李道清

[摘要] “信號(hào)與系統(tǒng)”是三本院校電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。本文介紹了“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的特點(diǎn)，結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐情況，探討了如何改進(jìn)現(xiàn)有的教學(xué)方式和方法，旨在幫助學(xué)生更好地掌握“信號(hào)與系統(tǒng)”這門課中的基本概念、定理和基本分析方法，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。結(jié)果表明，這種探索和實(shí)踐取得了較好效果。

[關(guān)鍵詞]三本院校 信號(hào)與系統(tǒng) 教學(xué)方法

信號(hào)與系統(tǒng)是高校通信與電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其中的概念和分析方法廣泛應(yīng)用于通信、信號(hào)與信息處理、電路與系統(tǒng)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。該課程以高等數(shù)學(xué)、電路分析基礎(chǔ)等課程為基礎(chǔ)，是后續(xù)的通信原理、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制原理等課程的非常重要的先修課程，其特點(diǎn)是理論性、實(shí)踐性比較強(qiáng)，定理概念及公式多、內(nèi)容抽象。該課程歷來是一門難學(xué)難教的課程，由于該課程具有不同于先修課程的思維方式，而且數(shù)學(xué)能力要求比較高，所以學(xué)生感到難學(xué)；由于學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，所以教師感到難教。如何提高這門課程的教學(xué)效果，很多教師做了許多有益的嘗試，筆者從事這門課程教學(xué)多年，現(xiàn)結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)方法的角度談一下如何提高三本院校學(xué)生“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

一、講清基本概念和基本原理，避免繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)

本課程主要講授信號(hào)與系統(tǒng)分析的基本原理和方法，教學(xué)內(nèi)容可以概括為：兩種體系、兩類方法、三個(gè)變換。兩種體系是指該課程研究的系統(tǒng)按照其處理的對(duì)象可分為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)兩種；兩類方法是指課程使用的分析方法分為時(shí)域分析法和變換域分析法兩類；三個(gè)變換即為傅里葉變換、拉普拉斯變換和Z變換。本課程中，定理概念及公式很多，但貫穿于全課程的概念定理主要還是沖激信號(hào)、線性系統(tǒng)的性質(zhì)、信號(hào)的分解性、卷積定理、系統(tǒng)函數(shù)等。要花大力氣講清楚基本概念，特別是那些先修課程中沒有的、而本課程中新出現(xiàn)的概念。例如，沖激函數(shù)這個(gè)概念先前沒有出現(xiàn)過，在講解中就不能只是簡單地告訴學(xué)生有這么一個(gè)函數(shù)，后面章節(jié)中要用到就結(jié)束了，而是用矩形脈沖取極限的方法導(dǎo)出沖激函數(shù)，學(xué)生就可以更容易地理解、掌握沖激函數(shù)的概念及基本性質(zhì)。通過信號(hào)的分解性的講解，讓學(xué)生明白，任何信號(hào)都可以分解成一系列沖激信號(hào)的疊加，引入這樣一個(gè)具有特殊性質(zhì)的函數(shù)之后給信號(hào)分析、系統(tǒng)分析過程帶來了方便。在線性系統(tǒng)的性質(zhì)部分，一定要講清零輸入線性與零狀態(tài)線性的概念。系統(tǒng)的完全響應(yīng)=零輸入響應(yīng)+零狀態(tài)響應(yīng)，零輸入響應(yīng)與初始狀態(tài)間是線性關(guān)系，零狀態(tài)響應(yīng)與激勵(lì)信號(hào)間是線性關(guān)系，但完全響應(yīng)與與激勵(lì)信號(hào)間并不滿足線性關(guān)系，通過具體的例題讓學(xué)生對(duì)線性系統(tǒng)的概念有深刻的理解和掌握。卷積定理在本課程中具有重要地位，是進(jìn)行系統(tǒng)分析的重要工具，要從時(shí)域和變換域兩個(gè)方面講清卷積定理的內(nèi)容以及如何應(yīng)用。我校是三本院校，學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，很難去理解一些推導(dǎo)過程，不僅對(duì)理解概念性質(zhì)無益，還會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，因此在講解概念、定理及性質(zhì)的過程中，必須繞開繁難的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，著重講解概念、定理及性質(zhì)的物理意義以及如何應(yīng)用。例如周期信號(hào)的頻譜分析，應(yīng)避開傅里葉級(jí)數(shù)的推導(dǎo)，側(cè)重于理解頻譜的概念及頻譜疊加的原理。

二、用興趣激勵(lì)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

興趣教學(xué)法就是在保證基本教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，著重于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，使學(xué)生在興趣中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中享受樂趣。在本課程教學(xué)過程中，采用興趣激勵(lì)可以幫助學(xué)生輕松愉快地學(xué)習(xí)，達(dá)到事半功倍的效果。例如在講緒論課時(shí)，為了增加學(xué)生對(duì)課程的感性認(rèn)識(shí)，以提問的方式請(qǐng)學(xué)生舉例說明身邊有哪些信號(hào)、哪些系統(tǒng)？在啟發(fā)學(xué)生說出一些常見的信號(hào)后，我們將其引導(dǎo)到常見的電信號(hào)，比如手機(jī)信號(hào)、電視信號(hào)、數(shù)碼相機(jī)中的信號(hào)等等，之后，我們?cè)趩l(fā)學(xué)生，對(duì)上述各種類型的信號(hào)，我們能對(duì)其做哪些處理？由于都是學(xué)生自己思考?xì)w納的信號(hào)，他們都很熟悉，因而能夠很快舉例說明各種信號(hào)處理方式。老師講同學(xué)們提出的各類信號(hào)處理方式進(jìn)行引申，總結(jié)歸納出信號(hào)與系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容，學(xué)生能夠意識(shí)到這門課程和自己生活密切相關(guān)，很有用，進(jìn)而產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

