《信號與系統》課程教學研究與探索

摘要：《信號與系統》課程是大學工科電氣信息類相關專業重要的專業基礎課程之一，是后續相關專業課程的重要理論基礎，是一門要求數學基礎較高的課程。本文針對該課程的特點，探討提高教學效果的教學方法與體會。多年的教學實踐證明，這些方法能夠提高學生學習的積極性，更好地理解課堂講授的理論知識，教學效果明顯提高。

關鍵詞：《信號與系統》；教學效果；教學思路；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）17-0076-02

《信號與系統》課程是大學工科電氣信息類相關專業重要的專業基礎課程之一。該課程要求學生具有較好的數學基礎，同時又是后續相關專業課程的先修課程，在教學環節中起著承上啟下的重要作用。因此，信號與系統課程的教學質量對整個電氣信息類專業后續專業課程的學習有著重要的影響，直接關系著人才培養的質量。

一、明確教學對象，更新教學內容

我們知道，教學對象永遠是教學活動要考慮的首要因素。《信號與系統》課程最初只是通信專業的專業基礎課程。隨著電子技術及計算機技術的飛速發展，目前已經進入了信息時代，信息的傳輸與處理已經成為我們日常生活的重要組成部分。因此電氣信息類方向的基礎課程《信號與系統》課程的教學對象也擴展到了所有的電氣類專業，如測控工程、電子信息工程、自動控制工程、電氣工程及其自動化、光信息科學與技術、計算機科學等等，甚至在很多非電氣類專業中也設置了這門課程。其應用背景也從單一的通信系統擴展到了其他的信息處理系統。因此，在教學中根據學生的專業背景，充分考慮該專業學生具備什么樣的基礎、后續課程的需求以及該專業技術發展將帶來哪些新的知識點等來調整教學內容，并在教學中體現出其相應的工程背景。如對于通信專業，可加強調制解調的介紹；對于自動控制工程專業可增加對反饋系統穩定性判據的介紹；而對于計算機科學專業，則應減少連續時間系統方面內容的介紹，著重離散系統的分析。只有明確教學對象，教學內容與學生的專業緊密結合，才能激發學生的學習興趣，從而讓學生發自內心地喜歡這門課。另外，考慮到信息類專業的特點，在課程內容安排上盡量結合信號傳輸及處理的工程實際，在保證理論內容的完整性前提下，淡化數學推導，強化實際應用，注重物理含義的分析和理解。

二、選定知識體系，明確教學思路

信號與系統課程的教材很多，但其知識體系都是基本相同的，都是圍繞系統對信號的響應展開的。主要包括連續時間和離散時間兩種系統的分析，分析系統的方法包括時域法和變換域兩種方法，其中涉及到數學上的傅立葉變換、拉普拉斯變換及Z變換。在信號與系統課程的知識體系上，不同的教材有不同的安排順序，各個高校在教學中采用的講解順序也不盡相同。我們采用的是先連續后離散的知識體系。把連續時間系統分析的時域及變換域分析講解完后再講解離散時間系統的分析方法。因為連續時間系統與離散時間系統的分析方法在很多地方是非常相似的，而且學生對于連續信號和系統的接觸較多，也容易理解。把連續時間系統的分析講清楚后，對于離散時間系統的分析就可以采用類比的方法，突出相互之間的聯系，重點強調二者的不同之處，使學生可以系統地掌握相關內容，收到事半功倍的效果。另外，在教學中采用的貫穿全書的最基本的教學思路是：把輸入復雜信號進行分解，分解成眾多的基本信號之和或積分，然后求出基本信號作用于線性時不變系統的響應，再利用系統的線性和時不變性，求出該輸入信號作用于系統的響應。選取不同的基本信號，會得到系統的不同分析方法——時域和變換域分析法。

