“信號與系統(tǒng)”教學中運用Matlab 軟件的思考和實踐

闞一夫

（延邊大學 工學院，吉林 延邊 133002）

1 Matlab 軟件的特點和優(yōu)越性

Matlab 軟件是美國推出的數(shù)據(jù)分析和圖形處理軟件，其本身在實踐中的應用表現(xiàn)出一定的特點和優(yōu)越性。

1.1 Matlab 軟件的特點

Matlab 軟件是目前國際上最流行的工程計算軟件，在實踐應用方面能體現(xiàn)出以下特點：①對數(shù)據(jù)進行高效化計算和對符號進行計算和處理的功能，可以幫助用戶在繁雜的數(shù)學運算中找到解決路徑，提高運算綜合效果；②完善的圖形處理能力，能對計算結(jié)果和編程方面的數(shù)據(jù)信息進行可視化處理；③具備友好的用戶界面，語言也相對接近數(shù)學表達式，具有自然化的特征，方便用戶學習和掌握；④軟件功能相對較為豐富，并且具備功能齊全的工具箱，能為用戶提供方便實用的多種類型數(shù)據(jù)處理工具，方便用戶在使用軟件的過程中對數(shù)據(jù)進行合理化的處理。

1.2 Matlab 軟件的優(yōu)越性

Matlab 軟件的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：①Matlab 軟件采用了與人書寫思維相對較為接近的直譯式編程和編譯系統(tǒng)，將其應用到“信號與系統(tǒng)”教學實踐中，由于我們基本上都具備C 語言基礎，因此操作相對較為方便，結(jié)合Matlab 軟件的實踐應用對課程知識進行學習，從而提高課程教學活動的綜合效果；②Matlab 軟件在教學中的應用能幫助我們解答線性方程組方面的問題，對一些矩陣變換進行處理，使我們掌握獨立學習和探究能力，切實保障教學效果的顯著提升[1]；③Matlab 軟件的實踐應用，能在“信號與系統(tǒng)”教學中展現(xiàn)出強大的數(shù)據(jù)分析能力和處理能力，將晦澀難懂的知識點進行可視化處理，便于我們在“信號與系統(tǒng)”課程知識的學習過程中深入解析涉及到的原理，并加深對知識點的理解和記憶能力。

2 Matlab 軟件在“信號與系統(tǒng)”教學中的功能

Matlab 軟件本身具備強大的運算能力，對Matlab 軟件的操作界面進行分析能看出Matlab 軟件主要包含四個窗口，并且在“信號與系統(tǒng)”教學中，命令窗口、當前目錄窗口、歷史命令窗口和工作間窗口之間能形成高度集成化的運作環(huán)境。在運轉(zhuǎn)Matlab 軟件的過程中，Matlab 軟件的命令窗口主要能對課程中涉及到的函數(shù)以及相關(guān)表達式進行運行，軟件為師生群體提供能涵蓋不同功能的函數(shù)數(shù)據(jù)庫，能支持“信號與系統(tǒng)”課程中多種運算仿真。在Matlab 軟件中工作空間窗口的應用是能對計算機內(nèi)存方面涉及到的數(shù)據(jù)變量信息進行集中的展示，一般能對變量字節(jié)大小、變量名稱、變量類型等進行展示，輔助我們對課程中涉及到的方針數(shù)據(jù)進行觀察。歷史命令窗口是將Matlab 軟件運行方面涉及到的歷史教學命令記錄下來，方便師生群體對之前使用的口令進行瀏覽和應用。當前目錄窗口是Matlab 軟件運行方面當前運行和保存的主要路徑。當師生需要在“信號與系統(tǒng)”課程教學活動中對編寫子函數(shù)文件進行應用，就可以在軟件的支持下將其與主函數(shù)所在文件放置到同一個文件夾中，方便對己編寫的子函數(shù)文件進行合理化的應用。在“信號與系統(tǒng)”教學改革中，積極探索Matlab 軟件的合理化應用，能突破傳統(tǒng)教學模式的束縛，有助于最大限度地提升“信號與系統(tǒng)”課程的綜合質(zhì)量。

3 Matlab 軟件在“信號與系統(tǒng)”教學中的應用策略

在“信號與系統(tǒng)”教學改革實踐中，積極探索Matlab軟件的合理化應用，能最大限度地發(fā)揮Matlab 軟件的應用優(yōu)勢，使學生“信號與系統(tǒng)”課程的學習能力以及解決實際問題的能力可以得到高效化培養(yǎng)。