三、變注入式教學(xué)為啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體、能動(dòng)作用。改變傳統(tǒng)的滿堂灌的做法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課題教學(xué)的積極性。注意以啟發(fā)式為主，靈活利用互動(dòng)式、討論式教學(xué)，使學(xué)生真正理解知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系。由教師提出問題，學(xué)生進(jìn)行充分的討論，教師引導(dǎo)學(xué)生找出解決問題的方法，把教學(xué)變成真正的“教”與“學(xué)”的交互式學(xué)習(xí)過程。精選具有代表性的例題，講解透徹，注意引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)結(jié)題步驟和解題方法，使他們能舉一反三、觸類旁通。

四、正確應(yīng)用類比法

在信號(hào)與系統(tǒng)課程中，以分析系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的響應(yīng)為主線，先連續(xù)后離散、先時(shí)域后變換域，各部分內(nèi)容循序漸進(jìn)、相輔相成。連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)的分析方法在很多地方是非常相似的，但是也有一些不同之處。在具體講解時(shí)，指出兩種系統(tǒng)類似性質(zhì)的相似之處，同時(shí)指出其不同的地方。比如微分方程的時(shí)域解法與差分方程的時(shí)域解法中，兩者的完全解都是由齊次解和特解組成，解的形式也相似；在變換域解法中，都是通過拉普拉斯變換或Z變換將微分方程或差分方程變成代數(shù)方程進(jìn)行求解，得到解的變換式后，取反變換得到解的時(shí)域表達(dá)式；兩種系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)均為零狀態(tài)響應(yīng)的變換式與激勵(lì)信號(hào)的變換式之比；在系統(tǒng)的穩(wěn)定性部分，利用S平面與Z平面的映射關(guān)系，將連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的結(jié)論移植到離散系統(tǒng)。在教學(xué)中我們突出了這些相互之間的聯(lián)系，使得學(xué)生可以更快、更深入地掌握相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)也解決了學(xué)時(shí)與內(nèi)容之間的矛盾。

五、傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合

信號(hào)與系統(tǒng)課程中公式和理論推導(dǎo)很多，各種波形和變換復(fù)雜，傳統(tǒng)的單一黑板式教學(xué)在定理推導(dǎo)、習(xí)題解答等環(huán)節(jié)較為適用，但對(duì)于較復(fù)雜的頻譜圖形及變化過程的展示，多媒體教學(xué)則更有優(yōu)勢。因此，在授課過程中，采用多媒體教學(xué)與黑板教授有機(jī)結(jié)合的方式。利用多媒體教學(xué)手段，一步一步地展示教學(xué)內(nèi)容，輔以圖片或動(dòng)畫演示，既幫助學(xué)生獲得了直觀印象，進(jìn)一步加深了對(duì)抽象概念的理解，又加大了課題教學(xué)的信息量和趣味性。而對(duì)于公式的推導(dǎo)計(jì)算或教學(xué)重點(diǎn)的介紹，采用黑板板書的方式，可以方便學(xué)生緊跟老師的講解思路，理順知識(shí)脈絡(luò)，加強(qiáng)；理解和記憶。

六、將matlap引入課程教學(xué)

matlap是一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件包，具有強(qiáng)大的矩陣計(jì)算和圖形處理功能，語句簡潔直觀，符合人們的思維習(xí)慣，廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理、自動(dòng)控制、通信、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域。在課堂教學(xué)中引入matlap軟件仿真演示，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及效率。例如在講解采樣定理時(shí)，用matlap將采樣過程中各部分頻譜展示出來，同時(shí)變小帶限信號(hào)的采樣頻率，可以清楚地看到其頻譜由不重疊到重疊的過程，學(xué)生看后印象很深，也可以激發(fā)他們進(jìn)一步研究的興趣。

七、上好習(xí)題課

信號(hào)與系統(tǒng)課程概念多、數(shù)學(xué)表達(dá)式多，要想讓學(xué)生掌握基本概念和基本分析方法，還需要設(shè)置一定數(shù)量的習(xí)題課。它是講授課的延伸和拓展，是幫助學(xué)生消化和鞏固索性知識(shí)、澄清錯(cuò)誤概念、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問題能力的重要環(huán)節(jié)。在習(xí)題課中，選擇一些較典型。比較困難的題目、學(xué)生詢問較多的題目以及作業(yè)中問題較多的題目進(jìn)行詳細(xì)講解，讓學(xué)生掌握基本概念及分析問題解決問題的方法，從而進(jìn)一步理解和掌握知識(shí)要點(diǎn)和難點(diǎn)，加深對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)的各種分析方法的理解和掌握，更好地掌握本課程內(nèi)容。

八、結(jié)束語

筆者針對(duì)三本院?！靶盘?hào)與系統(tǒng)”課程的特點(diǎn)，根據(jù)自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)手段和方法方面探討了課程的教學(xué)改革。經(jīng)過幾年的探索與實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。

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[3]李紅麗.高職院校信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)改革的實(shí)踐探討.福建電腦，2010（8）：39

（作者單位：武昌工學(xué)院信息工程系 湖北省武漢市）