信号与系统课程直观化教学方法的探索与实践

吕军　孙剑　宁仁霞　何宁业

【摘 要】信号与系统课程作为电子信息工程重要的专业基础课程之一，具有理论性强、概念抽象和推导繁琐等特点。以课程群建设为导向的基础上整合课程内容，探讨了图形直观化教学方法，加强课程内容的紧凑性和衔接性，提高教学质量，积极调动学生学习能动性。在教学实践中表明，直观化教学对课程教学效果有显著性帮助。

【关键词】信号与系统；系统框图；教学直观化

0 引言

《信号与系统》是电子信息工程和通信工程等专业重要基础课程之一，以高等数学、电路分析、复变函数和积分变换等课程为基础，是数字信号处理、通信原理等核心课程的知识储备。该课程主要以确定性信号和线性时不变系统为研究对象，从时间域到变换域、从连续到离散、从输入输出描述法到状态变量分析法，力求以统一的观点阐明基本概念和分析方法，使學生掌握信号分析及线性系统的基本理论和分析方法，了解理论在工程实践中的应用，进一步培养学生的思维推理、分析运算和应用实践能力。课程主要围绕两个核心问题展开教学：（1）激励作用于系统产生响应：利用时域和变换域的方法求解系统零状态响应、冲激响应等；（2）借助于问题一中求得的响应分析系统特性：利用系统函数零极点分布分析系统稳定性和网络作用等。

在目前的教学过程中，该课程由于理论性强[1]，概念抽象，知识体系庞大且零散，学生无法抓住教学重点和难点，课后较难总结和衔接，学生普遍认为该课程较难学习。为提高课程的教学效果和质量，将教学核心内容直观化、形象化，使章与章、节与节内容贯通和衔接，提高知识的系统性，便于学生学习、总结和应用。

1 信号与系统课程内容设计

1.1 以课程群为导向的内容整合

《信号与系统》和《数字信号处理》课程是“信号与信息处理”课程群的重要组成部分，二者在内容上具有一定的重复性。以课程群建设[2-3]为导向，优化课程内容，加大具体实践应用分析。信号与系统课程主要围绕连续时间系统的时域分析、变换域分析和状态变量分析等理论，融入傅里叶变换在通信系统中的应用等项目，而离散部分全部调整为数字信号处理的内容。

1.2 课程教学直观化设计

连续时间系统的分析主要包括时域分析和变换域分析。时域分析主要利用经典法、双零法和卷积法求解系统的自由响应、强迫响应、零输入响应、零状态响应、冲激响应和阶跃响应等；变换域分析主要通过定义等求解系统响应的变换域形式，然后借助傅里叶逆变换或拉普拉斯逆变换还原响应时域形式。上述方法不仅计算量大，而且课程内容分散，使得教学过程中难以衔接。将课程教学直观化、形象化，能够使学生抓住教学重点，帮助学生系统性地衔接知识[4]。课程具体章节及其系统方框图如表1所示。

由表1所示，第一章线性时不变系统的判断，首先根据系统激励和响应关系明确系统H作用，然后按照系统作用，写出激励对应的响应，进而实现判断；第二章卷积法求解系统零状态响应，可以借助图解法、解析式法和性质法进行求解；第三章和第四章变换域分析，需要在求得网络传递函数或者系统函数的基础上，利用变换域乘法关系求解零状态响应，然后利用逆变换得到时域形式。4种框图涵盖了课程的核心问题，不仅阐明了所在章节的教学重点，还清晰的表达了章节之间的变化与关系。以线性时不变系统判断为例，详细介绍利用系统框图求解的过程。

例如：已知方程r（t）=e（2t）描述的系统，试判断该系统是否属于线性时不变系统。

解：

根据系统框图对比可知，该系统H的作用是将激励中变量t变为2t。

因为（1）=（2），（3）≠（4）

故该系统为线性时变系统。

3 结语

信号与系统课程直观化教学是传统教学的继承与改进，在保证培养目标的前提下，课堂教学直观化、形象化，使学生更容易理解和归纳。对于信号与系统的课程教学，不仅仅需要在教学方法上的改革，尤其在当今应用人才培养模式下，如何提高课程的应用型和学生的工程实践能力也需要进一步的探讨和实践。

【参考文献】

[1]陈从颜，费树岷，柴琳.“信号与系统”课程教学改革趋势探究[J].电气电子教学学报，2014，36（1）：13-14.

[2]王艳芬，张晓光，王刚，蔡利梅.电子信息类专业信号处理课程群的建设与改革实践[J].实验技术与管理，2015，32（4）：11-14.

[3]罗朝明，陶扬威，胡顺超，李文.基于应用型人才培养的信号与信息处理课程群建设和探究[J].中国电力教育，2013，2013（32）：115-117.

[4]姚为.“信号与系统分析”的层次化教学方法研究[J].科技资讯，2016，14（15）：91-93.endprint