《信号与系统》课程在职业教育类院校教学改革的探讨

摘要：信号与系统是电子信息、通信工程等专业的一门专业基础课程，在专业教学过程中起到了承上启下的作用。针对职业教育类院校的特点，本文从教学内容、教学方法、授课方式和实验环节等方面提出了本课程的教学改革方法。在实际教学中教学改革方法取得了良好的教学效果。

关键词：信号与系统；教学改革；对比教学；授课方式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）05-0036-03

一、引言

《信号与系统》是电子信息类与电气类专业学生的一门非常重要的专业基础课程。此课程的先修课程有复变函数，电路分析等，后续课程有通信原理、数字信号处理、自动控制原理等，在整个教学体系中有着非常重要的作用。由于职业教育类院校学生有自己的特点，培养方向也就与高等院校不同，所以如何将此门课程讲好，让学生更容易理解和掌握并能熟练运用到工程中去，是我们需要思考和解决的问题。笔者在教学过程中进行了一系列的尝试和探索，提出了一些教学改革方法。

二、教学中需要解决的问题

《信号与系统》课程对于数学基础要求较高，涉及到线性微分方程、复变函数、积分变换、离散数学等多门数学课程的知识。此外该课程的特点是理论性强，抽象概念多，存在大量的公式计算和理论推导。在该课程的学习过程中，大量烦琐的公式推导与计算让很多学生望而却步，从而在学习过程中丧失信心。而职业教育类院校的学生又普遍存在数学基础比较薄弱的现象，面对诸多的公式、定理和推导过程，掌握起来显得更加困难。

实践能力的培养是职业教育类院校教育的核心问题，也是衡量职业教育成功与否的重要尺度之一。在该门课程的教学过程中有些学生不了解所学知识的具体用处，不能和先修课程及后续课程建立起联系，也不能把信号与系统分析理论应用于工程中去。

所以在职业教育类院校，该门课程的教学不能采用普通高等院校的教学方法，需要结合学生自身的特点对该课程进行教学改革，以期得到更好的教学效果。

三、教学改革措施

（一）选用合适的教材，优化教学内容

当前本课程已有许多优秀精练的教材，但由于不同专业对课程的要求和侧重点不尽相同，因此在选用教材时应针对在校学生的具体情况来认真选取。本课程我们选用的是郑君里编写的《信号与系统》第三版，这套教材理论体系完整、科学，重视基本概念的表述，全书论证严谨、逻辑性强，理论讲解深入浅出，并且注重经典理论讲述与最新技术引入的相互融合。它在第二版的基础上对于比较烦琐的数学推证进行了压缩和删减，并且添加了丰富的实例。

本课程的特点是理论性比较强，内容比较多，所以如何在有限的学时内完成教学任务，尤其是在学生数学基础比较差的情况下，如何让他们能实实在在的学好这门课是一个难题。

1.由于职业教育类院校学生数学基础较薄弱，对大量的理论推导和证明很难掌握，所以在教学的过程中，可以弱化这部分内容，而把教学的重点放在结论和应用上。例如三大变换的性质的证明方法很简单，都是通过变换的定义式来进行证明，但是变换的性质种类繁多，有的证明计算过程比较烦琐，所以这部分内容要求学生掌握结论并且能够熟练应用即可。

2.根据学生的不同层次和不同专业，适当调整教学内容。该课程在我院应用电子技术教育、电子信息工程、通信工程、微电子学等几个专业开设。针对不同的专业和不同的生源，制定了不同的教学大纲，其中教学内容、授课学时与实验学时等都根据专业有所调整。例如对于技本生源的应用电子技术教育专业的学生，由于后续要学习自动控制理论，所以第十一章反馈系统和第十二章系统的状态变量分析需要比其他专业分配更多的课时。而对于电子信息工程和通信工程专业的学生，由于要学习通信原理和数字信号处理等后续课程，因而要加入第五章傅里叶变换应用于通信系统和第九章离散傅里叶变换以及其他离散正交变换等内容。

（二）采用对比教学法建立起课程内部之间的联系

本课程的教学内容主要是信号与系统的分析和处理方法，主要讲述了连续时间系统与离散时间系统的时域分析和变换域分析方法，运用了傅里叶变换、拉普拉斯变换和z变换三种变换方法。面对课程内容多与教学学时少的矛盾，根据应用电子技术教育专业的特点，在教学中注重教学过程的循序渐进性，教学内容由浅入深，由简单到复杂，并突出这些内容相互之间的联系，使得学生更容易理解和掌握相关内容。

1.在讲授第七章“离散时间系统的时域分析”时由于和第二章“连续时间系统的时域分析”的分析方法有很多相似之处，故可以采用对比教学。二者对于系统的分析都是先建立数学模型然后进行求解。连续时间系统的数学模型是微分方程，离散时间系统的数学模型是差分方程，而对于相应的求解所采用的方法都有经典时域解法和双零法并且在求零状态响应时都采用了卷积运算。所以讲到第七章的时候可以和第二章的相关内容对比，这样学生对新内容的理解和掌握就比较容易，同时第二章的内容也得到了复习和巩固。

