信号与系统教学方式改革刍议

　　摘 要 为了增强教学效果，针对信号与系统课程的教学方式进行许多有益的探索，提出几点经验体会。
　　关键词 信号与系统；MATLAB；实验教学
　　中图分类号：G642.0 文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2016）24-0126-02
　　Thinking in Teaching Method Reform of Signal and System//WANG Xiaodong， ZHAO Renhong， JI Chao， CAI Zhanxiu
　　Abstract In order to increase the effect of teaching， the author carried
　　out a lot of explorations in related with reform of teaching method of
　　the Signal and System， the article below is summarized by the author’s
　　experience.
　　Key words signal and system； MATLAB； experiment teaching
　　1 前言
　　信号与系统是通信和电子信息类专业的一门基础课程，在目前大量的工科专业中开设广泛。学习这门课程，对于学生理解并掌握工程设计、工程控制等理论有重要的指导作用。但这门课程涉及较多的工程物理概念，比如傅里叶变换、零状态响应等。这些概念比较抽象，对于刚刚接触这门学科的学生来说，一时比较难以理解，会影响学习效果，部分学生甚至会产生厌学、怕学等情绪。因此，传统的教学方式已经不适合发展现状。为了改变这种状况，笔者总结了多年一线教学经验，提出三点措施，对传统的教学方式进行改革创新。经学生的反馈情况来看，取得不错的教学效果。
　　2 改善信号与系统教学方式的三点措施
　　加深课程理论的应用引导，促进学生理论与实践相结合，调动学生学习的积极性 任何一门学科只有与实践相结合，做到学以致用，才能发挥它的真实作用，信号与系统也不例外。在教学中，由于本门课的抽象性强，导致许多学生对基本概念的掌握不够深入，公式理解不够扎实，成绩提升起来比较困难。课程复杂是一个原因，而许多学生日常生活实践少，观察不够细致，也是不容忽视的一个重要原因。只有帮助学生将理论知识与课外实践结合起来，才能调动起学生学习的兴趣，迅速提高成绩。要想达到这个目的，除了要求学生在课外多做思考，多观察实践以外，教师在教学中的引导也是一个重要的方法。
　　如在教授线性差分方程这一章节时，可以引导学生联想定期存款復利的例子，将前一年的收入当作y（n），后一年的收入当作y（n+1），这样就可以使学生将复杂抽象的理论知识与日常司空见惯的实践知识进行结合，从而更快更方便地理解知识点，掌握线性差分方程的求解方法。如假设年利率为r，一个人每年初都存入相同的存款数为a，请问他在n年后能得到多少收入？这个问题就可以利用差分方程来求解，由题意可得：
　　y（n+1）=y（n）（1+r）+a
　　这样就可以利用解差分方程的形式得到n年之后的存款收入，简单直观。
　　在讲授理论知识前先带领学生做相关实验，使学生对所学理论知识有个初步的了解，然后再深入讲解理论知识 在讲课过程中，笔者发现由于信号与系统这门课的理论比较抽象，许多概念学生理解起来比较困难，如零输入响应、零状态响应、傅里叶级数等。概念理解不清，会影响学生对理论知识的掌握，从而影响学习效果。而这些概念的理解仅仅靠在课堂上听讲是不够的，需要与实践相结合才能更好地理解与接受。因此，对本门课的实验教学就成为促进学生理解抽象理论知识的一个重要方法。
　　传统的实验教学是在学生学习完理论知识之后才进行的，这时学生已经对理论知识有了初步理解，做起实验来就会更有针对性。在实验教学之前的理论知识讲解过程中，学生对这些基本概念掌握起来比较困难，因为没有接受任何与理论知识相关的实践经验，无法做到理论实践相结合。因此，笔者认为这种教学方法是不科学的，应该进行相应的改进。可以将实验教学放在理论教学之前，首先让学生建立起一个对概念的基本理解，然后带着自己的理解与实践去接受理论知识，接受起来会比较轻松，掌握概念也会比较深刻。
　　比如在讲解信号的频域分析章节时，可以先让学生做非正弦周期信号的分解与合成实验，让学生对基本理论知识以及相关概念有个初步了解，明白任何非周期信号都可以分解为某个频率的正弦波的N次谐波的线性组合形式，这样就可以更容易接受傅里叶级数的理论知识，对本章节的理解也会更加深刻。而如果先讲授理论知识再做实验，就会使学生在初期接受时比较困难，教学效果就会比较差。
　　如图1为将一个方波用N=7次谐波叠加后恢复的波形，图2为将一个方波用N=31次谐波叠加后恢复的波形，通过对比发现，叠加后的波形与原波形大致相同，只不过在跳变点有起伏，当谐波次数增大时，图像与原图像越相似。经过这个实验，就会使学生增加直观印象，从而更快更扎实地掌握理论知识；而如果讲解完之后再做实验观察，效果就会比之前要差得多。
　　重视MATLAB教学软件在课程教学中的应用，使学生建立工程仿真意识，增强教学效果 MATLAB软件是目前应用非常广泛的一款软件，广泛应用在信息、信号的处理与教学中。信号与系统由于存在大量的数学公式的推导，理解起来会比较困难。MATLAB具备强大的矩阵运算能力，同时又有强大的可视化显示环境，友好的用户界面能够将复杂抽象的理论公式推导用形象、直观的图像展示出来，因此是学习理解本门课程的一个重要的工具软件。理论上的推导往往比较复杂难懂，概念比较抽象，因此，理解起来非常困难。但图形化的概念比较直观，理解起来比较容易。MATLAB软件具备强大的可视化操作显示环境，能够将公式直观地通过作图方式显示出来，这样就可以清晰直观地观察结果，对理解复杂抽象的物理概念起到帮助。
　　在讲解信号卷积章节，由于卷积的物理概念比较复杂，过程步骤比较多，公式比较抽象，理解起来非常困难。这时就可以借助MATLAB软件，将公式推导的过程通过图形显示的方式一步步显示出来，得到最终结果，形象直观。同时可使学生建立起用工具软件进行仿真的思维，为以后的工作科研打下坚实的基础。如图3为单脉冲波形，图4为将两个单脉冲波进行卷积后所得到的波形，与利用公式推导出的公式进行对比，就可以使学生更深刻地理解卷积的原理，而且能够调动学生利用软件进行仿真验证的积极性，从而更主动地学习知识。
　　3 结语
　　以上三点是笔者在信号与系统教学中总结的几点经验。为使学生更好地理解理论知识，应该积极探索，不断试验总结各种新的教学方法，进行教学方式改革，最大限度调动学生学习的积极性，增强教学效果。
　　参考文献
　　[1]张红燕，李立礼，樊东红.基于MATLAB的信号与系统教学研究[J].时代教育：教育教学版，2011（1）：18-19.
　　[2]王明武.MATLAB在信号与系统教学中的应用[J].机械管理开发，2013（2）：161-162.
　　[3]郝慧艳，郝利华，王明泉.“信号与系统”课程的教学改革与实践[J].机械管理开发，2008（2）：133-136.
　　[4]梁虹，杨鉴，普园媛.基于MATLAB的“信号与系统”计算机辅助教学系统设计[J].云南大学学报：自然科学版，
　　2001（2）：111-114.
　　[5]许波，陈晓平，姬伟，等.“信号与系统”课程教学改革思考与实践[J].电气电子教学学报，2008（1）：8-10.

相关热词搜索：刍议 教学方式 信号 改革 系统