3.1 Matlab 軟件優(yōu)化理論教學

Matlab 軟件本身是能表現(xiàn)出較強實用性的教學軟件，在“信號與系統(tǒng)”課程教學實踐中引入Matlab 軟件系統(tǒng)，將Matlab 軟件與多媒體投影儀設備等有機結(jié)合在一起，將“信號與系統(tǒng)”課程教學中涉及到的相對復雜的公式和數(shù)據(jù)等進行轉(zhuǎn)化，以我們能夠直觀分析的圖像形式呈現(xiàn)出來，使我們在對“信號與系統(tǒng)”課程知識進行學習的過程中，能主動針對相關(guān)知識內(nèi)容進行探索，從而提高課程學習效果。例如，在開展舟曲矩形信號頻譜方面知識內(nèi)容教學活動的過程中，由于課程教材中涉及到的插圖僅僅為部分頻譜圖像，無法為我們對頻譜波形形成整體性的理解和認識創(chuàng)造條件。在此情況下，“信號與系統(tǒng)”課程教師引入Matlab 軟件，對周期矩形信號進行仿真模擬，并采用可視化圖像的方式呈現(xiàn)給學生，我們就能結(jié)合Matlab 軟件的應用對頻譜的不同周期進行觀察，形成對頻譜波形方面知識更加全面系統(tǒng)的認識。又如在針對三角脈沖信號波形以及頻譜知識進行講解的過程中，按照傳統(tǒng)教學方法，教師僅僅能采用口頭描述和黑板板書結(jié)合的方式對學生實施教學指導，我們難以在學習過程中形成對三角脈沖信號波形以及頻譜方面知識內(nèi)容的形象化感知，更加無法形成深入理解。此時教師在教學演示環(huán)節(jié)引入Matlab 軟件輔助開展教學活動，直觀展現(xiàn)三角脈沖波形信號以及頻譜，能方便我們對波形和頻譜方面的知識內(nèi)容進行形象化的學習，應用Matlab 軟件溝通參與學習和探究活動，從而提高對理論知識的學習效果，使我們在“信號與系統(tǒng)”課程學習實踐中能對課程內(nèi)容形成積極的理解和感悟。

3.2 Matlab 軟件輔助實驗操作教學

在“信號與系統(tǒng)”實驗操作教學方面，發(fā)揮Matlab 軟件的作用，為課程提供實踐操作的平臺，也能將Matlab 軟件與實驗相結(jié)合在一起，提高實驗教學有效性。具體在組織開展“信號與系統(tǒng)”實驗課程教學的過程中，教師可以對實驗內(nèi)容進行精心選擇，并合理化地插入Matlab 軟件教學輔助工具，幫助我們完成對相關(guān)課程的操作，形成對“信號與系統(tǒng)”課程知識的全方位理解和認識[2]。如在講解典型的利用常系數(shù)微分方程對系統(tǒng)零狀態(tài)響應方面問題進行求解的過程中，就可以應用Matlab 軟件進行仿真計算，在輸入微分方程的基礎上形成Matlab 代碼，然后結(jié)合Matlab 軟件的應用進行仿真模擬得出相應的結(jié)果。在實驗教學活動中，發(fā)揮Matlab 軟件的作用，能提高教學活動的直觀性和形象性，也能對實驗結(jié)果對理論數(shù)據(jù)進行驗證，有助于提高教學活動的綜合效果，對我們的學習能力加以培養(yǎng)，使“信號與系統(tǒng)”課程教學能展現(xiàn)出應有的價值和作用。

4 Matlab 軟件在“信號與系統(tǒng)”課程教學中的應用案例

將Matlab 軟件應用于“信號與系統(tǒng)”課程教學中，為了能真正發(fā)揮Matlab 軟件在輔助開展教學活動方面的作用，可以嘗試選取Matlab 軟件在S 域中的實踐應用進行分析。在S 域中，一般都是要求將系統(tǒng)零極點分布圖、單位沖激響應以及系統(tǒng)幅頻和相頻特性。一般情況下，采用常規(guī)的方式無法有效地呈現(xiàn)在學生面前，而在教學改革實踐中采用Matlab 軟件，則能夠形成可視化教學體系，將這方面的內(nèi)容直觀地展現(xiàn)在我們的面前。

5 Matlab 軟件在“信號與系統(tǒng)”教學中的應用效果

傳統(tǒng)的“信號與系統(tǒng)”教學具有操作簡單、經(jīng)濟實惠的特點，雖然能對學生實施教學指導，但是教學直觀性和生動性不足，教學活動的開展存在較大的難度。而在“信號與系統(tǒng)”教學實踐中，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)的應用，將Matlab 軟件引入到課堂教學實踐中，能實現(xiàn)與傳統(tǒng)教學模式的有機融合，增強教學手段的直觀性、教學資源的豐富性和教學活動的高效性，對于教學效果的提升和學生知識學習能力的培養(yǎng)產(chǎn)生了重要的影響。具體結(jié)合Matlab 軟件在“信號與系統(tǒng)”教學中的應用效果進行分析，發(fā)現(xiàn)在Matlab 軟件的輔助下，“信號與系統(tǒng)”教學可視化能力明顯增強，在課程教學中，能將大量抽象的無法有效理解的內(nèi)容改編成為與Matlab 軟件相關(guān)的教學課件，使用文字、圖像和動態(tài)畫面有機融合的方式，輔助我們對課程內(nèi)容進行學習和理解。同時Matlab軟件本身具備較為強大的軟件處理功能和符號運算功能，并且Matlab 軟件中功能齊全的工具箱能在“信號與系統(tǒng)”教學中輔助分析連續(xù)信號和連續(xù)系統(tǒng)，也能支持離散信號和離散系統(tǒng)的分析，并且能幫助我們對信號進行不同分析域計算，采用相加、相乘、傅里葉變換、反折、位移、Z 變換等多種不同的計算手法，整體上教學效率和效果得到了明顯的提升，使我們在“信號與系統(tǒng)”學習中對于課程的學習興趣也能明顯的增強，并且還能參與到實踐操作活動中，對我們的動手操作能力和解決實際問題的能力進行有效的訓練。