三、優化教學方法，提高教學質量

信號與系統課程有著很強的數學背景，課程中各個理論的系統性較強，數學推導比較嚴密，但是在教學內容中不苛求數學上的系統和嚴密。可以認為，這是一門結合實際工程應用進行的數學課程，因此應采用“以工程為主線，淡化數學推導”的教學方法，注重“知識、素質、能力”的培養。因此，在教學過程中注重突出基本原理中蘊含的物理概念和工程概念，注重學生用所學知識解決實際工程問題能力的培養，側重分析問題的方法及解決問題的思路方面的培養和引導。適度擴充教材，引導、啟發學生去發現本學科或相關學科亟待解決的科研課題，讓學生自己感知新的東西，新的現象，并不斷地探索自然科學的奧妙。在介紹新的知識點時，首先講清為什么要介紹這部分知識，其應用在什么地方，用淺顯易懂的語言介紹給學生，使學生對將要學習的知識有一個初步的認識。如在講述信號的頻域分析時，可結合目前大學生就業的面試，把信號的時域分析，比喻成學生的外在形象，一目了然。然而用人單位更側重的是你所學的專業，就像信號的頻域特性，他們是反映同一個人或信號的兩個方面，即從不同的角度來考察同一個人或信號，這樣對一個人或信號的了解才會更全面。而且進一步結合通信中必須要考慮的問題——信號的帶寬，引入頻域分析的必要性。這樣學生心里會非常清楚學習這部分內容的目的，以及其工程概念。針對信號與系統這門課程的特點，教學過程還應充分利用對比教學法。信號與系統課程各部分內容循序漸進、相輔相成。其內容體系是將連續系統與離散系統并重研究，先連續，后離散；先時域后變換域的次序。因此教學中可把相關或相似的內容放在一起進行比較，讓學生通過比較辯出兩者的異同。如在講解傅里葉變換和拉普拉斯變換時，從原理上會發現許多類似的結論，從性質上發現有許多性質是相同或相似的，從而發現二者之間內在的關系，有利于學生理解和記憶。

四、建立課程輔助教學網站，培養自主學習能力

借助省精品課建設的契機，建立了信號與系統課程教學及輔助教學網站，為學生自主學習提供平臺。教學網站內容豐富，提供了在線學習、在線答疑、問題征解、動畫演示、在線自測、例題解析等功能，將教學資源上網，教師可以在任何一個節點使用教學資源，學生可以在校園網上任何一個節點學習。進一步豐富了教學內容，改進了教學手段和方法。學生可以在學完每章內容后，網上進行自測，檢驗自己的學習成果。使用幾年來效果良好，大大提高了學生的自主學習能力。在網絡飛速發展的今天，隨著網絡輔助教學軟件的迅速發展，我們將不斷努力，繼續開發個別輔導模式、討論學習模式、探索學習模式等教學模式，為學生自主學習搭建更好的平臺。

五、加強實驗教學，培養創新思維

信號與系統課程中應用的數學知識較多，學生聽起來比較枯燥，理解起來也很困難。在教學方法上又以課堂教學為主，為了使學生更好地理解所學內容，我們除了在課堂教學中采用動化演示等多媒體手段外，還開設了周期信號的分解與合成、相位對信號合成的影響及取樣定理驗證等硬件實驗及若干MATLAB軟件實驗。通過MATLAB上機實驗，可以使學生對相關知識有一個更全面的理解，通過參數的改變時響應的變化來定性理解相關知識點，大大提高了教學質量。同時培養了學生嚴謹認真的學習態度，鍛煉了學生獨立思考問題及解決實際問題的能力，為今后從事信息處理方向的工作奠定了基礎。

綜上所述，只有讓學生認清課程實質、把握課程主線、理解信號與系統分析的基本思路，方能從根本上掌握該課程的主要內容。作為教師還要不斷學習本領域的最新知識，不斷充實自己的知識水平。只有這樣，才能更高效的完成教學任務，提高教學質量。

參考文獻：

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[2]吳大正.信號與系統分析[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]楊亞萍，等.信號與系統教學方法探析與思考[J].寧波工程學院學報，2006：107-110.

作者簡介：鄭杰（1966-），女，遼寧錦州義人，碩士研究生，副教授，中國石油大學（華東）信息與控制工程學院電子信息工程系。