“信号与系统”教学及课程相关性研究

刘 华，李军红，文 杰

(南华大学电气工程学院，湖南衡阳 421001)

1 课程的背景

“信号与系统”是信息类专业的核心专业基础课，课程中的概念和分析方法被广泛应用于通信、自动控制、电子技术、电气工程、电路与系统、计算机科学、生物医学工程等领域。随着信息技术的不断发展和信息技术应用领域的不断扩展，“信号与系统”课程已经从电子信息工程类专业的专业基础课程扩展成电子信息、自动控制、电子技术、电气工程、计算机技术等众多专业的专业基础课程，甚至在很多非电专业中也设置了这门课程。而其内容也从单一的电系统分析扩展到许多非电系统分析。我校电气工程学院“信号与系统”课程采用郑君里主编、高等教育出版社出版的《信号与系统》，这是一本在国内很有影响力的实用型教材。

2 课程教学的目的和困难

2.1 教学目的

通过对本课程的学习，学生应该能够掌握信号分析的基本理论和方法，掌握线性非时变系统的各种描述和分析方法，掌握线性非时变系统的时域和频域分析方法，掌握有关系统的稳定性、频响、因果性等工程应用中的一些重要结论。

2.2 教学困难

“信号与系统”课程教学的难点在于:如何将很强的理论性与实用性有效地结合;如何使学生领悟理论对工程实际的指导意义;如何使学生懂得理论分析方法在工程实际问题中的正确使用;面对具体工程问题时，如何选择有效的理论工具进行分析;如何使学生能够有意识地运用该课程理论方法分析简化其他课程、日常生活以及专业领域中的技术问题。

3 课程的教学内容和模式

“信号与系统”课程的主要任务是结合线性系统分析这一个主线，对数学方法进行详细的讲解。教学内容可以简而言之地概括为:两种系统、两类方法、三大变换。两种系统是指课程研究的系统按照其处理的对象而言可以分为连续时间系统和离散时间系统两种;两类方法是指课程使用的分析方法可以分为时域分析方法和变换域分析方法两类;三大变换指其中变换域分析方法使用的三种变换，即傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换。作为工科院校的专业主干课程，除了相关的分析方法和理论以外，还必须向学生介绍一些各种方法的工程应用背景以及工程应用中常用的概念。并且本课程的教学模式为理论授课，创新之处在于可以积极推行“理论授课+课堂MATLAB 演示”的教学模式。

4 课程相关性研究

4.1 与数学课程的相关性

“信号与系统”课程有着很强的数学背景，内容涉及高等数学、线性微分方程、概率论和随机过程、复变函数与积分变换、线性代数等多门数学课程的知识。本课程的主要任务是结合线性系统分析这一个主线进行详细讲解。从郑君里教授主编的《信号与系统》(第2 版)的内容中可以清楚地了解到“信号与系统”的数学要求，例如第二章连续时间系统的时域分析主要内容是微分方程的求解，基础要求是高等数学课程中的微分方程相关内容;第三章傅里叶变换主要内容是傅立叶级数和傅立叶变换应用，基础要求是高等数学课程中级数和复变函数与积分变换课程中的傅立叶变换内容;在第四章拉普拉斯变换、连续时间系统的s 域分析中，主要内容是拉普拉斯变换在电子系统中的分析与应用，基础要求是复变函数与积分变换课程中的拉普拉斯变换内容。

4.2 与专业课程的相关性

“信号与系统”课程研究的是信号作用于系统的一般规律和特性。在电子信息、自动化相关专业中，与“信号与系统”课程紧密相关的课程包括:电路原理、模拟电子技术、数字信号处理、DSP 原理及应用、数字图像处理、通信原理、自动控制原理等。其中“电路原理”是整个课程的基础;“数字信号处理”与“通信原理”分别是信息处理与通信技术两个方向的专业基础课，而“信号与系统”为这两门课程的基础;“模拟电子技术”是电子技术类课程的专业基础，与“信号与系统”课程地位相当，“信号与系统”侧重于理论和算法，而“模拟电子技术”侧重于电路，尤其是模拟电路;“DSP 原理及应用”与“数字图像处理”两门课程是信息处理方向的重要专业课程，要求学生必须首先掌握“数字信号处理”课程，自动控制原理中的传递函数以及时域、频域的分析思想都利用了“信号与系统”课程中的理论工具。

“电路原理”课程应用基本分析方法建立电路系统的数学模型，掌握简单电路的时域分析方法，在课程教学中让学生初步接触拉普拉斯变换，了解拉普拉斯变换在电路分析中的应用，为“信号与系统”课程的电路模型建立和基本电路概念打下基础;“模拟电子技术”课程与“信号与系统”课程的相关性主要在放大电路的频率特性和滤波器两个部分，模拟电子技术主要强调常用放大电路的低通和高通特性和频带的概念;在滤波器内容中介绍常用的模拟无源和有源滤波器的电路形式，以及滤波器的数学模型，说明滤波器电路在工程中的应用;“数字信号处理”课程在20世纪80年代以前属于“信号与系统”课程的一个部分，一般包括郑君里“信号与系统”教材下册的第七章离散时间系统的时域分析、第八章z 变换和离散时间系统的z 域分析、第九章离散傅里叶变换以及其他离散正交变换、第十章模拟与数字滤波器等内容;“通信原理”课程主要是应用“信号与系统”课程中频域的思想和关于频谱的内容，在“通信原理”的信道、模拟和数字调制、数字基带传输、模拟信号的数字传输等内容中，大量地用到了频谱等相关知识;近年来数字图像处理技术发展迅速，它基本上是“信号与系统”课程中二维信号的分析和应用。

5 结语

在“信号与系统”课程教学实践中，应以分析系统对信号的响应为主线，构建先连续后离散、先时域后变换域的教学体系。同时，充分认识到课程间的相关性，有利于课程教学顺序的合理安排。将各相关课程有机地联系起来，使学生不再孤立地学习一门课程，不再将自己思维限定在单独一门课程或一个理论中，而是能够从更宽、更深的角度理解专业问题。

［1］郑君里.信号与系统［M］.2 版.北京:高等教育出版社，2005.

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