《信号与系统》课堂教学实践研究

周云良++卢昕

信号与系统是电子和通信类等专业的一门核心专业基础课程，该课程以严格的数学理论为基础，具有理论性强、知识点多且覆盖面广等特点。从该课程的主要特点出发，探讨如何通过课堂教学方法改进与实践，促进学生对知识點的理解和把握，改善课堂教学效果。

信号与系统教学方法教学效果一、引言

《信号与系统》课程是电子和通信类等专业的一门核心专业基础课程，其主要任务在于研究确定信号通过线性时不变系统传输与处理的基本概念、基本理论和基本分析方法。在教学计划中，信号与系统课程起着承前启后的作用，以高等数学、线性代数及电路分析等课程为基础，同时又是后续课程，如数字信号处理、通信原理和自动控制原理等的先修课程，是学生知识结构中的重要组成部分。该课程以严格的数学理论为基础，具有理论性强、概念抽象、知识点多且覆盖面广等特点。大多数学生在学习这门课程时出现畏难情绪，觉得该课程枯燥无味，抽象难懂，很难对众多要求掌握的知识点理解把握到位，影响学习效果。因此如何针对上述问题，结合信号与系统课程的主要特点，有效地改进教学方法，改善课堂教学效果具有重要的意义。

二、围绕主线，对比教学

在信号与系统课程的教学过程中，我们首先建立信号与系统的基本概念，然后按照先分析连续时间系统，后分析离散时间系统、先讲授时域分析方法，后讲授变换域分析方法、先讨论输入输出法，后讨论状态变量法的分析主线组织课堂教学。虽然主线很清晰，但是其中所涉及的知识点多且覆盖面广，如果学生不能对整个课程的分析主线进行很好地把握，这些多而覆盖面广的知识点就会显得杂乱无章，极其繁琐，导致学生学习兴趣和热情下降。针对这些问题，在实际教学过程中，我们紧抓分析主线，采用对比法进行教学，促进学生对知识的理解和记忆，提高学习兴趣。下面举几个例子来说明：

再如，在学习系统状态变量分析法时，经常存在有些学生对为什么要学习这部分内容没有很好地把握，存在盲目被动学习的现象。针对这个问题，在教学过程中，我们告诉学生输入输出法和状态变量描述法都是描述系统数学模型的方法，引导学生注意两种描述方式的差异。前者仅用输入信号和输出信号之间满足的关系来描述系统的数学模型，注重系统的功能，不能揭示系统的内部特性；而后者把系统的输入信号、输出信号、系统内部的状态变量结合在一起，用它们之间满足的方程组来描述系统的数学模型，不仅体现了输入输出信号之间的变换，更考虑了系统内部的变化过程。对于单输入-单输出系统的可控性和可观性与系统转移函数之间的关系的讲授，我们通过例子引导学生理解若存在系统函数零极点相消，系统函数只是反映了系统中既可控又可观的那部分运动规律，描述的系统是不全面的；而用状态方程和输出方程描述一个系统更全面。在这些内容的讲授过程中，我们特别关注上述两种描述系统数学模型方法的差异，便于学生对这部分内容较好的理解和掌握。

三、弱化数学推导，突出物理意义

信号与系统课程以严格的数学理论为背景，具有性质多和公式多等特点。如果在教学过程中只注重公式的推导和证明，很容易忽略理论与实际的结合，学生会觉得该课程枯燥乏味、抽象难懂，从而对这门课程的学习兴趣不高。为了避免上述现象的产生，在具体教学过程中，我们弱化数学推导，注重突出这些性质和公式应用于信号与系统分析时的物理解释。在讲授傅里叶变换的性质时，我们淡化对公式的推导，重点给学生强调这些性质应用于通信系统中的物理含义。如对于尺度变换特性的讲解，注重阐述信号在时域压缩后，信号的频谱展宽，带宽增加，引导学生初步理解通信系统中通信速度和占用带宽是相互矛盾的；对于时移特性时的讲解，引导学生理解信号在时域的右移后，信号在频域的幅度谱不变，仅产生附加的相移；对于频移特性的讲解，强调该性质在通信系统中信号调制和解调方面的应用。通过强调性质背后隐含的物理意义，努力做到理论与实践相结合，提高学生学习兴趣，为后续相关课程的学习奠定基础。

四、利用教学工具，辅助教学

在教学过程中，我们利用雨课堂教学工具，辅助教学。雨课堂是由清华大学在线教育办公室和学堂在线研制开发的教学工具，并于2016年正式对外发布。通过雨课堂，可以实现在上课以前对学生的预习情况进行收集，了解到学生完成了预习的情况并查看学生预习后反馈的认知难点，授课时就能有针对、有侧重的进行讲授并帮助学生理清思路。课堂教学中，传统的师生互动模式可以带动学生学习的积极性，让学生的注意力有效集中在教师教授的知识点以及知识点之间的关联上，但是并不能了解每一个学生对知识点的掌握情况。而通过雨课堂，我们对每一页课件统计点击“不懂”的学生人数，精确的知道哪些学生在对某个知识点理解上存在困难，从而进行个别的辅导，尽可能早的在学习和复习的过程中解决疑问。在学生感兴趣的某些结论推导以及经典理论的来源和应用方面，还通过推送链接的方式，将网络上现有的资源精心挑选出来提供给学生进行扩展学习。通过课前、课中和课后的学习情况数据收集和反馈，可以给学生搭建一个立体的学习平台，并帮助他们养成好的预习、复习习惯，提高学习效率。

五、结束语

信号与系统课程具有理论性强、知识点多且覆盖面广等特点，笔者根据该课程的自身特点，针对学生在学习这门课程时存在的问题，采用围绕主线，对比分析、弱化数学推导，突出物理意义、利用雨课堂辅助教学的方式，促进学生对知识的理解和把握，改善课堂教学效果，为后续课程的学习打下坚实的基础。

参考文献：

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[2]范世贵，令前华，郭婷.信号与系统.西安：西北工业大学出版社，2010.

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