信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)方式改革芻議

　　摘 要 為了增強(qiáng)教學(xué)效果，針對(duì)信號(hào)與系統(tǒng)課程的教學(xué)方式進(jìn)行許多有益的探索，提出幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。
　　關(guān)鍵詞 信號(hào)與系統(tǒng)；MATLAB；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
　　中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1671-489X（2016）24-0126-02
　　Thinking in Teaching Method Reform of Signal and System//WANG Xiaodong， ZHAO Renhong， JI Chao， CAI Zhanxiu
　　Abstract In order to increase the effect of teaching， the author carried
　　out a lot of explorations in related with reform of teaching method of
　　the Signal and System， the article below is summarized by the author’s
　　experience.
　　Key words signal and system； MATLAB； experiment teaching
　　1 前言
　　信號(hào)與系統(tǒng)是通信和電子信息類專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，在目前大量的工科專業(yè)中開設(shè)廣泛。學(xué)習(xí)這門課程，對(duì)于學(xué)生理解并掌握工程設(shè)計(jì)、工程控制等理論有重要的指導(dǎo)作用。但這門課程涉及較多的工程物理概念，比如傅里葉變換、零狀態(tài)響應(yīng)等。這些概念比較抽象，對(duì)于剛剛接觸這門學(xué)科的學(xué)生來說，一時(shí)比較難以理解，會(huì)影響學(xué)習(xí)效果，部分學(xué)生甚至?xí)�產(chǎn)生厭學(xué)、怕學(xué)等情緒。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)不適合發(fā)展現(xiàn)狀。為了改變這種狀況，筆者總結(jié)了多年一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出三點(diǎn)措施，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行改革創(chuàng)新。經(jīng)學(xué)生的反饋情況來看，取得不錯(cuò)的教學(xué)效果。
　　2 改善信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)方式的三點(diǎn)措施
　　加深課程理論的應(yīng)用引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性 任何一門學(xué)科只有與實(shí)踐相結(jié)合，做到學(xué)以致用，才能發(fā)揮它的真實(shí)作用，信號(hào)與系統(tǒng)也不例外。在教學(xué)中，由于本門課的抽象性強(qiáng)，導(dǎo)致許多學(xué)生對(duì)基本概念的掌握不夠深入，公式理解不夠扎實(shí)，成績提升起來比較困難。課程復(fù)雜是一個(gè)原因，而許多學(xué)生日常生活實(shí)踐少，觀察不夠細(xì)致，也是不容忽視的一個(gè)重要原因。只有幫助學(xué)生將理論知識(shí)與課外實(shí)踐結(jié)合起來，才能調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，迅速提高成績。要想達(dá)到這個(gè)目的，除了要求學(xué)生在課外多做思考，多觀察實(shí)踐以外，教師在教學(xué)中的引導(dǎo)也是一個(gè)重要的方法。
　　如在教授線性差分方程這一章節(jié)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想定期存款復(fù)利的例子，將前一年的收入當(dāng)作y（n），后一年的收入當(dāng)作y（n+1），這樣就可以使學(xué)生將復(fù)雜抽象的理論知識(shí)與日常司空見慣的實(shí)踐知識(shí)進(jìn)行結(jié)合，從而更快更方便地理解知識(shí)點(diǎn)，掌握線性差分方程的求解方法。如假設(shè)年利率為r，一個(gè)人每年初都存入相同的存款數(shù)為a，請(qǐng)問他在n年后能得到多少收入？這個(gè)問題就可以利用差分方程來求解，由題意可得：
　　y（n+1）=y（n）（1+r）+a
　　這樣就可以利用解差分方程的形式得到n年之后的存款收入，簡單直觀。
　　在講授理論知識(shí)前先帶領(lǐng)學(xué)生做相關(guān)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)有個(gè)初步的了解，然后再深入講解理論知識(shí) 在講課過程中，筆者發(fā)現(xiàn)由于信號(hào)與系統(tǒng)這門課的理論比較抽象，許多概念學(xué)生理解起來比較困難，如零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、傅里葉級(jí)數(shù)等。概念理解不清，會(huì)影響學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，從而影響學(xué)習(xí)效果。而這些概念的理解僅僅靠在課堂上聽講是不夠的，需要與實(shí)踐相結(jié)合才能更好地理解與接受。因此，對(duì)本門課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)就成為促進(jìn)學(xué)生理解抽象理論知識(shí)的一個(gè)重要方法。
