《信號(hào)與系統(tǒng)》在非電類專業(yè)中的教學(xué)探討

黃波

摘 要：在大信息環(huán)境下，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程已從電類相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，發(fā)展到與信息相關(guān)的其它非電類專業(yè)的必修課，課程的教學(xué)對(duì)象和目的發(fā)生了根本的變化。為達(dá)到理想的教學(xué)目標(biāo)，必須對(duì)原來的教學(xué)內(nèi)容、方法和過程進(jìn)行改變。本文結(jié)合筆者在該課程中的教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程在非電類相關(guān)專業(yè)的教學(xué)進(jìn)行了探索、研究和討論，給出了一些建議。

關(guān)鍵詞：信號(hào)與系統(tǒng)；教學(xué)方法；教學(xué)改革

隨著社會(huì)大信息時(shí)代的到來，很多通信類院校，比如南京郵電大學(xué)，將《信號(hào)與系統(tǒng)》課程從原來的電類專業(yè)基礎(chǔ)課轉(zhuǎn)變成了全校信息類相關(guān)專業(yè)的必修課。而在信息相關(guān)專業(yè)中，有較大一部分專業(yè)的學(xué)生不具備《電路分析》、《復(fù)變函數(shù)》等先修基礎(chǔ)課程。如何在這類專業(yè)中開展《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的教學(xué)工作，是值得我們教學(xué)工作者研究和探討的問題。

1 教學(xué)對(duì)象研究

在電類相關(guān)專業(yè)中，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的學(xué)習(xí)需要具備《高等數(shù)學(xué)》、《復(fù)變函數(shù)》以及《電路分析》等課程。但是對(duì)于非電類的信息類專業(yè)，比如信息管理專業(yè)的，卻不具備《電路分析》、《復(fù)變函數(shù)》等工程數(shù)學(xué)專業(yè)知識(shí)。但是即使是非電類專業(yè)的學(xué)生，《高等數(shù)學(xué)》中的基本的微分方程求解方法和能力是具備的。正是在這個(gè)基礎(chǔ)條件下，《信號(hào)與系統(tǒng)》課程才有可能得以開展。

2 教學(xué)目的和內(nèi)容要求

對(duì)非電類專業(yè)的學(xué)生，通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠?qū)W習(xí)和掌握：⑴典型確定性信號(hào)的時(shí)域和頻域特性，包括正弦、余弦信號(hào)、方波信號(hào)、周期信號(hào)和非周期信號(hào)，以及階躍信號(hào)和沖擊信號(hào)；⑵線性時(shí)不變連續(xù)系統(tǒng)的基本分析方法，包括時(shí)域分析法、頻域分析方法和復(fù)頻域變換域分析法（也就是拉普拉斯變化方法）；⑶由典型信號(hào)通過典型系統(tǒng)引出的一些基本概念和分析方法。

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握信號(hào)與系統(tǒng)中的基本概念、基本理論和基本分析方法，并具備一定的分析問題與解決實(shí)際問題的能力。

對(duì)非電類學(xué)科而言，要求的是他們信號(hào)與系統(tǒng)分析的掌握基本的概念、思想和方法，要求不同，教學(xué)內(nèi)容的取舍也就會(huì)完全不同。

3 教學(xué)內(nèi)容取舍

針對(duì)只有《高等數(shù)學(xué)》基礎(chǔ)課程的非電類專業(yè)，教學(xué)內(nèi)容限制在連續(xù)系統(tǒng)是合理的。因?yàn)闊o論是離散的還是連續(xù)的系統(tǒng)，其基本的分析思想和方法是一致的，無非是差分方程和微分方程求解方法的差別。

針對(duì)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)教學(xué)，涉及時(shí)域分析、頻域分析和復(fù)頻域分析三部分。其中零輸入響應(yīng)部分在這里可以去掉，教學(xué)重點(diǎn)可以放在零狀態(tài)響應(yīng)之上。

此外，涉及到與電類相專業(yè)的部分也可以去掉不講，而轉(zhuǎn)換成大家容易接受和理解的物理知識(shí)，便于大家理解課程的內(nèi)容。

教學(xué)內(nèi)容確定之后，授課計(jì)劃便可以制定出來了。

4 授課計(jì)劃安排建議

對(duì)保留連續(xù)時(shí)間信號(hào)與連續(xù)時(shí)間線性系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，建議安排32個(gè)學(xué)時(shí)，2個(gè)學(xué)分的授課計(jì)劃較為合適。推薦的授課計(jì)劃如下所示（2節(jié)課/每課時(shí)）：

教學(xué)內(nèi)容 課時(shí)

第一章 信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念。包括：信號(hào)描述、分類與運(yùn)算；系統(tǒng)的描述與分類等等。 6

第二章 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析。包括：經(jīng)典微分方程求解方法、信號(hào)的奇異函數(shù)分解、卷積及其性質(zhì)以及零狀態(tài)響應(yīng)時(shí)域分析方法等等。 6

第三章 連續(xù)時(shí)間與信號(hào)的頻域分析。包括信號(hào)正交分解的基本原理、周期信號(hào)的三角函數(shù)分解及頻譜描述；非周期信號(hào)的傅里葉變換；采樣定理的描述等等。 12

第四章 連續(xù)時(shí)間與信號(hào)的復(fù)頻域分析。包括：拉普拉斯變換、拉普拉斯反變換及其它們的性質(zhì)；線性系統(tǒng)拉普拉斯變換域分析方法；連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的模擬等等。 8

合 計(jì)： 32

5 教材及參考書目建議

確定了授課計(jì)劃，我們來看看如何選擇教材。目前，關(guān)于《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的教材數(shù)不勝數(shù)，但是很難找到一本全部?jī)?nèi)容都適合非電類專業(yè)的合適教材。

參考文獻(xiàn)[1-3]是目前電類專業(yè)所流行的教材，每本教材里面都涉及大量的電路、通信專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，筆者根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從參考文獻(xiàn)[1-2]中選取合適的章節(jié)，構(gòu)成適合非電類專業(yè)學(xué)習(xí)的參考教學(xué)材料。

第一章 信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念，可取參考文獻(xiàn)[1]中的第一章，縱觀所有的教材，參考文獻(xiàn)[1]的第一部分對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程總體描述非常完美。

第二章 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析，仍然取參考文獻(xiàn)[1]的第二章，去掉2.9節(jié)，并弱化零輸入響應(yīng)部分，重點(diǎn)講述零狀態(tài)響應(yīng)。

第三章 連續(xù)時(shí)間與信號(hào)的頻域分析，將參考文獻(xiàn)[2]中的第三、四章合二為一，從信號(hào)正交分解引入周期信號(hào)三角函數(shù)分解。從周期信號(hào)三角函數(shù)分解引入非周期信號(hào)傅里葉變換。

第四章 連續(xù)時(shí)間與信號(hào)的復(fù)頻域分析，取參考文獻(xiàn)[2]中的第五章，去掉5.8和5.10節(jié)中的內(nèi)容。

對(duì)照授課計(jì)劃，以上的選取完全覆蓋要求的教學(xué)內(nèi)容。其它文獻(xiàn)[3]可用著參考書目供參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1]鄭君里，應(yīng)啟，楊為理.信號(hào)與系統(tǒng)[M].第三版，上冊(cè).北京：高等教育出版社.2011.

[2]管致中，孟橋，夏恭恪.信號(hào)與線性系統(tǒng)[M].第五版.北京：高等教育出版社.2011.

[3]A.V奧本海姆.信號(hào)與系統(tǒng)[M].第2版，英文版.北京：電子工業(yè)出版社.2009.