“信號與系統(tǒng)”教學(xué)及課程相關(guān)性研究

劉 華，李軍紅，文 杰

(南華大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖南衡陽 421001)

1 課程的背景

“信號與系統(tǒng)”是信息類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，課程中的概念和分析方法被廣泛應(yīng)用于通信、自動控制、電子技術(shù)、電氣工程、電路與系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，“信號與系統(tǒng)”課程已經(jīng)從電子信息工程類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程擴(kuò)展成電子信息、自動控制、電子技術(shù)、電氣工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，甚至在很多非電專業(yè)中也設(shè)置了這門課程。而其內(nèi)容也從單一的電系統(tǒng)分析擴(kuò)展到許多非電系統(tǒng)分析。我校電氣工程學(xué)院“信號與系統(tǒng)”課程采用鄭君里主編、高等教育出版社出版的《信號與系統(tǒng)》，這是一本在國內(nèi)很有影響力的實(shí)用型教材。

2 課程教學(xué)的目的和困難

2.1 教學(xué)目的

通過對本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該能夠掌握信號分析的基本理論和方法，掌握線性非時變系統(tǒng)的各種描述和分析方法，掌握線性非時變系統(tǒng)的時域和頻域分析方法，掌握有關(guān)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、頻響、因果性等工程應(yīng)用中的一些重要結(jié)論。

2.2 教學(xué)困難

“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)的難點(diǎn)在于:如何將很強(qiáng)的理論性與實(shí)用性有效地結(jié)合;如何使學(xué)生領(lǐng)悟理論對工程實(shí)際的指導(dǎo)意義;如何使學(xué)生懂得理論分析方法在工程實(shí)際問題中的正確使用;面對具體工程問題時，如何選擇有效的理論工具進(jìn)行分析;如何使學(xué)生能夠有意識地運(yùn)用該課程理論方法分析簡化其他課程、日常生活以及專業(yè)領(lǐng)域中的技術(shù)問題。

3 課程的教學(xué)內(nèi)容和模式

“信號與系統(tǒng)”課程的主要任務(wù)是結(jié)合線性系統(tǒng)分析這一個主線，對數(shù)學(xué)方法進(jìn)行詳細(xì)的講解。教學(xué)內(nèi)容可以簡而言之地概括為:兩種系統(tǒng)、兩類方法、三大變換。兩種系統(tǒng)是指課程研究的系統(tǒng)按照其處理的對象而言可以分為連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)兩種;兩類方法是指課程使用的分析方法可以分為時域分析方法和變換域分析方法兩類;三大變換指其中變換域分析方法使用的三種變換，即傅里葉變換、拉普拉斯變換和Z變換。作為工科院校的專業(yè)主干課程，除了相關(guān)的分析方法和理論以外，還必須向?qū)W生介紹一些各種方法的工程應(yīng)用背景以及工程應(yīng)用中常用的概念。并且本課程的教學(xué)模式為理論授課，創(chuàng)新之處在于可以積極推行“理論授課+課堂MATLAB 演示”的教學(xué)模式。

4 課程相關(guān)性研究

4.1 與數(shù)學(xué)課程的相關(guān)性

“信號與系統(tǒng)”課程有著很強(qiáng)的數(shù)學(xué)背景，內(nèi)容涉及高等數(shù)學(xué)、線性微分方程、概率論和隨機(jī)過程、復(fù)變函數(shù)與積分變換、線性代數(shù)等多門數(shù)學(xué)課程的知識。本課程的主要任務(wù)是結(jié)合線性系統(tǒng)分析這一個主線進(jìn)行詳細(xì)講解。從鄭君里教授主編的《信號與系統(tǒng)》(第2 版)的內(nèi)容中可以清楚地了解到“信號與系統(tǒng)”的數(shù)學(xué)要求，例如第二章連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析主要內(nèi)容是微分方程的求解，基礎(chǔ)要求是高等數(shù)學(xué)課程中的微分方程相關(guān)內(nèi)容;第三章傅里葉變換主要內(nèi)容是傅立葉級數(shù)和傅立葉變換應(yīng)用，基礎(chǔ)要求是高等數(shù)學(xué)課程中級數(shù)和復(fù)變函數(shù)與積分變換課程中的傅立葉變換內(nèi)容;在第四章拉普拉斯變換、連續(xù)時間系統(tǒng)的s 域分析中，主要內(nèi)容是拉普拉斯變換在電子系統(tǒng)中的分析與應(yīng)用，基礎(chǔ)要求是復(fù)變函數(shù)與積分變換課程中的拉普拉斯變換內(nèi)容。

