“信号与系统”课程教学的几点思考

邵 毅，温 艳，张苗苗，胡学青，赵水英

1.宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州，234000；2.中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州，221008

“信号与系统”课程教学的几点思考

邵 毅1,2，温 艳1，张苗苗1，胡学青1，赵水英1

1.宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州，234000；2.中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州，221008

借鉴前人关于“信号与系统”课程的教学研究成果，在“信号与系统”课程教学中，从实施项目式教学、合理安排实验项目以及采取双语教学三方面进行研究，提出了在“信号与系统”课程教学中应采用小课题与大课题相结合、软件仿真与硬件实验相结合以及逐步推进双语教学的观点。教学实践证明：改进后的教学方法，改善了教学效果，提高了学生的实践能力。

项目式教学；信号与系统；双语教学；教学改革

“信号与系统”课程是电类专业的专业核心基础课程。“电路分析”、“信号与系统”、“数字信号处理”是电类专业的主干课程，其中“信号与系统”起到了承前启后的作用，将“电路分析”与“数字信号处理”联系到一起。美国麻省理工学院Alan V. Oppenhein教授在其所著的《信号与系统》第二版序言中写到：“信号与系统方面的课程不仅是工程教学中一门最基本的课程，而且依然能够成为工程类学生在大学生教育阶段所修课程中最有益而又引人入胜和最有用的一门课程。”[1]

信号处理类课程涉及知识点多，所用数学工具多，内容抽象，难于理解。传统的教学方式主要是讲解各种信号处理方法，目的是为了验证定理，这样的教学内容单调，难以调动学生的积极性[2]，学生学起来感觉枯燥无味，同时教师教学时也感觉无从下手。如何改进教学方式，便成为课程改革中一个值得深入探讨的问题。

1 项目式教学

项目式教学围绕一系列课题的提出、分析和解决来进行。推进项目式教学必须彻底抛弃灌输式的教学模式，因为灌输式教学将一个个知识点逐条讲解与推导，即使偶尔加入一些小课题，很难调动学生的学习积极性。经过近几年的教学实践，笔者认为，如何使提出的课题让学生和教学内容之间互动起来是调动学生积极性的关键。

让学生在课堂上积极主动思考是教学的关键，提出的课题过难或过大都不合适。以往在课程结束时，教师布置学生做一个课程设计，过大的工作量和难度，使学生的积极性降低，多数学生敷衍了事。其实，在教学中，可以在每一章结束后设计一些学生能力所及的开放性小课题。小课题要体现在“小”上，使学生有参与的信心和动力。为便于课题的开展，可以将学生分成几个研究小组，每组学生协同完成课题任务。

比如，“采样定理”这个知识点，针对其特点，提出“如何进行语音信号的采样及恢复”这样的小课题，要求学生采集自己的声音作为信号源进行采样和恢复。这样的课题，明显能调动学生的积极性，并让学生认识到一门全是公式的课程也能和生活、生产实践紧密联系起来。还可以引导做得比较好的小组对课题进行扩展研究，如研究信号的滤波、无失真传输、信号的频谱分析等。有一组同学，采用MATLAB-GUI设计出音乐播放器的界面，播放歌曲时界面显示歌曲的频谱图，如图1所示。虽然播放器的界面不是很美观，但是提高了学生自主学习的能力，达到了项目设置的目的。

在课程结束阶段，可以组织学生完成一个综合性的大课题。综合利用前面开展的小课题进行知识的扩展和延伸，达到大小课题相结合。通过这样的项目式教学，对学生进行科研思维和方法的训练，使学生深刻理解课程的基础知识和实用价值，掌握科学研究的基本方法，提高研究能力和兴趣，从而培养创新的意识[3]。

图1 音乐播放器界面

2 合理安排实验项目

2.1 实验项目体系设计

通过实践教学环节，可以增强学生对理论知识的理解，促进学生解决实际工程应用中的具体问题，进一步培养学生的工程素质和创新能力[4]。笔者利用数字信号处理方法，将模拟电路难以实现的实验以及实验结果不理想的实验进行准确的演示及设计。实验平台配有DSP标准的JTAG插口和主机通信接口，便于二次开发，如结合项目式教学所安排的课题，进行扩展性实验。

实验项目的安排遵循循序渐近的原则，每章结束后对相关知识安排几个小实验项目，具体实验体系如图2所示。

图2 信号与系统实验体系

实验体系中每一部分内容安排若干个小项目，如信号与系统的时域分析，安排3个实验：(1)信号的时域表示方法及运算；(2)LTI系统的冲激响应与阶跃响应；(3)信号的卷积运算。实验具有软件和硬件相结合的特点，先采用MATLAB软件仿真实验，然后再安排硬件实验。通过这样的实验安排，在教学中取得了很好的教学效果，可以充分地激发学生学习信号类课程的兴趣，使他们对课程中的相关知识掌握得更加深刻，同时还增强了实践能力。部分学有余力的学生，还可以选作一些DSP的硬件实验。在课程结束后，再安排一个综合性的项目作为课程设计。

