信号与系统分析动态模拟系统开发及应用

刘泽江

摘要：“信号与系统”是电子信息工程专业的核心课程，其理论性强，内容抽象。《信号与系统》及《数字信号处理》是高等院校通信、电子、计算机、自动化等专业的核心课程，其中很多概念和分析方法广泛应用于通信、自动控制、信号与信息处理、电路与系统等领域。两门课程物理概念抽象、理论性和数学性强，学生对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。如何找到一种切实可行的途径来解决这一问题，一直是努力解决的难题。近年来，随着计算机硬件性能的不断提升和计算机软件技术的飞速发展，利用计算机进行虚拟仿真成为一种国际潮流，国内也逐步开始了这一方面的工作，取得了积极的成果。本文就信号与系统分析动态模拟系统开发及应用展开探讨。

关键词：信号与系统;优秀课程;教学改革

引言

信号与系统课程是大学本科电子信息类专业的一门专业必修课，对专业课程的学习起到承上启下的作用。信号与系统是理论性很强的课程，在理论课学习中，系统时域分析、傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等数学概念及公式繁多，容易使学生感到枯燥单一，缺乏学习积极性。因此，在信号与系统课程的教学中需要应用新工科建设的理念，强化学生的工程素养和解决实际问题的能力，把理论和实践相结合，提高动手实践能力和创新能力，培养高素质的新工科人才。

1信号与系统课程实践教学现状

信号与系统课程实践教学目前多为两种形式。一种是采用信号与系统实验箱的实验教学方式。它是利用实验电路板、信号发生器、示波器等器件测试、观察、分析信号的波形，如可以完成常用信号的产生和测试、信号的取样与恢复等实验。利用信号与系统实验箱教学的优点是学生可以在电路板上搭建简单实验电路，测量输入输出信号，观测实验结果波形。但应用实验箱进行实践教学，只能完成部分验证性实验，实验电路板等硬件器材覆盖知识点有限，设计类实验会受到限制，难以调动学生的学习兴趣，并且随着实验次数的增加，电路板耗损严重，更新换代慢。另一种形式是引入仿真实验软件。目前，国内外很多高校把 MATLAB软件和信号与系统课程结合起来，利用 MATLAB强大的计算能力和信号处理工具箱完成时域、频域、复频域等各种变换及系统分析，达到良好的学习和实验效果。

2信号与系统分析动态模拟系统开发及应用

2.1相关背景引入

为了遵从工程应用教学的特性，理论与工程实际的需紧密结合，理论知识教学之前要强调这些理论的工程背景。信号分析和系统分析的基本概念和基本分析方法包含了大量的公式推导，是具有一整套完整、严谨的理论体系。这样的理论体系对于初次接触“信号与系统”课程的学生来说感到非常抽象，也降低了学生的学习兴趣。脱离工程背景的理论教学会导致学生对概念的理解不到位，难以达到良好的教学效果。通过引入工程背景，再从这个背景中凝练理论问题，也是培养学生运用理论知识解决实际问题能力的必要手段，让学生能更好地掌握并运用所学到的理论知识，并提高白身的动手能力以及分析问题和解决问题的能力。

2.2系统设计及功能

系统主界面如图 1所示，由“信号分析”与“系统分析”两大模块及一个菜单“系统简介视频”组成。“信号分析”模块有十个按钮，“系统分析”模块有六个按钮，点击按钮，进入相应的信号或系统分析设计子系统界面。“系统简介视频”是 mp4文件，配有语音和字幕，介绍了系统设计的基本情况，演示该系统的使用方法，方便学生快速掌握系统操作。信号与系统分析动态模拟系统开发及应用陇东学院电气工程学院任亚莉图 1系统主界面图 1中前十三个按钮对应的内容属于《信号与系统》课程，后面三个按钮是滤波器设计内容，属于《数字信号处理》课程，每个按钮对应一个信号或系统分析设计子系统，实现相应的信号与系统分析内容，其中“非周期连续时间信号线性卷积”和“基于窗函数的 FIR数字滤波器设计”子系统实现的功能如表 1所示。

2.3加强实践教学

“信号与系统”是一门理论和实践、原理和应用紧密结合的课程，其实验教学与理论教学同样重要。实验验证理论，使学生加深了对理论知识的理解;理论又可指导实践，通过实践培养学生综合运用所学知识分析和解决实际工程问题的能力。结合“信号与系统”课程的特点，采用软件Matlab进行虚拟实验。Matlab具有完备的图形处理功能，实现计算机结果和编程的可视化，适合该课程模拟仿真实验。通过实验，学生能够掌握信号的时域表示和频谱分析、系统的响应、卷积的计算等基本概念，理解调制与解调等信号的处理方法，应用所学知识对系统进行时域和变换域分析等。Matlab仿真可以简化求解、快速分析，得出逼真的图形，使原本抽象的知识和概念具体生动的表现出来，巩固学生对理论知识掌握的同时，充分激发了学生的学习兴趣和热情。学生可以随意修改实验参数，对比实验结果，确定昀佳分析参数，还可以自行设计线性系统进行仿真，培养了学生独立思考能力和创新能力。

2.4课程体系建设

根据学生的自身情况，对教学内容进行精讲精练，重视基本理论和基本方法基础上，突出重點和难点。课程教学内容重视信号与系统基本理论和基本方法的讲解，并强调其实际应用，有利于学生增强对专业课学习的能动性。同时建立了“时域到变换域分析，信号到系统分析，连续系统到离散系统分析”的教学主线。重新设置重点、难点内容以及教学基本要求等，调整教学大纲，及时更新授课内容，收到了良好的教学效果。

结语

在日后的教学实践中，我们要坚持以社会需求为导向，继续完善课程体系，探索新的教学方法和理念，改进教学手段，提高教学效果，培养出适合时代发展的高素质人才。

参考文献

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