淺談訊號與系統課程教學的幾點體會

　　關鍵詞：訊號與系統　教學體會　課程教學

　　摘 要：本文介紹了訊號與系統課程的特點，結合筆者的教學實踐情況，探討了如何改進現有的教學方式和方法，旨在幫助學生更好地掌握訊號與系統這門課中的原理和分析方法，提高學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力。
　　訊號與系統是高等工科院校通訊與電子資訊類專業的一門重要的專業基礎課，其中的概念和分析方法廣泛應用於通訊、自動控制、訊號與資訊處理、電路與系統等領域[1]。本課程與先修課程“電路分析基礎”聯絡密切，電路分析基礎課程是從電路分析的角度研究問題，本課程則從系統的觀點進行分析。此外，在本課程中還涉及用到高等數學、線性代數裡的一些基礎知識。因此，該門課程對學生的數學基礎要求較高，同時，需要學生具有一定的電路分析能力。該課程主要涉及訊號和系統兩個部分，分為連續時間訊號與系統的分析和離散時間訊號與系統分析兩大類。在分析方法中，又可以從時域和變換域兩個角度來進行。本課程與後續課程之間存在著較為密切的聯絡，如其中的離散時間訊號與系統的分析是數字訊號處理這門課的基礎，其中的傅立葉變換分析法是通訊原理，數字通訊等課程的基礎。對於系統的響應的分析方法又在後續的自動控制原理課程中得到深入地體現。因此，訊號與系統這門專業基礎課的教學效果，對於相關專業的本科生後續課程的學習具有十分重要的作用，同時，在這門課的講解中，也可以幫助學生順帶複習先修課程的一些重要的概念，定理和方法。經過幾年的教學實踐，筆者認為有必要對本課程教學工作認真總結，彌補不足，以期取得更好的效果。
　　1 課程教學的幾點體會
　　1.1 注重基本概念以及定理的實際意義的講解
　　與其他專業基礎課相比，訊號與系統這門課中的公式和定理還是比較多的，一些學生在課後作業和考試中常常採用死記硬背的方式記住公式和解題過程，最終還是沒能深入地理解隱藏在公式和解題方法背後的原理和意義。因此，在實際課程的講解中，需要加強基本概念以及定理的實際意義的講解。具體來說，要花大力氣講清楚基本概念，特別是那些先修課程中沒有的、而訊號與系統課中新出現的概念。例如，衝激函式這個概念先前沒有出現過，在講解中就不能只是簡單地告訴學生有這麼一個函式，後面章節中要用到就結束了，而是要從衝激函式起源入手，用多媒體課件中的動畫演示或板書的方式，讓學生清楚地知道這個函式是門函式取極限得到的，有這樣直觀的演示過程，學生就可以更容易地理解、掌握衝激函式的基本性質是怎麼得到的，為什麼會有這些性質等等；此外，還需要引導學生要有不僅知其然，還要知其所以然的精神，也就是說要有意地去引發學生思考：這門課為什麼要引入這樣的一個衝激函式，引入這樣一個具有特殊性質的函式之後是不是給訊號分析，系統分析過程帶來了方便。通過這個過程的引導和講解，讓學生帶著問題去學習去思考，從而使學生能夠知道重要概念的來龍去脈，更好地掌握相關內容。以上只是舉了一個例子，在訊號與系統這門課中，這樣的概念和定理還很多[2]，不再一一列舉。
　　1.2 注重各章之間相關內容的對比講解
　　與其他專業基礎課和專業課相比，訊號與系統這門課的體系相對嚴密。現有的絕大部分教材都是按照先時域後頻域、先連續後離散的方式進行編寫[3]。以系統分析方法為例，在教學過程中，需要帶領學生把握兩個角度的對比。第一個角度的對比是連續與離散之間的橫向對比：將連續時間系統的時域分析方法和離散時間系統的時域分析方法進行對比；將連續時間系統的頻域，複頻域分析方法和離散時間系統的Z域分析方法進行對比。在對比過程中，需要把握對比雙方的共同點，區分出不同點。第二個角度的對比是時域和變換域之間的縱向對比：將連續時間系統的時域分析方法和連續時間信連續時間系統的頻域、複頻域分析方法進行對比；將離散時間系統的時域分析方法和離散時間系統的Z域分析方法進行對比。又如，傅立葉變換的性質、拉普拉斯變換的性質和Z變換性質之間的對比。在每一方法的內部，也有很多可以採用對比講解的內容，如週期訊號的傅立葉級數展開與非週期訊號傅立葉變換之間的聯絡與區別等。通過這樣的對比講解，不僅能夠使學生牢固掌握相關知識，還可以減輕學生的記憶負擔。例如，在橫向對比中，只要掌握了連續時間系統的時域方法，以及離散系統分析方法中與之不同的部分，即可以輕鬆掌握兩部分內容。
　　1.3 注重隱藏在定理、方法背後的思維方式的講解與拓展
　　通過一門課的教學過程，需要讓學生牢固掌握該門課的知識是最基本的目標。除此以外，在更高層次上，需要通過相關定理、分析方法的講解，使學生掌握隱藏在該定理、方法背後的思維過程，即上升到方法論高度去講解相應的理論。以連續時間系統的時域分析方法為例，對於求取通過連續系統的一般訊號的零輸入響應，求解系統的微分方程十分麻煩。這時候採用的方法是將複雜訊號分解為一系列具有不同延時的簡單的衝激訊號的加權求和形式，分別求出簡單衝激訊號激烈下的零狀態響應，最後將其疊加，根據線性時不變系統的性質，其結果即為複雜訊號激勵下的零狀態響應。因此，在這部分的講解時，就可以提煉出隱藏在此背後的方法論，即，遇到複雜的問題時，可以將其分解為一系列簡單問題，解決簡單問題，最後加以綜合。通過這樣的講解，可以使得學生在後續課程和未來的學習，工作過程中，運用該方法論去解決實際問題。以上只是舉了一個例子，類似的例項在訊號與系統這門課中還有不少，筆者相信，通過這種方式的講解和昇華，使得學生學完這門課之後的收穫不僅僅停留在掌握了這門課書本知識這樣的高度上。
　　2 結語
　　綜上，按照上述思路，結合自身的教學實踐，我們將著力解決教學中的難點問題，提高訊號與系統課程的教學質量，取得更好的教學效果，並且爭取達到不僅使學生牢固掌握深刻理解這門課的理論，並且使學生能夠將這門課中介紹的分析方法背後的思維方法和過程運用於今後的學習和工作中。
　　參考文獻
　　[1] 劉佔衛，李金周.《訊號與系統》理論課的啟發式教學[J].洛陽師範學院學報，2011，30（5）：127-128.
　　[2] 沈元隆，周井泉.訊號與系統（第二版）[M].北京：人民郵電出版社，2009.
　　[3] 邱曉暉.“訊號與線性系統”課程教學實踐體會[J].電氣電子教學學報，2009，31（4）：10-11.