2.2 实验项目实例分析

根据给定的两个连续时间信号和，编写程序，完成这两个信号的卷积运算，并绘制它们的波形图[5]。

2.2.1 软件仿真实验

通过信号与系统的软件仿真实验，可以使学生对MATLAB软件应用于信号处理课程更加熟练。

其仿真程序为：

t0=-2;t1=4;dt=0.01;

t=t0:dt:t1;

x=u(t)-u(t-2);

h=(u(t)-u(t-2));

y=dt*conv(x,h); %x(t)与h(t)卷积

subplot(221)

plot(t,x),grid on,title('Signal x(t)'),axis([t0,t1,-0.2,1.2])

subplot(222)

plot(t,h),grid on,title('Signal h(t)'),axis([t0,t1,-0.2,1.2])

subplot(212)

t=2*t0:dt:2*t1；

plot(t,y),grid on,

title('The convolution of x(t) and h(t)'), axis([2*t0,2*t1,-0.1,2.2]),

xlabel('Time t sec')

仿真结果可以清楚地看到两个输入信号及其卷积的波形，如图3所示。

图3 信号的卷积运算

2.2.2 硬件实验

在信号与系统实验装置中使用DSP数字信号处理芯片，这样在处理模拟信号的卷积积分运算时，是先通过A/D转换器把模拟信号转换为数字信号，利用编写的相应程序来控制DSP芯片，实现数字信号的卷积运算，再把运算结果通过D/A转换为模拟信号输出。结果与模拟信号的直接运算结果是一致的。

3 双语教学

双语教学是高校大力提倡的一个教学活动。针对学生英语水平的实际情况，对于信号与系统这样的专业核心课程贸然采用双语教学并不合适。在教学中，可以先采用一些英文原版教材，作为学生的辅助教材，然后再逐步采用英语进行双语教学。笔者所选用的英文版教材是Alan V.Oppenhein等撰写的《Signals and Systems》，该教材知识丰富，实例较多，清晰易懂，非常适合双语教学。几年来的教学实践证明，采用该教材辅助教学是合适的。由于引进了英文原版著作作为辅助教材，一方面提高了学生阅读英文文献的水平，另一方面激发了学生进行科研的热情。由于引入英文辅助教材，教师在教学活动结束后，均会布置一些课后英文文献阅读任务，这样更有助于促进学生的自主学习，也符合教学模式多元化的要求[6]。

4 结束语

大课题与小课题相结合的项目式教学方法在信号与系统的教学中起到了很好的作用，使学生逐步掌握相关知识，提高自主学习的能力。在项目式教学过程中，大课题由若干小课题整合而成，小课题分配到小组，小组成员协同工作。各小组再组合，共同完成课题，这样可以培养学生分工协作的合作精神，使每个人都得到很好的锻炼。软件仿真与硬件相结合的实验模式也为项目式教学提供了基础，双语教学的逐步推进，使学生能通过阅读国外文献更好地了解本学科的研究热点，开阔了视野，提升了专业水平。

[1]熊庆旭.论“信号与系统”课程的基本结构[J].电气电子教学学报，2013，5(1)：32-35

[2]宁更新，李建中，方学阳,等.DSP实验多元化教学方法的探索[J].实验室研究与探索,2011,30(7):121-122

[3]李玉玲,王晓坤,储江龙.浅谈电路课程教学与科研案例的结合[J].电气电子教学学报,2013,35(2):24-26

[4]王玲,万建伟,吴京,等.“信号处理综合设计”实验教学实践[J].电气电子教学学报,2011,33(3):81-83

[5]吴大正，杨林耀，王松林,等.信号与线性系统分析[M].4版.北京:高等教育出版社,2005:60-75

[6]刘润华,刘广孚.突出自主性学习的创新能力培养模式研究[J].电气电子教学学报,2012,34(6):3-4

2013-11-14

宿州学院教学研究项目“电类专业《电路》课程的教学研究”(szxyjyxm201121)；宿州学院教学研究项目“基于应用型人才培养的电力电子实验教改研究”(szxyjyxm201313)；安徽省高等学校省级自然科学研究项目“基于同步整流技术的移相全桥变换器的研究”(KJ2013B282)。

邵毅(1983-)，安徽蚌埠人，硕士,助教，主要研究方向：电工电能新技术。

10.3969/j.issn.1673-2006.2014.01.035

G642.0

A

1673-2006(2014)01-0121-03

(责任编辑刘小阳)