《信號與系統(tǒng)》課程在職業(yè)教育類院校教學改革的探討

葛穎

摘要：信號與系統(tǒng)是電子信息、通信工程等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在專業(yè)教學過程中起到了承上啟下的作用。針對職業(yè)教育類院校的特點，本文從教學內(nèi)容、教學方法、授課方式和實驗環(huán)節(jié)等方面提出了本課程的教學改革方法。在實際教學中教學改革方法取得了良好的教學效果。

關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng)；教學改革；對比教學；授課方式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）05-0036-03

一、引言

《信號與系統(tǒng)》是電子信息類與電氣類專業(yè)學生的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。此課程的先修課程有復變函數(shù)，電路分析等，后續(xù)課程有通信原理、數(shù)字信號處理、自動控制原理等，在整個教學體系中有著非常重要的作用。由于職業(yè)教育類院校學生有自己的特點，培養(yǎng)方向也就與高等院校不同，所以如何將此門課程講好，讓學生更容易理解和掌握并能熟練運用到工程中去，是我們需要思考和解決的問題。筆者在教學過程中進行了一系列的嘗試和探索，提出了一些教學改革方法。

二、教學中需要解決的問題

《信號與系統(tǒng)》課程對于數(shù)學基礎(chǔ)要求較高，涉及到線性微分方程、復變函數(shù)、積分變換、離散數(shù)學等多門數(shù)學課程的知識。此外該課程的特點是理論性強，抽象概念多，存在大量的公式計算和理論推導。在該課程的學習過程中，大量煩瑣的公式推導與計算讓很多學生望而卻步，從而在學習過程中喪失信心。而職業(yè)教育類院校的學生又普遍存在數(shù)學基礎(chǔ)比較薄弱的現(xiàn)象，面對諸多的公式、定理和推導過程，掌握起來顯得更加困難。

實踐能力的培養(yǎng)是職業(yè)教育類院校教育的核心問題，也是衡量職業(yè)教育成功與否的重要尺度之一。在該門課程的教學過程中有些學生不了解所學知識的具體用處，不能和先修課程及后續(xù)課程建立起聯(lián)系，也不能把信號與系統(tǒng)分析理論應用于工程中去。

所以在職業(yè)教育類院校，該門課程的教學不能采用普通高等院校的教學方法，需要結(jié)合學生自身的特點對該課程進行教學改革，以期得到更好的教學效果。

三、教學改革措施

（一）選用合適的教材，優(yōu)化教學內(nèi)容

當前本課程已有許多優(yōu)秀精練的教材，但由于不同專業(yè)對課程的要求和側(cè)重點不盡相同，因此在選用教材時應針對在校學生的具體情況來認真選取。本課程我們選用的是鄭君里編寫的《信號與系統(tǒng)》第三版，這套教材理論體系完整、科學，重視基本概念的表述，全書論證嚴謹、邏輯性強，理論講解深入淺出，并且注重經(jīng)典理論講述與最新技術(shù)引入的相互融合。它在第二版的基礎(chǔ)上對于比較煩瑣的數(shù)學推證進行了壓縮和刪減，并且添加了豐富的實例。

本課程的特點是理論性比較強，內(nèi)容比較多，所以如何在有限的學時內(nèi)完成教學任務(wù)，尤其是在學生數(shù)學基礎(chǔ)比較差的情況下，如何讓他們能實實在在的學好這門課是一個難題。

1.由于職業(yè)教育類院校學生數(shù)學基礎(chǔ)較薄弱，對大量的理論推導和證明很難掌握，所以在教學的過程中，可以弱化這部分內(nèi)容，而把教學的重點放在結(jié)論和應用上。例如三大變換的性質(zhì)的證明方法很簡單，都是通過變換的定義式來進行證明，但是變換的性質(zhì)種類繁多，有的證明計算過程比較煩瑣，所以這部分內(nèi)容要求學生掌握結(jié)論并且能夠熟練應用即可。

