王晓宇 杨永辉 齐艳

【摘要】为了改进《信号与系统》课程的教学方法，利用MATLAB软件的信号处理与图形处理功能，将抽象的理论可视化，简单化，并引入具体的教学实例进行分析探讨，提高学生的积极性和兴趣。另外，传统实验教学方法存在弊端，将MATLAB引入实验教学中，完善了实验教学体系的改革。实行教学改革后，使学生巩固了理论知识，还加深了课程之间的联系。

【关键词】信号与系统;MATLAB;案例;实验改革

Research on the Teaching of Signals and Systems based on MATLAB

Wang Xiao-yu，Yang Yong-hui，Qi Yan

（School of Electronic and Information Engineering，Liaoning University of Science and Technology，Anshan 114044，China）

Abstract：For the signal and graphics processing capabilities，MATLAB is used to improve the teaching of“Signals and Systems”.The abstract theory can be visualized and be simplified.It can raise the students'enthusiasm and interest with the introduction of specific teaching cases.As the disadvantages of the traditional experimental teaching method，MATLAB is applied.It will improve the teaching reform of experiment.After the teaching reform，it can consolidate the theoretical knowledge，and deepen the relation between courses.

Keywords：Signals and systems;MATLAB;case;experiment reform

《信号与系统》是工科学生的专业必修课程，由于它的理论性较强，内容抽象，而且需要大量扎实的数学知识，是一门教师难讲，学生难学的课程。为了让学生在理论分析与实验环节两个方面的能力都有所提高，本文从教学方法、实验环节两方面进行了探讨与研究。

在课堂上引入案例教学法，通过设置具体的教学案例，引导学生参与分析、讨论，让学生在具体的问题情景中积极思考、主动探索，培养学生分析问题和解决问题的综合能力，提高教与学的效果。另外，信号与系统和数字信号处理这两门课程均有实验环节，但因为传统的实验教学过程各自为政，从而造成两者的实验之间毫无关联，实验内容的安排没能考虑到相关课程的前后衔接等问题。为了加强他们之间的联系与衔接，在实验教学方面引入了MATLAB仿真实验，并提出信号类课程群的综合性实验，同时鼓励学生自拟设计题目。培养了学生的工程实践能力，强化了课程间的联系。

一、以案例引导的课堂教学

学生在学习信号与系统过程中，既要理解抽象的定理，又要牢记各种变换的公式，还要完成大量习题的计算。因此学生普遍反映过于枯燥，难于理解。为了把抽象的原理可视化，具体化，给学生展现出生动，有趣的课堂教学，采用一种以案例为基础的教学法，大量引入与课程相关的案例，化解教学难点，提高学生的兴趣。

频谱是信号与系统的一个难点，学生对它总是觉得太晦澀难懂，一头雾水，产生畏惧心理。为了帮助学生建立时域频域的对应关系，引入一个案例——观察分析声音信号的时域波形和频谱。通过反复播放男生和女生的声音，让学生细心辨别他们之间时域的区别;利用MATLAB软件，用演示程序来辅助案例教学，把声音的频谱形象地展示出来，再让学生对频谱图仔细观察，从图中可以看出，男生的声音频率主要分布在200Hz～800Hz，振动频率低;女生的声音频率主要分布在300Hz～1800Hz，振动频率高。让他们从直观上领会频谱的意义，了解信号时域和频域的对应关系。

例如卷积积分，它是一种数学上的计算方法，可以通过这样一个教学案例分析和讨论。在声学中，回声可以用源声与一个反映各种反射效应的函数的卷积表示，这样就把卷积知识具体化。首先录入一段音频，然后通过MATLAB程序将声音信号与经过反射的信号卷积，得到另一个音频信号，通过声音的区别让学生理解卷积的一个含义。引入贴近学生生活的教学案例，不仅可以给学生亲切感，同时清除了过多抽象的概念给学生造成的学习障碍。

图1 声音信号的时域波形和频域图

传统的教学模式通常是独立地讲授一门课程，课程之间的联系较少，通过教学案例能够强化课程之间联系。结合学生以前所学过的课程，例如模拟电子技术，分析单管放大电路的频谱特性，分析方波通过单管放大电路系统产生失真的原因，有利于理解电路系统与信号之间的相互作用。这样既能帮助学生理解现在所学课程的知识，同时也复习以前所学课程知识，达到整体优化的教学效果。

二、课程群实践教学

实验教学是学生掌握理论知识的一个重要环节，尤其是对理工科的学生，是培养学生基本分析实践和创新能力的最直接的一个环节，也是全面培养和提高学生综合科学素养的重要方式。但是单门课程的实验教学改革很难收到理想效果，因此构建合理的信号类课程实践体系就非常必要。促进信号处理系列课程的实验整合优化，使信号处理课程成为一个有机整体，增强课程群的实验体系建设，调整实验课程比例，加强创新型、综合性实验，同时将各课程中的重叠部分内容进行合理衔接、自然过渡。实验体系的建设实现了基本原理与工程应用的有机结合，软件仿真与硬件实现的有机结合。

将课程群的实验进行重新编排和设计，构建包括基础实验、综合设计性实验和研究创新性实验等不同层次的科学的实验教学体系，既与理论教学有机结合、统筹协调又相对独立。信号与系统实验编写11个实验，数字信号处理实验编写6个实验，课程群综合实验编写4个实验，学生可以利用硬件实验箱及MATLAB仿真软件的有机结合完成实验项目。为学生提供一个综合仿真实验平台，学生可以结合所学的理论知识，自己设计实验项目。充分调动了学生实验兴趣，同时注重实验综合能力的培养，使学生在各个环节中得到锻炼。

三、课程考核方式的多元化

传统的考核方式采用平时成绩和期末考试成绩相结合的方式。平时成绩占该课程成绩的30%，期末考试成绩占该课程的70%。为了全面测定学生对课程的掌握程度，有效避免单一考核方式所带来的弊端，改变原有的考核方式，减少期末考试所占的比例，增加上机考试部分。期末考试以考查学生对基本概念的掌握和对知识的综合应用能力为主，占总成绩的50%，这样就避免了考试前突击复习得高分的情况。实验部分占总成绩的20%，包括实验报告，侧重考察学生的动手能力，注重对过程及能力的考核，弱化对结果的评价，将过程评价和结果评价有机的结合。增加MATLAB上机实验考试，以考核实践能力为主，通过综合题目考查学生的编程能力和信号与系统实践应用能力，占总成绩的20%。平时表现占总成绩的10%，考核学生学习态度、学习过程和学习结果，包括作业提交、回答问题、上课出勤等方面。改变考核方式的单一化。

四、结束语

如何在有限的时间内将基本知识传授给学生，提高学生的学习兴趣，充分发挥学生学习的主观能动性是值得认真研究的问题。案例教学法以一种以案例为基础的教学法，教师根据课堂教学目标和教学内容的需要，通过设置具体教学案例，引导学生参与分析、讨论、实践等，让学生在具体的问题情景中积极思考、主动探索，提高教与学的效果。增强课程群的实验体系建设，调整实验课程比例，综合设计性实验密切了课程之间的联系，应用技能为主的思想得到更好的体现，有利于教学质量的提高。使学生在校学习的许多理论和社会实践较紧密地进行联系，进一步提高学生的科技创新、工程实践等方面的能力，为应用型人才培养打下堅实的基础。

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作者简介：

王晓宇（1978—），女，硕士，研究方向：通信与信息系统。

杨永辉（1971—），男，博士研究生在读，研究方向：信息与通信工程。

齐艳（1979—），女，硕士，研究方向：信息与通信工程。