《信號與系統》課堂教學實踐研究

周云良++盧昕

信號與系統是電子和通信類等專業的一門核心專業基礎課程，該課程以嚴格的數學理論為基礎，具有理論性強、知識點多且覆蓋面廣等特點。從該課程的主要特點出發，探討如何通過課堂教學方法改進與實踐，促進學生對知識點的理解和把握，改善課堂教學效果。

信號與系統教學方法教學效果一、引言

《信號與系統》課程是電子和通信類等專業的一門核心專業基礎課程，其主要任務在于研究確定信號通過線性時不變系統傳輸與處理的基本概念、基本理論和基本分析方法。在教學計劃中，信號與系統課程起著承前啟后的作用，以高等數學、線性代數及電路分析等課程為基礎，同時又是后續課程，如數字信號處理、通信原理和自動控制原理等的先修課程，是學生知識結構中的重要組成部分。該課程以嚴格的數學理論為基礎，具有理論性強、概念抽象、知識點多且覆蓋面廣等特點。大多數學生在學習這門課程時出現畏難情緒，覺得該課程枯燥無味，抽象難懂，很難對眾多要求掌握的知識點理解把握到位，影響學習效果。因此如何針對上述問題，結合信號與系統課程的主要特點，有效地改進教學方法，改善課堂教學效果具有重要的意義。

二、圍繞主線，對比教學

在信號與系統課程的教學過程中，我們首先建立信號與系統的基本概念，然后按照先分析連續時間系統，后分析離散時間系統、先講授時域分析方法，后講授變換域分析方法、先討論輸入輸出法，后討論狀態變量法的分析主線組織課堂教學。雖然主線很清晰，但是其中所涉及的知識點多且覆蓋面廣，如果學生不能對整個課程的分析主線進行很好地把握，這些多而覆蓋面廣的知識點就會顯得雜亂無章，極其繁瑣，導致學生學習興趣和熱情下降。針對這些問題，在實際教學過程中，我們緊抓分析主線，采用對比法進行教學，促進學生對知識的理解和記憶，提高學習興趣。下面舉幾個例子來說明：

再如，在學習系統狀態變量分析法時，經常存在有些學生對為什么要學習這部分內容沒有很好地把握，存在盲目被動學習的現象。針對這個問題，在教學過程中，我們告訴學生輸入輸出法和狀態變量描述法都是描述系統數學模型的方法，引導學生注意兩種描述方式的差異。前者僅用輸入信號和輸出信號之間滿足的關系來描述系統的數學模型，注重系統的功能，不能揭示系統的內部特性；而后者把系統的輸入信號、輸出信號、系統內部的狀態變量結合在一起，用它們之間滿足的方程組來描述系統的數學模型，不僅體現了輸入輸出信號之間的變換，更考慮了系統內部的變化過程。對于單輸入-單輸出系統的可控性和可觀性與系統轉移函數之間的關系的講授，我們通過例子引導學生理解若存在系統函數零極點相消，系統函數只是反映了系統中既可控又可觀的那部分運動規律，描述的系統是不全面的；而用狀態方程和輸出方程描述一個系統更全面。在這些內容的講授過程中，我們特別關注上述兩種描述系統數學模型方法的差異，便于學生對這部分內容較好的理解和掌握。

三、弱化數學推導，突出物理意義

信號與系統課程以嚴格的數學理論為背景，具有性質多和公式多等特點。如果在教學過程中只注重公式的推導和證明，很容易忽略理論與實際的結合，學生會覺得該課程枯燥乏味、抽象難懂，從而對這門課程的學習興趣不高。為了避免上述現象的產生，在具體教學過程中，我們弱化數學推導，注重突出這些性質和公式應用于信號與系統分析時的物理解釋。在講授傅里葉變換的性質時，我們淡化對公式的推導，重點給學生強調這些性質應用于通信系統中的物理含義。如對于尺度變換特性的講解，注重闡述信號在時域壓縮后，信號的頻譜展寬，帶寬增加，引導學生初步理解通信系統中通信速度和占用帶寬是相互矛盾的；對于時移特性時的講解，引導學生理解信號在時域的右移后，信號在頻域的幅度譜不變，僅產生附加的相移；對于頻移特性的講解，強調該性質在通信系統中信號調制和解調方面的應用。通過強調性質背后隱含的物理意義，努力做到理論與實踐相結合，提高學生學習興趣，為后續相關課程的學習奠定基礎。

四、利用教學工具，輔助教學

在教學過程中，我們利用雨課堂教學工具，輔助教學。雨課堂是由清華大學在線教育辦公室和學堂在線研制開發的教學工具，并于2016年正式對外發布。通過雨課堂，可以實現在上課以前對學生的預習情況進行收集，了解到學生完成了預習的情況并查看學生預習后反饋的認知難點，授課時就能有針對、有側重的進行講授并幫助學生理清思路。課堂教學中，傳統的師生互動模式可以帶動學生學習的積極性，讓學生的注意力有效集中在教師教授的知識點以及知識點之間的關聯上，但是并不能了解每一個學生對知識點的掌握情況。而通過雨課堂，我們對每一頁課件統計點擊“不懂”的學生人數，精確的知道哪些學生在對某個知識點理解上存在困難，從而進行個別的輔導，盡可能早的在學習和復習的過程中解決疑問。在學生感興趣的某些結論推導以及經典理論的來源和應用方面，還通過推送鏈接的方式，將網絡上現有的資源精心挑選出來提供給學生進行擴展學習。通過課前、課中和課后的學習情況數據收集和反饋，可以給學生搭建一個立體的學習平臺，并幫助他們養成好的預習、復習習慣，提高學習效率。

五、結束語

信號與系統課程具有理論性強、知識點多且覆蓋面廣等特點，筆者根據該課程的自身特點，針對學生在學習這門課程時存在的問題，采用圍繞主線，對比分析、弱化數學推導，突出物理意義、利用雨課堂輔助教學的方式，促進學生對知識的理解和把握，改善課堂教學效果，為后續課程的學習打下堅實的基礎。

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