2.根據(jù)學生的不同層次和不同專業(yè)，適當調(diào)整教學內(nèi)容。該課程在我院應用電子技術(shù)教育、電子信息工程、通信工程、微電子學等幾個專業(yè)開設(shè)。針對不同的專業(yè)和不同的生源，制定了不同的教學大綱，其中教學內(nèi)容、授課學時與實驗學時等都根據(jù)專業(yè)有所調(diào)整。例如對于技本生源的應用電子技術(shù)教育專業(yè)的學生，由于后續(xù)要學習自動控制理論，所以第十一章反饋系統(tǒng)和第十二章系統(tǒng)的狀態(tài)變量分析需要比其他專業(yè)分配更多的課時。而對于電子信息工程和通信工程專業(yè)的學生，由于要學習通信原理和數(shù)字信號處理等后續(xù)課程，因而要加入第五章傅里葉變換應用于通信系統(tǒng)和第九章離散傅里葉變換以及其他離散正交變換等內(nèi)容。

（二）采用對比教學法建立起課程內(nèi)部之間的聯(lián)系

本課程的教學內(nèi)容主要是信號與系統(tǒng)的分析和處理方法，主要講述了連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)的時域分析和變換域分析方法，運用了傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換三種變換方法。面對課程內(nèi)容多與教學學時少的矛盾，根據(jù)應用電子技術(shù)教育專業(yè)的特點，在教學中注重教學過程的循序漸進性，教學內(nèi)容由淺入深，由簡單到復雜，并突出這些內(nèi)容相互之間的聯(lián)系，使得學生更容易理解和掌握相關(guān)內(nèi)容。

1.在講授第七章“離散時間系統(tǒng)的時域分析”時由于和第二章“連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析”的分析方法有很多相似之處，故可以采用對比教學。二者對于系統(tǒng)的分析都是先建立數(shù)學模型然后進行求解。連續(xù)時間系統(tǒng)的數(shù)學模型是微分方程，離散時間系統(tǒng)的數(shù)學模型是差分方程，而對于相應的求解所采用的方法都有經(jīng)典時域解法和雙零法并且在求零狀態(tài)響應時都采用了卷積運算。所以講到第七章的時候可以和第二章的相關(guān)內(nèi)容對比，這樣學生對新內(nèi)容的理解和掌握就比較容易，同時第二章的內(nèi)容也得到了復習和鞏固。

2.該課程中的三大變換傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系。狄里赫利條件中的絕對可積的要求限定了某些增長信號傅里葉變換的存在，引入了衰減因子之后，得到了新的變量s（s=σ+jω），把頻率ω變換為復頻率s，從而得到拉普拉斯變換。由抽樣信號的拉普拉斯變換可以得到z變換的定義，其中復變量z=eST。因而這三種變換的性質(zhì)非常相似，在教學過程中采用對比教學，可以讓學生學習和記憶起來更加容易。

3.差分方程的變換域求解和微分方程的變換域求解可以對比教學。差分方程的變換域求解采用的是z變換，分析過程是先對差分方程進行z變換，然后整理出響應的z變換形式，最后求逆z變換，得到響應的時域表達式。這個過程和微分方程的變換域求解過程是完全相同的，只是對微分方程進行變換域求解時采用的是拉普拉斯變換。另外逆z變換和拉普拉斯逆變換的常用方法都是部分分式展開法，先將X（z）和F（s）展成一些簡單而常見的部分分式之和，然后分別求出各部分分式的逆變換，把各逆變換相加即可得到逆變換的結(jié)果。endprint

這樣突出這些內(nèi)容相互之間的聯(lián)系，知識點之間可以串成線連成面，使得學生可以更加系統(tǒng)的把握該課程的核心內(nèi)容。

（三）重實例和應用，建立起與后續(xù)課程的聯(lián)系

《信號與系統(tǒng)》課程是一門承上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是以電路分析為基礎(chǔ)，同時又是后續(xù)的通信原理、數(shù)學信號處理、自控理論等專業(yè)課的基礎(chǔ)。雖然存在大量的理論推導和計算，但它不是一門數(shù)學課程，該課程構(gòu)建了從數(shù)學到物理和工程技術(shù)的橋梁，引導學生從理論學習過渡到專業(yè)工程訓練。

