信號與系統課程直觀化教學方法的探索與實踐

呂軍　孫劍　寧仁霞　何寧業

【摘 要】信號與系統課程作為電子信息工程重要的專業基礎課程之一，具有理論性強、概念抽象和推導繁瑣等特點。以課程群建設為導向的基礎上整合課程內容，探討了圖形直觀化教學方法，加強課程內容的緊湊性和銜接性，提高教學質量，積極調動學生學習能動性。在教學實踐中表明，直觀化教學對課程教學效果有顯著性幫助。

【關鍵詞】信號與系統；系統框圖；教學直觀化

0 引言

《信號與系統》是電子信息工程和通信工程等專業重要基礎課程之一，以高等數學、電路分析、復變函數和積分變換等課程為基礎，是數字信號處理、通信原理等核心課程的知識儲備。該課程主要以確定性信號和線性時不變系統為研究對象，從時間域到變換域、從連續到離散、從輸入輸出描述法到狀態變量分析法，力求以統一的觀點闡明基本概念和分析方法，使學生掌握信號分析及線性系統的基本理論和分析方法，了解理論在工程實踐中的應用，進一步培養學生的思維推理、分析運算和應用實踐能力。課程主要圍繞兩個核心問題展開教學：（1）激勵作用于系統產生響應：利用時域和變換域的方法求解系統零狀態響應、沖激響應等；（2）借助于問題一中求得的響應分析系統特性：利用系統函數零極點分布分析系統穩定性和網絡作用等。

在目前的教學過程中，該課程由于理論性強[1]，概念抽象，知識體系龐大且零散，學生無法抓住教學重點和難點，課后較難總結和銜接，學生普遍認為該課程較難學習。為提高課程的教學效果和質量，將教學核心內容直觀化、形象化，使章與章、節與節內容貫通和銜接，提高知識的系統性，便于學生學習、總結和應用。

1 信號與系統課程內容設計

1.1 以課程群為導向的內容整合

《信號與系統》和《數字信號處理》課程是“信號與信息處理”課程群的重要組成部分，二者在內容上具有一定的重復性。以課程群建設[2-3]為導向，優化課程內容，加大具體實踐應用分析。信號與系統課程主要圍繞連續時間系統的時域分析、變換域分析和狀態變量分析等理論，融入傅里葉變換在通信系統中的應用等項目，而離散部分全部調整為數字信號處理的內容。

1.2 課程教學直觀化設計

連續時間系統的分析主要包括時域分析和變換域分析。時域分析主要利用經典法、雙零法和卷積法求解系統的自由響應、強迫響應、零輸入響應、零狀態響應、沖激響應和階躍響應等；變換域分析主要通過定義等求解系統響應的變換域形式，然后借助傅里葉逆變換或拉普拉斯逆變換還原響應時域形式。上述方法不僅計算量大，而且課程內容分散，使得教學過程中難以銜接。將課程教學直觀化、形象化，能夠使學生抓住教學重點，幫助學生系統性地銜接知識[4]。課程具體章節及其系統方框圖如表1所示。

由表1所示，第一章線性時不變系統的判斷，首先根據系統激勵和響應關系明確系統H作用，然后按照系統作用，寫出激勵對應的響應，進而實現判斷；第二章卷積法求解系統零狀態響應，可以借助圖解法、解析式法和性質法進行求解；第三章和第四章變換域分析，需要在求得網絡傳遞函數或者系統函數的基礎上，利用變換域乘法關系求解零狀態響應，然后利用逆變換得到時域形式。4種框圖涵蓋了課程的核心問題，不僅闡明了所在章節的教學重點，還清晰的表達了章節之間的變化與關系。以線性時不變系統判斷為例，詳細介紹利用系統框圖求解的過程。

例如：已知方程r（t）=e（2t）描述的系統，試判斷該系統是否屬于線性時不變系統。

解：

根據系統框圖對比可知，該系統H的作用是將激勵中變量t變為2t。

因為（1）=（2），（3）≠（4）

故該系統為線性時變系統。

3 結語

信號與系統課程直觀化教學是傳統教學的繼承與改進，在保證培養目標的前提下，課堂教學直觀化、形象化，使學生更容易理解和歸納。對于信號與系統的課程教學，不僅僅需要在教學方法上的改革，尤其在當今應用人才培養模式下，如何提高課程的應用型和學生的工程實踐能力也需要進一步的探討和實踐。

【參考文獻】

[1]陳從顏，費樹岷，柴琳.“信號與系統”課程教學改革趨勢探究[J].電氣電子教學學報，2014，36（1）：13-14.

[2]王艷芬，張曉光，王剛，蔡利梅.電子信息類專業信號處理課程群的建設與改革實踐[J].實驗技術與管理，2015，32（4）：11-14.

[3]羅朝明，陶揚威，胡順超，李文.基于應用型人才培養的信號與信息處理課程群建設和探究[J].中國電力教育，2013，2013（32）：115-117.

[4]姚為.“信號與系統分析”的層次化教學方法研究[J].科技資訊，2016，14（15）：91-93.endprint