高校信号与系统教学改革探讨

张利红 陈伯俊

信号与系统是电子信息、通信工程及自动控制等专业本科学生的必修课程,也是一门理论性、实用性较强,涉及面较广的专业基础课。信号与系统教学过程有课堂教学和实验教学2部分[1]。用信号分析软件MATLAB帮助完成信号与系统分析,把抽象的理论可视化,同时用信号分析软件MATLAB帮助完成数值计算、信号与系统分析,可更快速、形象地得到可视化计算机模拟与仿真,实现最佳教学效果[2]。将MATLAB引入信号与系统课程的教与学中,组合互补进行教学,是高校信号与系统教学改革的一种思路。

笔者分析信号与系统课程内容和教学上的特点,结合MATLAB具有强大的数值分析和计算结果可视化的特点,提出高校信号与系统教学改革的方法之一:将MATLAB引入信号与系统课程的教与学中,组合互补进行教学。教学实践表明:将MATLAB引入信号与系统中,既能加强学生对理论知识的掌握及提高解决实际问题的能力,又能为课堂教学及教学方法和手段的改革增添活力,同时还可以有效地解决教学的难点问题。

1 MATLAB在信号与系统课堂教学中的应用

将基于可视化编程语言平台的易学易用的信号分析软件MATLAB用于公式及数学理论推导较多的信号与系统课程的教学与学习,对教师来说,可以简便高效地解决传统教学方法中的授课难点;对学生而言,不仅容易接受,还从繁重的手工计算中解脱出来,将学习重点放在对基本概念的理解、原理和方法的分析和运用上。在教学中利用MATLAB的可视化功能,把抽象的理论变成可视化的图像帮助理解。卷积是时域分析部分的重要内容,由于计算涉及信号反褶、移位及分段确定积分上下限等过程,只在黑板上讲解,学生往往很难想象理解。利用MATLAB提供conv等函数简单的编程对卷积过程进行形象的分析,即把抽象的理论变得可视化,取得很好的效果。同时,MATLAB具有强大的计算功能,复杂的数学运算变得只需简单的几个语句就完成,不仅可以轻松求出系统响应的数值解,而且可以绘制系统响应的时域波形,大大提高学习效率[3],从而使学生脱离繁杂的数学运算,重点进行系统分析,而且也提高利用计算机编程解决实际问题的能力。

2 MATLAB在信号与系统实验教学中的应用

信号与系统课的特点是概念抽象,数学含量大,繁杂的数学公式推导及数学结果使学生难以理解。这就更加需要通过实验来帮助学生理解这些抽象概念。以往的实验课的内容大多是纯粹的硬件实验验证和理解课堂教学内容,但是这样单一层次的实验内容结构对能接触到大量现代信息和媒体的大学生来说已不能满足需要。结合近几年的教学实践与改革提出软硬结合的实验教学方法,即在传统的单纯硬件实验的基础上增加MATLAB仿真实验。与传统单一的硬件实验相比,软硬结合开设实验有如下好处:1)一些代价高昂、不易大面积进行的实验和一些难以用硬件实验观察现象和规律的实验用MATLAB仿真效果好;2)硬件实验提高学生的动手能力,软件实验锻炼编程与综合设计能力;3)通过多种实验手段,调动学生的积极性和主动性,激发他们学习欲望。

3 结论

将基于可视化编程语言平台的易学易用的MATLAB开发系统用于信号与系统的教学和实验,可以让学生直观地理解和领会课本中数学推导较复杂、结果不易理解的抽象内容,提高学习的积极性和趣味性,并能够更深刻地理解教学内容,增强教学效果,提高教学质量。实践证明,将MATLAB运用到信号与系统的教学实践中,突破传统教学模式的瓶颈,解决学生畏难厌学的问题,提高教学质量,教学效果改善明显,同时也为数字信号处理等专业课教学提供借鉴作用。

参考文献

[1]郑君里,应启珩,杨为理.信号与系统[M].北京:高等教育出版社,2000

[2]张智星.MATLAB程序设计与应用[M].北京:清华大学出版社,2002

[3]龚锦红.MATLAB在《信号与系统分析》课程教学中的应用[J].华东交通大学学报,2005(5):168-171