在教學過程中學生普遍反映了公式多理論多，難理解，學了之后不知道有什么用處等問題。因此，在教學過程中可以引入生活中的實例，與看似復雜的理論知識結(jié)合起來，在提高學生學習興趣的同時，建立起和后續(xù)課程的聯(lián)系。例如連續(xù)時間信號相乘運算和傅里葉變換性質(zhì)中的頻移特性，是通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)基本理論。講這部分內(nèi)容時可以結(jié)合無線電廣播系統(tǒng)討論調(diào)制信號和已調(diào)信號的時域波形及頻譜，分析頻譜搬移的特點，使學生明白這數(shù)學關(guān)系后面的物理意義和應用價值。再如連續(xù)時間信號的抽樣，抽樣產(chǎn)生的信號稱為脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號。在數(shù)字通信系統(tǒng)中廣泛采用的調(diào)制方式為脈沖編碼調(diào)制（PCM），它是把PAM信號經(jīng)過量化和編碼之后可以得到的。授課的時候可以引入PCM的一些基本理論，建立和后續(xù)通信原理課程的聯(lián)系。

（四）采用多媒體輔助教學手段與板書相結(jié)合，提高教學效果

《信號與系統(tǒng)》課程理論性強，有大量的公式計算和理論推導，內(nèi)容枯燥、抽象容易引起學生的厭學心理。采用多媒體輔助教學手段，可以通過動畫、圖片把抽象的物理概念形象化，用具體的示例讓學生更好的理解相關(guān)的理論。如連續(xù)時間信號的卷積運算，它是求解連續(xù)時間系統(tǒng)零狀態(tài)響應的重要方法。在圖解法求卷積運算時，運用多媒體課件通過動畫演示其計算過程，這樣信號的反褶、移位、相乘、積分運算過程能夠清晰的演示出來，使學生能夠形象直觀的理解圖解法的步驟。信號頻譜和抽樣定理及調(diào)制解調(diào)等內(nèi)容都可以采用多媒體課件來加深學生對這些內(nèi)容的理解和認識。

而對于《信號與系統(tǒng)》課程中的大段的數(shù)學性質(zhì)的理論推導和證明，如果采用多媒體課件一頁一頁進行展示，學生沒有思考的過程，只能被動的接受，就不能很好的理解和掌握所學的內(nèi)容，甚至很難跟上教學進度。對于這種復雜公式推導就需要通過板書來進行講解，讓學生有思考的時間，也能在這個過程中跟學生互動和交流，避免學生因為內(nèi)容枯燥而走神。

所以多媒體工具只是一種輔助教學手段，還應以板書講解為主，同時要做到多媒體與板書的有機結(jié)合，以利于學生的更好理解。實踐證明，多媒體與板書相互補充，加上課堂詳細的講解，豐富了學生的知識面，加深了對所學知識的理解，收到了良好效果。

（五）實驗課程與理論教學緊密相連

實驗課程主要采用MATLAB軟件編寫程序來解決信號系統(tǒng)中的一些問題。MATLAB具有強大的計算能力和可視化界面，并且在它的信號處理工具包中有大量的內(nèi)部函數(shù)可以調(diào)用，大大簡化了人工計算的工作量，并可以通過可視化建模，讓學生對抽象的理論有形象的認識。例如連續(xù)時間信號的卷積運算，按照圖解法來進行求解時計算非常煩瑣，而采用MATLAB軟件編程，只需要調(diào)用內(nèi)部函數(shù)conv（u，h）就可以完成函數(shù)u和h的卷積運算。還可以通過編程來用動態(tài)圖形顯示圖解法求解卷積的過程，讓學生可以直觀的觀察卷積過程。另外對連續(xù)時間系統(tǒng)時域求解零輸入響應和零狀態(tài)響應時，采用MATLAB編寫通用性程序，可以大大簡化計算過程。

四、結(jié)論

《信號與系統(tǒng)》課程是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個教學體系中起著承上啟下的作用。所以在教學過程中需要不斷的探討與改革，摸索出適合于職業(yè)教育類院校不同層次學生的教學方法，這樣才能使學生熟練掌握、學以致用。通過教學實踐已經(jīng)證明，提出的改革方法取得了很好的教學效果，得到了學生的一致認可。

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