王昭

摘 要：針對(duì)目前“信號(hào)與系統(tǒng)”課程特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問(wèn)題，文章分析了應(yīng)用型本科院校“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)對(duì)象及學(xué)情，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真，提出從教學(xué)設(shè)計(jì)和方法等方面進(jìn)行課程教學(xué)創(chuàng)新。教學(xué)實(shí)踐表明，該方案的實(shí)施可以明顯改善教學(xué)效果，提高學(xué)生聽(tīng)課的積極性。

關(guān)鍵詞：“信號(hào)與系統(tǒng)”;課程創(chuàng)新;教學(xué)改革

0 引言

大學(xué)教育分為3個(gè)階段，通識(shí)教育、學(xué)科基礎(chǔ)教育和專業(yè)教育?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”課程是一門(mén)通信工程、電子信息工程、電氣工程及自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)非常重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程，在整個(gè)專業(yè)體系教育中起到承上啟下的作用。承上，學(xué)生要先修“高等數(shù)學(xué)”“線性代數(shù)”“電路分析基礎(chǔ)”等課程;啟下，“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中的方法和理論是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)“通信原理”“數(shù)字信號(hào)處理”“自動(dòng)控制原理”等課程非常重要的基礎(chǔ)。課程中提出的概念以及相關(guān)的思想和方法在很多科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域都起著十分重要的作用。另外，本門(mén)課程是電子信息類很多高校的考研專業(yè)課，其重要性得到越來(lái)越廣泛的認(rèn)識(shí)。所以如何上好“信號(hào)與系統(tǒng)”課程，使學(xué)生學(xué)的懂、主動(dòng)學(xué)，至關(guān)重要[1]。

1 “信號(hào)與系統(tǒng)”課程簡(jiǎn)介

這門(mén)課程的核心是通過(guò)“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握信號(hào)的表示、系統(tǒng)的描述以及信號(hào)加入到系統(tǒng)所產(chǎn)生的響應(yīng)。

圍繞著上述核心問(wèn)題，課程分別從時(shí)域、頻域、復(fù)頻域角度展開(kāi)分析，同時(shí)開(kāi)展信號(hào)頻譜分析、能量頻譜分析、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和因果性等方面的研究，對(duì)于通信中的調(diào)制與解調(diào)、頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、失真等工程應(yīng)用背景很強(qiáng)的內(nèi)容也有涉及?？傮w來(lái)說(shuō)，包括了連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)和離散信號(hào)與系統(tǒng)兩類系統(tǒng);時(shí)域分析法和變換域分析法兩種分析方法;傅里葉變換、拉普拉斯變換和z變換三大變換[2]。

2 “信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“信號(hào)與系統(tǒng)”的教學(xué)對(duì)象是電子信息類本科二年級(jí)以及?？仆ㄐ偶夹g(shù)專業(yè)的學(xué)生，學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，學(xué)習(xí)自控力有限，如何因材施教，把課程講得通俗易懂而又知識(shí)點(diǎn)全面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，是首先要解決的問(wèn)題[3]。

傳統(tǒng)的“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)，以課堂理論講述及公式推導(dǎo)為主。由于該課程本身理論性強(qiáng)，涉及大量數(shù)學(xué)推導(dǎo)與證明，與“高等數(shù)學(xué)”結(jié)合甚密，要求學(xué)生有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，所以這門(mén)課程一直以來(lái)都被認(rèn)為是一門(mén)較難的專業(yè)課，學(xué)生往往覺(jué)得枯燥、抽象、難懂，比如卷積的定義，周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)等，整體來(lái)說(shuō)教學(xué)效果不是十分理想。

3 “信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)創(chuàng)新研究

針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，討論“信號(hào)與系統(tǒng)”課程講授過(guò)程中的創(chuàng)新點(diǎn)，目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果。

3.1 理論教學(xué)和實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程雖然公式多、計(jì)算量大，但是這些枯燥的數(shù)學(xué)公式后面都包含著鮮活的工程意義。所以，授課時(shí)應(yīng)注重前沿科技與學(xué)生熟悉的生活實(shí)際案例的結(jié)合，讓學(xué)生深刻體會(huì)本門(mén)課程的工程意義而絕非只是數(shù)學(xué)課，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)生積極思考、延伸學(xué)習(xí)的能力。實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生由問(wèn)題到目標(biāo)的探索學(xué)習(xí)能力、邏輯思維的能力以及運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力等等。如表1所示，列舉了“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中可以和工程應(yīng)用相結(jié)合的部分知識(shí)點(diǎn)。

3.2 理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)、仿真相結(jié)合

結(jié)合實(shí)驗(yàn)、仿真等多種手段，降低學(xué)生的理解難度，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課堂教學(xué)抽象難懂的狀況。

以周期信號(hào)的分解與合成為例，如圖1所示，是通過(guò)MATLAB軟件仿真周期信號(hào)的分解與合成理論，最高諧波次數(shù)分別取到7次、21次、41次和99次，使學(xué)生直觀地理解“所取諧波分量越多，合成波越接近原來(lái)的方波信號(hào)”這一結(jié)論及吉布斯現(xiàn)象。

以抽樣定理這一節(jié)內(nèi)容為例，講授時(shí)可以通過(guò)理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)波形測(cè)量相結(jié)合的方式，增加學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解。如圖2所示，其中，原信號(hào)為周期性的三角波信號(hào)，最高頻率為3 kHz，采樣頻率及示波器的截止頻率如圖2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了采樣頻率必須取原信號(hào)的最高頻率的兩倍以上，即：fs>=2fm;濾波器的截止頻率fc必須滿足fm<=fc<=fs-fm，原信號(hào)才可被無(wú)失真的恢復(fù)出來(lái)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論推導(dǎo)相結(jié)合，直觀明了。

4 結(jié)語(yǔ)

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程作為電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)課，占有重要的基礎(chǔ)地位。通過(guò)理論結(jié)合實(shí)際、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)等，提高課堂教學(xué)效果，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生由問(wèn)題到目標(biāo)的探索學(xué)習(xí)能力、邏輯思維分析能力、運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的實(shí)踐動(dòng)手能力的目的。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李曼.微課在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].微型電腦應(yīng)用，2020（10）：59-61.

[2]燕慶明.信號(hào)與系統(tǒng)教程[M].3版.北京：高等教育出版社，2012.

[3]白魚(yú)秀.“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程多元化教學(xué)改革研究[J].微型電腦應(yīng)用，2020（9）：19.

[4]吳大正.信號(hào)與線性系統(tǒng)分析[M].4版.北京：高等教育出版社，1997.

（編輯 何 琳）