳變。如果想通過時域法求解零狀態響應，就必須對上述的微分方程兩邊進行從0+到0-的積分。如下所示:

響應應該滿足以下公式:

不難求得其齊次解為 ，其特解為常數3，于是有 代入初始值求得:

(t≥0)

如果上述例題運用拉普拉斯變換微分特性，我們不僅能分別求得零輸入響應、零狀態響應也可以一舉求得系統的全響應。對上述方程兩邊進行拉斯變換:

將上式取拉斯逆變換，就可以得到該系統的零輸入響應與零狀態響應。

從上述的求解過程可以看出:如果單純的運用拉斯變換，學生很難記住拉斯變換的微分性質這個公式，并且求解部分分式的系數時，計算量很大;而用時域方法求解時，學生在對初值的求解感到很困難。因此對比以上兩種解題方法可以得到這樣的結論:對于零輸入響應我們運用時域方法求解比較簡單;而對于零狀態響應運用拉斯變換比較簡單，這一點對于數學基礎不好的學生尤其重要。

為了學生能夠不僅會做題，并且理解改題的實際意義，筆者在給學生布置作業時，通常采用以下觀點:(1)盡量以具有實際意義的題為主，將需要掌握的知識點盡可能融入應用里面去。這樣學生在練習的過程中，不僅掌握了知識點并對其應用有了一定的認識，還可以提高同學們的學習興趣。(2)可以將每章習題分為基礎和提高兩部分，對于一般同學只要掌握基礎部分就可以，對于需要考研或要求更高的同學，就可以適當增加練習提高部分的習題。

三、傳統的試驗與軟件仿真試驗相結合

教學實踐是對課堂教學的一個有益的補充，目前多采用試驗箱與MATLAB仿真相結合的方式進行。對于MATLAB仿真可零誤差，對于書中的一些經典的結論進行驗證性實驗，使學生通過自己親自動手，很直觀地看到正確結論，并熟悉MATLAB這個強大的分析軟件。由于硬件的原因，試驗箱的數據或多或少存在誤差，可以增強挑戰性，并可以通過安排綜合性實驗，提高學生的實際運用能力。對于基礎較好的同學還可以提供設計性實驗，以滿足部分同學的需求。由于教學對象的多樣性，可在滿足基本教學實踐的基礎上，根據學生的實際情況，有針對性的安排，滿足不同層次學生的要求。我們讓學生對課程中的重點、難點及部分課后練習通過利用MATLAB軟件的上機實驗，進行形象、直觀的可視化計算機模擬與仿真，一方面將學生從繁瑣的數學運算中解脫出來;另一方面加深其對信號與系統基本原理、方法及應用的理解，以培養學生主動獲取知識和獨立解決問題的能力，為學習后續專業課奠定堅實的基礎。學生普遍感到信號與系統中卷積的概念很抽象，對其中的分析方法與基本理論不能很好地理解與掌握，為了形象地說明卷積的概念與理論，現以MATLAB軟件實現f(t)*h(t)的卷積為例，說明MATLAB軟件仿真試驗的作用。其中:f(t)=2[ε(t)-ε(t-2)]，h(t)=#8495;-tε(t)

該程序如下:

p=0.01; % 取樣時間間隔

nf=0:p:2; % f(t)對應的時間向量

f=2*((nf>=0)-(nf>=2));% 序列f(n)的值

nh=0:p:4; % h(t)對應的時間向量

h=exp(-nh); % 序列h(n)的值

[y，k]=sconv(f，h，nf，nh，p); %計算y(t)=f(t)*h(t)

subplot(3，1，1)，stairs(nf，f); % 繪制f(t)的波形

title('f(t)');axis([0 6 0 2.1]);

subplot(3，1，2)，plot(nh，h); % 繪制h(t)的波形

title('h(t)');axis([0 6 0 1.1]);

subplot(3，1，3)，plot(k，y); % 繪制y(t)=f(t)*h(t)的波形

title('y(t)=f(t)*h(t)');axis([0 6 0 2.1]);

運行結果:

四、結束語

在《信號與系統》的課程教學中，應根據學生的具體情況，緊抓課程的核心內容，有針對性的變化、調整教學手段、內容、方法與實踐;最終讓學生真正的掌握這門課程的精髓及分析方法，為后續課程奠定良好基礎。筆者在本文中所闡述的觀點，在《信號與系統》的課程教學實踐中取得了明顯成效，學生分析問題和解決問題的能力提高了，受到了用人單位的好評。

參考文獻

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