基于MATLAB的信号与系统课程教学与实践研究

摘 要 从独立学院信号与系统课程教学特点出发，利用MATLAB强大的信号处理与图形处理功能，将课程中抽象复杂问题简单化、具体化，对独立学院信号与系统课程教学改革有着非常大的促进与改善作用。通过具体的实例进行分析探讨，实践证明，引入MATLAB软件进行课程辅助教学能有效将课程理论与实践相结合，提高学习效率，促进学生对知识点的理解与掌握，培养学生综合能力。

关键词 独立学院；信号与系统；MATLAB

中图分类号：G642.4 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)27-0120-03

Research on Teaching and Practice of Course Signal and System based on MATLAB//Jiang Fengbing

Abstract This article which is based on MATLAB powerful signal processing and graphics makes abstract complex problems of independent institute of signal and system teaching reform in simplistic, embodied from the independent college signal and system course teaching characteristic, which has a very big promotion and improved processing functions. Through a specific example analysis, and as the practice has proved, The introduction of MATLAB software auxiliary teaching course can effectively combine theory with practice, improve the learning efficiency and improve the students’ understanding and mastering on knowledge.

Key words independent college; signal and system; MATLAB

Author’s address Institute of Science and Technology of Gannan Normal University, Ganzhou, Jiangxi, China 341000

1 引言

信号与系统课程的难学与难教是师生公认的。该课程具有理论性强、概念抽象不易理解、需要很强的数学功底与电路分析等课程作为前期的基础的特点，同时又是一门实践性较强的课程，其内容涉及信号与系统的概念及三大变换域分析方法。高等数学、复变函数及电路基础是其先修课程，数字信号处理、自动控制原理为其后续课程，因此，信号与系统课程的地位非常高，具有承上启下的作用，属于工科等相关专业必修基础课程。分析独立学院课程教学，主要的难点在于课程内容抽象不易理解，学生数学基础薄弱，过多强调数学分析与推算，尤其是过多的理论传授，不能使学生了解所学理论与实际工程应用有何联系，抽象的事物缺乏具体化的实验教学演示，学生学习兴趣普遍较低，厌学甚至放弃的大有人在，学习效率较为低下。

面对教学中种种学习的消极情况，如何使学生理解与掌握课程中的基本概念、原理和分析方法，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，是开设该课程所要解决的关键问题，革新教学方法也势在必行。本文结合教学实际，引入功能强大的MATLAB软件针对课程中的知识点进行辅助教学与实验分析，注重实践教学，努力为学生打造一个轻松、活跃的学习环境，提高学生学习效率和培养分析问题的能力，为信号与系统课程的学习与教学改革研究提供一个教与学的优秀平台。

2 MATLAB软件介绍

MATLAB[1]软件一开始是为了解决线性代数课程的矩阵运算问题而开发的，随着科学的发展，MATLAB软件及其提供的各种工程领域工具箱已经被应用到各种科学研究等领域中，已经成为工程领域中不可缺少的软件系统，MATLAB已经成为公认的世界最优秀的工程应用软件之一。MATLAB的典型应用包括数学计算、科学算法开发、书籍采集及信号处理、建模及原型仿真、数据分析与数据可视化、科学与工程绘图、应用程序开发等[2]。

信号与系统的课程辅助教学过程中，可以利用MATLAB的信号处理工具箱以及图形处理及数据可视化操作、直观的图形图像演示，将课程中抽象与不易理解的概念和问题变得具体化，让学生对这些概念与定理产生直观的认识，加深理解和易于掌握，鼓动学生自己动手进行课程设计或参与教师课程设计，激发学习兴趣和增强借助计算机辅助解决实际问题的能力。

3 基于MATLAB的信号与系统教学与实践

在信号与系统课程的理论教学过程中，引入MATLAB进行辅助教学，一方面可以简化辅助的数学计算，另一方面利用MATLAB强大的信号处理、仿真以及图形绘制功能，可以让学生直观地理解和领会教材中抽象的理论内容，提高学生学习的积极性和兴趣，提高应用软件进行编程的能力，从而达到对信号与系统课程的理解和掌握，大大提高教学效率。下面通过一些具体的实例来说明利用MATLAB编程进行信号与系统课程知识点的辅助教学与实验分析，通过直观的图形图像可以加深学生对于复杂问题的理解与掌握。

3.1 信号卷积计算的MATLAB实现教学

卷积是信号与系统课程中一个重要的概念，卷积方法的原理就是将信号分解为冲击信号之后，借助系统的冲击响应h(t)，求解系统对任意激励信号的零状态响应。在郑君里等主编的《信号与系统》（第二版）教材中就有用图解方法说明卷积运算的运算过程，按照教程中图解方法具体分为5个步骤进行，而总体概括来说就是反转—平移—相乘—积分。从计算过程来说，运算具有一定繁琐性，实际由于系统的因果性或者激励型号存在时间的局限性，其积分限会有变化，这样又给计算带来困难。现在采用MATLAB函数库中的conv()函数，便会使工作变得简单和通俗易懂。