基于Matlab的《信號與系統》課程教學與改革

胡曉芳

（長治學院 電子信息與物理系，山西 長治 046011）

1 前言

《信號與系統》是電子信息專業的主干課程，它以基本的數學模型為基礎，同時又蘊含了極為豐富的抽象概念。加之傳統教學中對實踐能力要求較低，從而導致課程教學效果較差。所以，將《信號與系統》課程與MATLAB進行巧妙的融合，使實踐經驗與特定的理論模型結合在一起，更能夠以可視化的方式來講解該課程中涉及到的數學理論和深層概念，進一步拉近了實踐經驗與理論教學之間的距離，從而確保信號處理學習的效果，全面提升課堂教學的質量。

2 目前《信號與系統》教學過程中存在的主要問題

2.1 教學側重理論性

傳統教學側重于對理論知識進行了講解和分析，尤其注重數據公式的模型建構。課程教學囿于理論層面，而極少考量知識在相關課程、日常生活及工業生產實踐中的實踐應用，這在一定程度上降低了學生的積極性，從而弱化了課程教學效果。

2.2 理論課時分配不足，實驗偏形式化

《信號與系統》的課時量包括68課時理論講授與實踐應用，且需在一學期內完成。課時量相對不足導致課程內容無法全部在課堂上完成。部分內容需要學生自學，從而影響課程教學效果。同時，實驗裝置均為集成的試驗箱，相應的實驗也均為驗證性實驗。學生無法參與和體驗實際動手編程、調試過程，從而極大地影響了知識的遷移應用。

3 《信號與系統》課程的教學方式和教學手段的改革創新

針對以上的問題，教師需要選擇制定正確的教學方法，對《信號與系統》課程展開實踐創新。

重點可從以下三個層面進行改革。首先是生動化處理難點。例如借助動畫、聲音、特效等多種方式來講解課程內容，降低學習難度。其次要建立清晰、完整的邏輯主線。例如在講授課程的三大變換區域時，可根據理論知識本身的邏輯脈絡，從信號的定義開始，逐漸涉及到信號的特性、再延伸到系統的穩定功能。讓各要素之間保持高度的連貫，學生也能更好的接受。最后是實現理論和實踐的統一，既將Matlab融入到課程的學習，賦予課堂教學活動生動性的特點，進而全面提高課堂效率。

4 Matlab在《信號與系統》課程中的應用

4.1 Matlab在信號分析與處理中的應用

Matlab可以廣泛應用于信號的處理分析中。第一，借助Matlab可使不同信號基于數學公式實現簡單運算，也可以實現信號的平移、翻轉、展縮。比較復雜的數學計算比如卷積運算中也可以使用Matlab實現。其次，可以用Matlab實現信號頻譜方面的分析。可以根據頻率來設置信號的變化強弱，建構關于頻率的數學函數，對其變化情況進行分析，獲取必要的數據。Matlab關于信號頻譜的分析算法是基于快速傅里葉變換T的方法。

4.2 Matlab在信號分解與合成中的應用

在《信號與系統》課程的傅里葉級數這部分內容中，我們知道，周期信號若是非正弦發生，在具備狄里赫利條件的前提下，能夠用基波和各次諧波分量的依次相加得到周期信號。繼續選擇傳統教學方案作圖分解，疊加起來只能取少數的點實現，其余部分需要理論解釋。而利用Matlab就可以把抽象的概念形象化，直觀地去實現上述過程。

4.3 Matlab在信號采樣與恢復中的應用

在奈奎斯特采樣定理中，對一個有頻寬限制的時間信號采樣，必須保證采樣頻率不低于兩倍的最高頻率，從而能夠在采集過程中獲取最接近原聲的信號數據。傳統方式不夠形象直觀，而使用Matlab進行此圖形的繪制，更加高效準確。

舉例說明：（1）首先用Matlab語言生成f（t）=t，0

圖1 運行結果一

運行結果如圖1、2所示。

圖2 運行結果二

（2）用Matlab語言做出f（2t-5）的圖像，代碼如下

運行結果如圖3所示。

圖3 運行結果三