4.2 與專業(yè)課程的相關(guān)性

“信號與系統(tǒng)”課程研究的是信號作用于系統(tǒng)的一般規(guī)律和特性。在電子信息、自動化相關(guān)專業(yè)中，與“信號與系統(tǒng)”課程緊密相關(guān)的課程包括:電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字信號處理、DSP 原理及應(yīng)用、數(shù)字圖像處理、通信原理、自動控制原理等。其中“電路原理”是整個課程的基礎(chǔ);“數(shù)字信號處理”與“通信原理”分別是信息處理與通信技術(shù)兩個方向的專業(yè)基礎(chǔ)課，而“信號與系統(tǒng)”為這兩門課程的基礎(chǔ);“模擬電子技術(shù)”是電子技術(shù)類課程的專業(yè)基礎(chǔ)，與“信號與系統(tǒng)”課程地位相當(dāng)，“信號與系統(tǒng)”側(cè)重于理論和算法，而“模擬電子技術(shù)”側(cè)重于電路，尤其是模擬電路;“DSP 原理及應(yīng)用”與“數(shù)字圖像處理”兩門課程是信息處理方向的重要專業(yè)課程，要求學(xué)生必須首先掌握“數(shù)字信號處理”課程，自動控制原理中的傳遞函數(shù)以及時域、頻域的分析思想都利用了“信號與系統(tǒng)”課程中的理論工具。

“電路原理”課程應(yīng)用基本分析方法建立電路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，掌握簡單電路的時域分析方法，在課程教學(xué)中讓學(xué)生初步接觸拉普拉斯變換，了解拉普拉斯變換在電路分析中的應(yīng)用，為“信號與系統(tǒng)”課程的電路模型建立和基本電路概念打下基礎(chǔ);“模擬電子技術(shù)”課程與“信號與系統(tǒng)”課程的相關(guān)性主要在放大電路的頻率特性和濾波器兩個部分，模擬電子技術(shù)主要強(qiáng)調(diào)常用放大電路的低通和高通特性和頻帶的概念;在濾波器內(nèi)容中介紹常用的模擬無源和有源濾波器的電路形式，以及濾波器的數(shù)學(xué)模型，說明濾波器電路在工程中的應(yīng)用;“數(shù)字信號處理”課程在20世紀(jì)80年代以前屬于“信號與系統(tǒng)”課程的一個部分，一般包括鄭君里“信號與系統(tǒng)”教材下冊的第七章離散時間系統(tǒng)的時域分析、第八章z 變換和離散時間系統(tǒng)的z 域分析、第九章離散傅里葉變換以及其他離散正交變換、第十章模擬與數(shù)字濾波器等內(nèi)容;“通信原理”課程主要是應(yīng)用“信號與系統(tǒng)”課程中頻域的思想和關(guān)于頻譜的內(nèi)容，在“通信原理”的信道、模擬和數(shù)字調(diào)制、數(shù)字基帶傳輸、模擬信號的數(shù)字傳輸?shù)葍?nèi)容中，大量地用到了頻譜等相關(guān)知識;近年來數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，它基本上是“信號與系統(tǒng)”課程中二維信號的分析和應(yīng)用。

5 結(jié)語

在“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)實(shí)踐中，應(yīng)以分析系統(tǒng)對信號的響應(yīng)為主線，構(gòu)建先連續(xù)后離散、先時域后變換域的教學(xué)體系。同時，充分認(rèn)識到課程間的相關(guān)性，有利于課程教學(xué)順序的合理安排。將各相關(guān)課程有機(jī)地聯(lián)系起來，使學(xué)生不再孤立地學(xué)習(xí)一門課程，不再將自己思維限定在單獨(dú)一門課程或一個理論中，而是能夠從更寬、更深的角度理解專業(yè)問題。

［1］鄭君里.信號與系統(tǒng)［M］.2 版.北京:高等教育出版社，2005.

［2］李雪嬋.關(guān)聯(lián)規(guī)則在課程相關(guān)性中研究與應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2006，34(9).

［3］陳啟買.基于關(guān)聯(lián)挖掘的課程相關(guān)性模式研究［J］.華南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008(1).

［4］李愛鳳.基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的課程相關(guān)性模式研究與實(shí)現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2007(13).