谢芳 吴海燕

摘   要：“信号与系统”是一门数学与工程相结合的专业基础课程，传统的教学过程主要讲解基本概念、基本性质的应用以及基本的分析方法。文章提出引入具体工程案例，引入形象具体化的讲授方式，更好地帮助学生理解“信号与系统”这门课程的主要任务，认识“信号与系统”课程的重要性，激发学生学习兴趣，改善教学效果。

关键词：“信号与系统”;案例引入;形象化教学方法

“信号与系统”是电类专业的一门必修的专业基础课程，是后续电气方向专业课“自动控制原理”、通信工程专业“数字信号处理”“图像处理”等课程的基础，其特点是以高等数学为基础，同时是与工程相结合的一门课程。传统的教学过程更多的是注重基本概念、3大变换、基本分析方法等基本理论，忽视了与工程相结合，也忽视了“信号”与“系统”结合的内涵[1]。学生在学习过程中，觉得数学推导很多、公式很多、性质很多，学习过程很枯燥，也比较吃力很辛苦，最后还不知道学“信号与系统”这门课是在干什么、能干什么。课程越深入，很多同学越不愿学、越没有兴趣。大部分原因还是在于不知道这门课程跟专业有什么联系、能解决什么样的具体实际问题。

1    课程知识结构体系

“信号与系统”这门课程主要是研究给定系统、给定输入求解输出的问题[2]。根据处理的信号在时间上是否连续，将系统分为两大块的内容，即连续信号与系统部分和离散信号与系统部分[3]。连续部分有时域分析法、频域分析法以及复频域分析法;离散部分相应的有时域分析和变换域分析法[4]。

连续部分时域分析法主要思路是将复杂的信号分解为典型的单位冲激信号δ（t）的线性组合[5]，推出数学工具卷积积分求解零状态响应。时域分析是频域分析、复频域分析法的基础。频域分析法换了一个角度对信号与系统进行分析，引出傅里叶变换数学工具，利用傅里叶变换将微分方程转换为简单的代数方程求解零状态响应[6]。时域分析和频域分析法都是在解决同一个问题即零状态响应，但是实际的系统并不都是零状态的，这时候时域分析和频域分析法存在局限性，同时有些信号如e2tε（t）的傅里叶变换不存在[7]，所以引出复频域分析法，将频域推广到复频域，引出拉普拉斯变换数学工具，推出复频域分析法。离散部分的学习思路与连续部分的学习思路非常相似，离散部分的时域分析借助数学工具卷积和，变换域分析借助数学工具Z变换进行分析[8]。整体学习过程中，如果没有案例的引入，学生只知其然而不知其所以然。

2    形象化教学法及案例的引入

时域部分因为接触到的信号是关于自变量时间t的函数f（t）[9]，学生比较容易理解，但是在讲解频域时，同学们开始不太理解三角型傅里叶级数，如果单纯地去讲三角形傅里叶级数展开公式、频率的概念，学生只是知其然而不知其所以然。引入自然界中的光可以分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的例子，相应的周期信号f（t）可以分解为一次谐波、二次谐波、三次谐波以及各次谐波分量之和（见图1），进而引出频率的概念，强调时域和频域只是从不同的角度去观测;引入古诗词“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”，观察的都是庐山，从不同角度观察，会看到不一样的信息。结合电气工程及其自动化专业知识的具体应用可以引入很多的案例。

2.1  输电线路的故障诊断检测

大雪严寒的冬天，经常看到新闻报道，深山里某段输电线路被大雪压垮，工人们冒着风雪抢修。具体哪段输电线路损坏、如何检测是重点问题。如果进行人工勘察，工作量太大，特别是一些深山，更加增加了勘察的难度，可以采用“信号与系统”的知识，对输电线路上的电压电流进行分析与处理[10]。

2.2  麦克风

音乐会现场，麦克风应能对歌手的歌声放大播放，而对现场嘈杂的噪声有抑制作用，这里就有“信号与系统”的知识，歌声与噪声具有不同的频谱特征，分别占用不同的频帶，如图2—3所示。所以，分析歌声与噪音的系统，应在频谱方面具有选择性，而滤波器就是的一个系统，麦克风设备里应该就包含一个此类滤波器[11]。

2.3  质检

工厂生产一百万颗螺丝钉，这批螺丝钉的质量是否过关，需要进行抽样检测。一百万个中取一个样品，这一个样品质量合格，就代表这一百万个螺丝钉质量合格显然不合理，一百万个都检测一遍显然也不合理，所以应该抽取多少样品是重点问题。这就是“信号与系统”中的香农采样定理，要想无损地恢复出原始连续信号，采样频率必须大于等于原始信号中采样频率的两倍，即ωs≥2ωh。

3    结语

笔者连续4年在多个平行班同时讲授“信号与系统”这门课程，发现通过引入现实生活、自然现象、专业案例等教学方法能明显提高教学效果，激发学生产生浓厚的学习兴趣。

[参考文献]

[1]李会，李丽，苗凤娟.基于创新人才培养的信号与系统课程教学改革[J].高师理科学刊，2018（9）：83-86.

[2]何继爱，蔺莹.“信号与系统”课程知识结构及教学方法研究[J].高等理科教育，2018（3）：103-108.

[3]赵万明，蒋林，许瑾.专业实例教学法在信号与系统课程中的应用[J].科教导刊，2018（10）：109-111.

[4]吴宪祥，郭宝龙，朱娟娟，等.“信号与系统”教学引入图像处理案例探析[J].电气电子教学学报，2017（6）：112-114.

[5]陈生潭，郭宝龙，李学武.信号与系统[M].4版.西安：西安电子科技大学出版社，2017.

[6]陈后金，胡健，薛健.信号与系统[M].2版.北京：清华大学出版社;北京交通大学出版社，2005.

[7]李萍，钟圣怡，李军艳，等.借鉴法国模式，开拓工科基础课教学新思路[J].高等工程教育研究，2015（2）：20-28，61.

[8]鄭君里，谷源涛.试谈“信号与系统”课程理论与实践之结合[J].电气电子教学学报，2014（3）：1-5.

[9]陶丹，胡健，陈后金.“信号与系统”课程案例教学探讨[J].电气电子教学学报，2015（5）：55-57，120.

[10]任蕾，薄华，金欣磊.信号与系统课程微课的设计[J].大学教育，2017（4）：35-36，39.

[11]贾雅琼，凌云，谭瑾慧，等.《信号与系统》课程混合式教学改革的探索与实践—以湖南工学院为例[J].高教学刊，2017（5）：100-101.

“Signal and System” course teaching method reform：

taking the example introduction method as an example

Xie Fang， Wu Haiyan

（School of Electronic and Electrical Engineering， Anhui Sanlian University， Hefei 230601， China）

Abstract：The course of “Signal and System” is a basic course of mathematics and engineering， and the traditional teaching process mainly explains the basic concepts， the application of basic properties and the basic analysis methods. This paper puts forward that the introduction of concrete engineering cases and the introduction of concrete teaching methods can better help students understand the main tasks of the course of “Signal and System”， understand the importance of the course of “Signal and System”， stimulate students interests in learning and improve the teaching effects.

Key words：“Signal and System”; case introduction; visualization teaching method