　　傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在學(xué)生學(xué)習(xí)完理論知識(shí)之后才進(jìn)行的，這時(shí)學(xué)生已經(jīng)對(duì)理論知識(shí)有了初步理解，做起實(shí)驗(yàn)來就會(huì)更有針對(duì)性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前的理論知識(shí)講解過程中，學(xué)生對(duì)這些基本概念掌握起來比較困難，因?yàn)闆]有接受任何與理論知識(shí)相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，無法做到理論實(shí)踐相結(jié)合。因此，筆者認(rèn)為這種教學(xué)方法是不科學(xué)的，應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)�？梢詫�實(shí)驗(yàn)教學(xué)放在理論教學(xué)之前，首先讓學(xué)生建立起一個(gè)對(duì)概念的基本理解，然后帶著自己的理解與實(shí)踐去接受理論知識(shí)，接受起來會(huì)比較輕松，掌握概念也會(huì)比較深刻。
　　比如在講解信號(hào)的頻域分析章節(jié)時(shí)，可以先讓學(xué)生做非正弦周期信號(hào)的分解與合成實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)以及相關(guān)概念有個(gè)初步了解，明白任何非周期信號(hào)都可以分解為某個(gè)頻率的正弦波的N次諧波的線性組合形式，這樣就可以更容易接受傅里葉級(jí)數(shù)的理論知識(shí)，對(duì)本章節(jié)的理解也會(huì)更加深刻。而如果先講授理論知識(shí)再做實(shí)驗(yàn)，就會(huì)使學(xué)生在初期接受時(shí)比較困難，教學(xué)效果就會(huì)比較差。
　　如圖1為將一個(gè)方波用N=7次諧波疊加后恢復(fù)的波形，圖2為將一個(gè)方波用N=31次諧波疊加后恢復(fù)的波形，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，疊加后的波形與原波形大致相同，只不過在跳變點(diǎn)有起伏，當(dāng)諧波次數(shù)增大時(shí)，圖像與原圖像越相似。經(jīng)過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，就會(huì)使學(xué)生增加直觀印象，從而更快更扎實(shí)地掌握理論知識(shí)；而如果講解完之后再做實(shí)驗(yàn)觀察，效果就會(huì)比之前要差得多。
　　重視MATLAB教學(xué)軟件在課程教學(xué)中的應(yīng)用，使學(xué)生建立工程仿真意識(shí)，增強(qiáng)教學(xué)效果 MATLAB軟件是目前應(yīng)用非常廣泛的一款軟件，廣泛應(yīng)用在信息、信號(hào)的處理與教學(xué)中。信號(hào)與系統(tǒng)由于存在大量的數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，理解起來會(huì)比較困難。MATLAB具備強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力，同時(shí)又有強(qiáng)大的可視化顯示環(huán)境，友好的用戶界面能夠?qū)��?fù)雜抽象的理論公式推導(dǎo)用形象、直觀的圖像展示出來，因此是學(xué)習(xí)理解本門課程的一個(gè)重要的工具軟件。理論上的推導(dǎo)往往比較復(fù)雜難懂，概念比較抽象，因此，理解起來非常困難。但圖形化的概念比較直觀，理解起來比較容易。MATLAB軟件具備強(qiáng)大的可視化操作顯示環(huán)境，能夠?qū)⒐�式直觀地通過作圖方式顯示出來，這樣就可以清晰直觀地觀察結(jié)果，對(duì)理解復(fù)雜抽象的物理概念起到幫助。
　　在講解信號(hào)卷積章節(jié)，由于卷積的物理概念比較復(fù)雜，過程步驟比較多，公式比較抽象，理解起來非常困難。這時(shí)就可以借助MATLAB軟件，將公式推導(dǎo)的過程通過圖形顯示的方式一步步顯示出來，得到最終結(jié)果，形象直觀。同時(shí)可使學(xué)生建立起用工具軟件進(jìn)行仿真的思維，為以后的工作科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如圖3為單脈沖波形，圖4為將兩個(gè)單脈沖波進(jìn)行卷積后所得到的波形，與利用公式推導(dǎo)出的公式進(jìn)行對(duì)比，就可以使學(xué)生更深刻地理解卷積的原理，而且能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生利用軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證的積極性，從而更主動(dòng)地學(xué)習(xí)知識(shí)。
　　3 結(jié)語
　　以上三點(diǎn)是筆者在信號(hào)與系統(tǒng)教學(xué)中總結(jié)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。為使學(xué)生更好地理解理論知識(shí)，應(yīng)該積極探索，不斷試驗(yàn)總結(jié)各種新的教學(xué)方法，進(jìn)行教學(xué)方式改革，最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)教學(xué)效果。
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