“信號與系統”教學及課程相關性研究

劉 華，李軍紅，文 杰

(南華大學電氣工程學院，湖南衡陽 421001)

1 課程的背景

“信號與系統”是信息類專業的核心專業基礎課，課程中的概念和分析方法被廣泛應用于通信、自動控制、電子技術、電氣工程、電路與系統、計算機科學、生物醫學工程等領域。隨著信息技術的不斷發展和信息技術應用領域的不斷擴展，“信號與系統”課程已經從電子信息工程類專業的專業基礎課程擴展成電子信息、自動控制、電子技術、電氣工程、計算機技術等眾多專業的專業基礎課程，甚至在很多非電專業中也設置了這門課程。而其內容也從單一的電系統分析擴展到許多非電系統分析。我校電氣工程學院“信號與系統”課程采用鄭君里主編、高等教育出版社出版的《信號與系統》，這是一本在國內很有影響力的實用型教材。

2 課程教學的目的和困難

2.1 教學目的

通過對本課程的學習，學生應該能夠掌握信號分析的基本理論和方法，掌握線性非時變系統的各種描述和分析方法，掌握線性非時變系統的時域和頻域分析方法，掌握有關系統的穩定性、頻響、因果性等工程應用中的一些重要結論。

2.2 教學困難

“信號與系統”課程教學的難點在于:如何將很強的理論性與實用性有效地結合;如何使學生領悟理論對工程實際的指導意義;如何使學生懂得理論分析方法在工程實際問題中的正確使用;面對具體工程問題時，如何選擇有效的理論工具進行分析;如何使學生能夠有意識地運用該課程理論方法分析簡化其他課程、日常生活以及專業領域中的技術問題。

3 課程的教學內容和模式

“信號與系統”課程的主要任務是結合線性系統分析這一個主線，對數學方法進行詳細的講解。教學內容可以簡而言之地概括為:兩種系統、兩類方法、三大變換。兩種系統是指課程研究的系統按照其處理的對象而言可以分為連續時間系統和離散時間系統兩種;兩類方法是指課程使用的分析方法可以分為時域分析方法和變換域分析方法兩類;三大變換指其中變換域分析方法使用的三種變換，即傅里葉變換、拉普拉斯變換和Z變換。作為工科院校的專業主干課程，除了相關的分析方法和理論以外，還必須向學生介紹一些各種方法的工程應用背景以及工程應用中常用的概念。并且本課程的教學模式為理論授課，創新之處在于可以積極推行“理論授課+課堂MATLAB 演示”的教學模式。

4 課程相關性研究

4.1 與數學課程的相關性

“信號與系統”課程有著很強的數學背景，內容涉及高等數學、線性微分方程、概率論和隨機過程、復變函數與積分變換、線性代數等多門數學課程的知識。本課程的主要任務是結合線性系統分析這一個主線進行詳細講解。從鄭君里教授主編的《信號與系統》(第2 版)的內容中可以清楚地了解到“信號與系統”的數學要求，例如第二章連續時間系統的時域分析主要內容是微分方程的求解，基礎要求是高等數學課程中的微分方程相關內容;第三章傅里葉變換主要內容是傅立葉級數和傅立葉變換應用，基礎要求是高等數學課程中級數和復變函數與積分變換課程中的傅立葉變換內容;在第四章拉普拉斯變換、連續時間系統的s 域分析中，主要內容是拉普拉斯變換在電子系統中的分析與應用，基礎要求是復變函數與積分變換課程中的拉普拉斯變換內容。

4.2 與專業課程的相關性

“信號與系統”課程研究的是信號作用于系統的一般規律和特性。在電子信息、自動化相關專業中，與“信號與系統”課程緊密相關的課程包括:電路原理、模擬電子技術、數字信號處理、DSP 原理及應用、數字圖像處理、通信原理、自動控制原理等。其中“電路原理”是整個課程的基礎;“數字信號處理”與“通信原理”分別是信息處理與通信技術兩個方向的專業基礎課，而“信號與系統”為這兩門課程的基礎;“模擬電子技術”是電子技術類課程的專業基礎，與“信號與系統”課程地位相當，“信號與系統”側重于理論和算法，而“模擬電子技術”側重于電路，尤其是模擬電路;“DSP 原理及應用”與“數字圖像處理”兩門課程是信息處理方向的重要專業課程，要求學生必須首先掌握“數字信號處理”課程，自動控制原理中的傳遞函數以及時域、頻域的分析思想都利用了“信號與系統”課程中的理論工具。

“電路原理”課程應用基本分析方法建立電路系統的數學模型，掌握簡單電路的時域分析方法，在課程教學中讓學生初步接觸拉普拉斯變換，了解拉普拉斯變換在電路分析中的應用，為“信號與系統”課程的電路模型建立和基本電路概念打下基礎;“模擬電子技術”課程與“信號與系統”課程的相關性主要在放大電路的頻率特性和濾波器兩個部分，模擬電子技術主要強調常用放大電路的低通和高通特性和頻帶的概念;在濾波器內容中介紹常用的模擬無源和有源濾波器的電路形式，以及濾波器的數學模型，說明濾波器電路在工程中的應用;“數字信號處理”課程在20世紀80年代以前屬于“信號與系統”課程的一個部分，一般包括鄭君里“信號與系統”教材下冊的第七章離散時間系統的時域分析、第八章z 變換和離散時間系統的z 域分析、第九章離散傅里葉變換以及其他離散正交變換、第十章模擬與數字濾波器等內容;“通信原理”課程主要是應用“信號與系統”課程中頻域的思想和關于頻譜的內容，在“通信原理”的信道、模擬和數字調制、數字基帶傳輸、模擬信號的數字傳輸等內容中，大量地用到了頻譜等相關知識;近年來數字圖像處理技術發展迅速，它基本上是“信號與系統”課程中二維信號的分析和應用。

5 結語

在“信號與系統”課程教學實踐中，應以分析系統對信號的響應為主線，構建先連續后離散、先時域后變換域的教學體系。同時，充分認識到課程間的相關性，有利于課程教學順序的合理安排。將各相關課程有機地聯系起來，使學生不再孤立地學習一門課程，不再將自己思維限定在單獨一門課程或一個理論中，而是能夠從更寬、更深的角度理解專業問題。

［1］鄭君里.信號與系統［M］.2 版.北京:高等教育出版社，2005.

［2］李雪嬋.關聯規則在課程相關性中研究與應用［J］.計算機與數字工程，2006，34(9).

［3］陳啟買.基于關聯挖掘的課程相關性模式研究［J］.華南師范大學學報:自然科學版，2008(1).

［4］李愛鳳.基于數據挖掘技術的課程相關性模式研究與實現［J］.現代電子技術，2007(13).