2.该课程中的三大变换傅里叶变换、拉普拉斯变换和z变换之间存在着内在的联系。狄里赫利条件中的绝对可积的要求限定了某些增长信号傅里叶变换的存在，引入了衰减因子之后，得到了新的变量s（s=σ+jω），把频率ω变换为复频率s，从而得到拉普拉斯变换。由抽样信号的拉普拉斯变换可以得到z变换的定义，其中复变量z=eST。因而这三种变换的性质非常相似，在教学过程中采用对比教学，可以让学生学习和记忆起来更加容易。

3.差分方程的变换域求解和微分方程的变换域求解可以对比教学。差分方程的变换域求解采用的是z变换，分析过程是先对差分方程进行z变换，然后整理出响应的z变换形式，最后求逆z变换，得到响应的时域表达式。这个过程和微分方程的变换域求解过程是完全相同的，只是对微分方程进行变换域求解时采用的是拉普拉斯变换。另外逆z变换和拉普拉斯逆变换的常用方法都是部分分式展开法，先将X（z）和F（s）展成一些简单而常见的部分分式之和，然后分别求出各部分分式的逆变换，把各逆变换相加即可得到逆变换的结果。

这样突出这些内容相互之间的联系，知识点之间可以串成线连成面，使得学生可以更加系统的把握该课程的核心内容。

（三）重实例和应用，建立起与后续课程的联系

《信号与系统》课程是一门承上启下的专业基础课程，是以电路分析为基础，同时又是后续的通信原理、数学信号处理、自控理论等专业课的基础。虽然存在大量的理论推导和计算，但它不是一门数学课程，该课程构建了从数学到物理和工程技术的桥梁，引导学生从理论学习过渡到专业工程训练。

在教学过程中学生普遍反映了公式多理论多，难理解，学了之后不知道有什么用处等问题。因此，在教学过程中可以引入生活中的实例，与看似复杂的理论知识结合起来，在提高学生学习兴趣的同时，建立起和后续课程的联系。例如连续时间信号相乘运算和傅里叶变换性质中的频移特性，是通信系统调制解调基本理论。讲这部分内容时可以结合无线电广播系统讨论调制信号和已调信号的时域波形及频谱，分析频谱搬移的特点，使学生明白这数学关系后面的物理意义和应用价值。再如连续时间信号的抽样，抽样产生的信号称为脉冲幅度调制（PAM）信号。在数字通信系统中广泛采用的调制方式为脉冲编码调制（PCM），它是把PAM信号经过量化和编码之后可以得到的。授课的时候可以引入PCM的一些基本理论，建立和后续通信原理课程的联系。

（四）采用多媒体辅助教学手段与板书相结合，提高教学效果

《信号与系统》课程理论性强，有大量的公式计算和理论推导，内容枯燥、抽象容易引起学生的厌学心理。采用多媒体辅助教学手段，可以通过动画、图片把抽象的物理概念形象化，用具体的示例让学生更好的理解相关的理论。如连续时间信号的卷积运算，它是求解连续时间系统零状态响应的重要方法。在图解法求卷积运算时，运用多媒体课件通过动画演示其计算过程，这样信号的反褶、移位、相乘、积分运算过程能够清晰的演示出来，使学生能够形象直观的理解图解法的步骤。信号频谱和抽样定理及调制解调等内容都可以采用多媒体课件来加深学生对这些内容的理解和认识。

而对于《信号与系统》课程中的大段的数学性质的理论推导和证明，如果采用多媒体课件一页一页进行展示，学生没有思考的过程，只能被动的接受，就不能很好的理解和掌握所学的内容，甚至很难跟上教学进度。对于这种复杂公式推导就需要通过板书来进行讲解，让学生有思考的时间，也能在这个过程中跟学生互动和交流，避免学生因为内容枯燥而走神。

所以多媒体工具只是一种辅助教学手段，还应以板书讲解为主，同时要做到多媒体与板书的有机结合，以利于学生的更好理解。实践证明，多媒体与板书相互补充，加上课堂详细的讲解，丰富了学生的知识面，加深了对所学知识的理解，收到了良好效果。

（五）实验课程与理论教学紧密相连

实验课程主要采用MATLAB软件编写程序来解决信号系统中的一些问题。MATLAB具有强大的计算能力和可视化界面，并且在它的信号处理工具包中有大量的内部函数可以调用，大大简化了人工计算的工作量，并可以通过可视化建模，让学生对抽象的理论有形象的认识。例如连续时间信号的卷积运算，按照图解法来进行求解时计算非常烦琐，而采用MATLAB软件编程，只需要调用内部函数conv（u，h）就可以完成函数u和h的卷积运算。还可以通过编程来用动态图形显示图解法求解卷积的过程，让学生可以直观的观察卷积过程。另外对连续时间系统时域求解零输入响应和零状态响应时，采用MATLAB编写通用性程序，可以大大简化计算过程。

四、结论

《信号与系统》课程是一门非常重要的专业基础课，在整个教学体系中起着承上启下的作用。所以在教学过程中需要不断的探讨与改革，摸索出适合于职业教育类院校不同层次学生的教学方法，这样才能使学生熟练掌握、学以致用。通过教学实践已经证明，提出的改革方法取得了很好的教学效果，得到了学生的一致认可。

参考文献：

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