《信号与系统》教学改革探索与实践

【摘 要】信号与系统这门课程具有理论性强、内容概念较多而且抽象难懂等特点，本文结合我校课程教学实际情况，为使学生能够更好的学习好这门重要的专业基础课，从多个方面对这门课程的教学进行实践性改革。在教学环节改革上精选教学内容、优化教学方法、丰富教学手段、重视课后习题讲解和答疑；在实验环节改革，将理论和实验相结合，软件和硬件相结合，验证性实验和创造性实验相结合注重培养学生理论联系实际、独立分析解决问题的能力。

【关键词】信号与系统；教改；实验教学

引言

“信号与系统”课程是电子信息类专业的核心技术基础课程。它以微积分、工程数学及电路分析等课程为基础，是后继的数字信号处理、数字图像处理、通信原理、自动控制原理等课程的先修课程，在教学环节中起作承上启下的作用。由于该课程理论性、工程应用性强，且较为抽象，历来是一门难教也难学的课程。

从往年的教学过程和考试情况来看都很不理想，学生挂科率较高，学完之后甚至不知道这门课到底讲了些什么东西，造成这样的结果有一部分来自于我校部分学生学习基础较差，同时对理论学习缺乏兴趣，另外也有部分原因在于完全按照传统教学方式，比如纯板书的理论讲解等，太过抽象，学起来很难理解和记忆。因此，信号与系统的教学不能照搬普通高校的教学模式，必须从实际出发，在教学内容、教学方法及实验教学等方面进行改革，建立适应我校学生的教学体系和教学模式。

结合以上实际情况，对信号与系统课程的教学做出如下的一些实践性改革。

第一，调整和优化教学内容

因为目前国内很多高校的电子信息类专业都开设了电路分析和信号与系统两门课程，而这两门课程上有部分章节或知识点存在交叉重复的问题，所以，对于在电路分析课中已经讲过的内容，在信号与系统课程上则将其弱化，只需带过就可以，不必在这上面再花太多时间大讲特讲；再比如，信号的频域分析这章中的信号正交分解对于我院的学生可以不讲或简单介绍，然后直接引入傅里叶级数，而对于离散序列的傅里叶分析及离散傅里叶变换则是后续课程数字信号处理中的内容，所以也不需要花太多时间；在讲授傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的性质时，由于三者有一定的相似性，因而我们可以采取只是重点讲授傅里叶变换的性质以及强调各性质之间不同的地方就可以；另外，在电路分析课程中，因为不讲拉普拉斯变换分析电路的方法，则在本课程拉普拉斯变换一章中重点讲授；系统的状态变量分析对弱电类专业来说，后续课程用的很少，可以不讲或只作简单的介绍。

第二，讲课顺序，各种变换的性质采取类比记忆

纵观信号与系统课程的整个知识体系结构可以发现，我们可以将其分为两个大的模块，即连续部分和离散部分，然后在这两个模块中再按照从信号讲解到系统分析、从时间域分析到变换域分析。也可以分为信号和系统两大模块，在这两部分讲解的过程中分别将连续信号与离散信号放在一起。比如说郑君里老师编写的信号与系统教程就是采用了前一种方案：先讲连续部分，从时域经典解法到频域和复频域分析法、从信号分析到系统分析；再将离散部分，采用与前一模块相同的结构和顺序。而吴大正老师编写的信号与线性系统一书中则是将连续与离散信号交叉讲解。这两种方式应该说都有他的合理之处，其原因分析如下：第一，如果先单纯的讲解连续部分，则更利于学生对概念的理解和分析方法的把握，连续部分学好之后对于离散部分将产生举足轻重的作用，如果能够尽早讲授连续傅里叶变换，这将对引导学生尽快“入门”以及抓住课程实质是十分有利的。第二，如果将连续与离散信号交叉讲解，则更有利于学生进行类比记忆，比如连续信号的基本运算和和变化有很多相似而又不尽相同的地方（连续信号的平移与翻转变化与离散信号相同，而伸缩变换的时候则完全不同）；又如，冲激信号的两种连续变换域的值和冲激序列Z变换的值均为常数“1”；再如连续信号里的傅里叶变换和拉普拉斯跟离散部分的Z变换性质上有很多相似的地方，将这些放在一起更容易记住。

第三，适当压缩连续信号与系统部分的学时，加强离散部分

离散时间信号与系统的分析方法是后续的数字信号处理、通信原理、自动控制等课程的重要基础，所以对这一部分的讲解也不应该有丝毫的减少。从目前的一些教程来看，花了近百分之八十的篇幅讲解连续部分，甚至也有少数学校在安排这门课的学时的时候，每周四个学时，一个学期学完，所以有些老师没有完全按照教学计划进行时就会给离散部分留下很少的时间，更加严重的问题是给学生的感觉是好像放在书的最后面讲解，或者说花较少时间讲解的内容应该不是这门课程的重点，于是学习的时候也就不是很上心。正式考虑到学生的这些实际情况和对后续课程的重要性，所以就应该强调离散部分的重要性并在教学的过程中进一步加强。

第四，注重与实际应用的结合，理论与实践并重

在传统的教学过程中，基本上都是注重理论知识的讲解，而信号与系统这门课程本身理论性强，非常抽象，同时也要求有较好的高等数学和工程数学知识作为基础，所以，在信号与系统课程的讲授过程中如果能够讲授除了信号与系统分析的基本原理和方法之外，更应该将其理论方法应用于实际，并将处理实际问题的例子很好的展现在课堂上。比如，更新并增加应用实例，加强通信、信号处理、控制以及其他各种科学领域中的应用分析，并将Matlab软件很好的与之结合。这样的话可以进一步增加学生学习的兴趣和拓宽学生视野，同时也便于概念及理论知识的理解和记忆。

第五，注重习题课

很多学生在学习过程中，虽然掌握了基本的知识点，但是遇到具体问题时，无法应用学过的知识进行分析。针对这种情况，在教学过程中某一阶段的学习完成后，我们通常上一次习题课。习题课既是对这一阶段学习的小结，同时通过一些典型题型的练习、讲解，也能使学生更好地掌握解题的思路和方法，做到举一反三。

通过本教学改革的实践，学生反映良好，增加了学习兴趣，这也对后续课程的学习打下良好的基础。

参考文献：

[1] 郑君里.教与写的记忆.北京：高等教育出版社，2005.8.

[2] 吴大正.信号与线性系统分析.北京：高等教育出版社，2005.8.