基于Matlab的《信号与系统》课程教学与改革

胡晓芳

（长治学院 电子信息与物理系，山西 长治 046011）

1 前言

《信号与系统》是电子信息专业的主干课程，它以基本的数学模型为基础，同时又蕴含了极为丰富的抽象概念。加之传统教学中对实践能力要求较低，从而导致课程教学效果较差。所以，将《信号与系统》课程与MATLAB进行巧妙的融合，使实践经验与特定的理论模型结合在一起，更能够以可视化的方式来讲解该课程中涉及到的数学理论和深层概念，进一步拉近了实践经验与理论教学之间的距离，从而确保信号处理学习的效果，全面提升课堂教学的质量。

2 目前《信号与系统》教学过程中存在的主要问题

2.1 教学侧重理论性

传统教学侧重于对理论知识进行了讲解和分析，尤其注重数据公式的模型建构。课程教学囿于理论层面，而极少考量知识在相关课程、日常生活及工业生产实践中的实践应用，这在一定程度上降低了学生的积极性，从而弱化了课程教学效果。

2.2 理论课时分配不足，实验偏形式化

《信号与系统》的课时量包括68课时理论讲授与实践应用，且需在一学期内完成。课时量相对不足导致课程内容无法全部在课堂上完成。部分内容需要学生自学，从而影响课程教学效果。同时，实验装置均为集成的试验箱，相应的实验也均为验证性实验。学生无法参与和体验实际动手编程、调试过程，从而极大地影响了知识的迁移应用。

3 《信号与系统》课程的教学方式和教学手段的改革创新

针对以上的问题，教师需要选择制定正确的教学方法，对《信号与系统》课程展开实践创新。

重点可从以下三个层面进行改革。首先是生动化处理难点。例如借助动画、声音、特效等多种方式来讲解课程内容，降低学习难度。其次要建立清晰、完整的逻辑主线。例如在讲授课程的三大变换区域时，可根据理论知识本身的逻辑脉络，从信号的定义开始，逐渐涉及到信号的特性、再延伸到系统的稳定功能。让各要素之间保持高度的连贯，学生也能更好的接受。最后是实现理论和实践的统一，既将Matlab融入到课程的学习，赋予课堂教学活动生动性的特点，进而全面提高课堂效率。

4 Matlab在《信号与系统》课程中的应用

4.1 Matlab在信号分析与处理中的应用

Matlab可以广泛应用于信号的处理分析中。第一，借助Matlab可使不同信号基于数学公式实现简单运算，也可以实现信号的平移、翻转、展缩。比较复杂的数学计算比如卷积运算中也可以使用Matlab实现。其次，可以用Matlab实现信号频谱方面的分析。可以根据频率来设置信号的变化强弱，建构关于频率的数学函数，对其变化情况进行分析，获取必要的数据。Matlab关于信号频谱的分析算法是基于快速傅里叶变换T的方法。

4.2 Matlab在信号分解与合成中的应用

在《信号与系统》课程的傅里叶级数这部分内容中，我们知道，周期信号若是非正弦发生，在具备狄里赫利条件的前提下，能够用基波和各次谐波分量的依次相加得到周期信号。继续选择传统教学方案作图分解，叠加起来只能取少数的点实现，其余部分需要理论解释。而利用Matlab就可以把抽象的概念形象化，直观地去实现上述过程。

4.3 Matlab在信号采样与恢复中的应用

在奈奎斯特采样定理中，对一个有频宽限制的时间信号采样，必须保证采样频率不低于两倍的最高频率，从而能够在采集过程中获取最接近原声的信号数据。传统方式不够形象直观，而使用Matlab进行此图形的绘制，更加高效准确。

举例说明：（1）首先用Matlab语言生成f（t）=t，0

图1 运行结果一

运行结果如图1、2所示。

图2 运行结果二

（2）用Matlab语言做出f（2t-5）的图像，代码如下

运行结果如图3所示。

图3 运行结果三