“信号与系统”教学中运用Matlab 软件的思考和实践

阚一夫

（延边大学 工学院，吉林 延边 133002）

1 Matlab 软件的特点和优越性

Matlab 软件是美国推出的数据分析和图形处理软件，其本身在实践中的应用表现出一定的特点和优越性。

1.1 Matlab 软件的特点

Matlab 软件是目前国际上最流行的工程计算软件，在实践应用方面能体现出以下特点：①对数据进行高效化计算和对符号进行计算和处理的功能，可以帮助用户在繁杂的数学运算中找到解决路径，提高运算综合效果；②完善的图形处理能力，能对计算结果和编程方面的数据信息进行可视化处理；③具备友好的用户界面，语言也相对接近数学表达式，具有自然化的特征，方便用户学习和掌握；④软件功能相对较为丰富，并且具备功能齐全的工具箱，能为用户提供方便实用的多种类型数据处理工具，方便用户在使用软件的过程中对数据进行合理化的处理。

1.2 Matlab 软件的优越性

Matlab 软件的优越性主要体现在：①Matlab 软件采用了与人书写思维相对较为接近的直译式编程和编译系统，将其应用到“信号与系统”教学实践中，由于我们基本上都具备C 语言基础，因此操作相对较为方便，结合Matlab 软件的实践应用对课程知识进行学习，从而提高课程教学活动的综合效果；②Matlab 软件在教学中的应用能帮助我们解答线性方程组方面的问题，对一些矩阵变换进行处理，使我们掌握独立学习和探究能力，切实保障教学效果的显著提升[1]；③Matlab 软件的实践应用，能在“信号与系统”教学中展现出强大的数据分析能力和处理能力，将晦涩难懂的知识点进行可视化处理，便于我们在“信号与系统”课程知识的学习过程中深入解析涉及到的原理，并加深对知识点的理解和记忆能力。

2 Matlab 软件在“信号与系统”教学中的功能

Matlab 软件本身具备强大的运算能力，对Matlab 软件的操作界面进行分析能看出Matlab 软件主要包含四个窗口，并且在“信号与系统”教学中，命令窗口、当前目录窗口、历史命令窗口和工作间窗口之间能形成高度集成化的运作环境。在运转Matlab 软件的过程中，Matlab 软件的命令窗口主要能对课程中涉及到的函数以及相关表达式进行运行，软件为师生群体提供能涵盖不同功能的函数数据库，能支持“信号与系统”课程中多种运算仿真。在Matlab 软件中工作空间窗口的应用是能对计算机内存方面涉及到的数据变量信息进行集中的展示，一般能对变量字节大小、变量名称、变量类型等进行展示，辅助我们对课程中涉及到的方针数据进行观察。历史命令窗口是将Matlab 软件运行方面涉及到的历史教学命令记录下来，方便师生群体对之前使用的口令进行浏览和应用。当前目录窗口是Matlab 软件运行方面当前运行和保存的主要路径。当师生需要在“信号与系统”课程教学活动中对编写子函数文件进行应用，就可以在软件的支持下将其与主函数所在文件放置到同一个文件夹中，方便对己编写的子函数文件进行合理化的应用。在“信号与系统”教学改革中，积极探索Matlab 软件的合理化应用，能突破传统教学模式的束缚，有助于最大限度地提升“信号与系统”课程的综合质量。

3 Matlab 软件在“信号与系统”教学中的应用策略

在“信号与系统”教学改革实践中，积极探索Matlab软件的合理化应用，能最大限度地发挥Matlab 软件的应用优势，使学生“信号与系统”课程的学习能力以及解决实际问题的能力可以得到高效化培养。

3.1 Matlab 软件优化理论教学

Matlab 软件本身是能表现出较强实用性的教学软件，在“信号与系统”课程教学实践中引入Matlab 软件系统，将Matlab 软件与多媒体投影仪设备等有机结合在一起，将“信号与系统”课程教学中涉及到的相对复杂的公式和数据等进行转化，以我们能够直观分析的图像形式呈现出来，使我们在对“信号与系统”课程知识进行学习的过程中，能主动针对相关知识内容进行探索，从而提高课程学习效果。例如，在开展舟曲矩形信号频谱方面知识内容教学活动的过程中，由于课程教材中涉及到的插图仅仅为部分频谱图像，无法为我们对频谱波形形成整体性的理解和认识创造条件。在此情况下，“信号与系统”课程教师引入Matlab 软件，对周期矩形信号进行仿真模拟，并采用可视化图像的方式呈现给学生，我们就能结合Matlab 软件的应用对频谱的不同周期进行观察，形成对频谱波形方面知识更加全面系统的认识。又如在针对三角脉冲信号波形以及频谱知识进行讲解的过程中，按照传统教学方法，教师仅仅能采用口头描述和黑板板书结合的方式对学生实施教学指导，我们难以在学习过程中形成对三角脉冲信号波形以及频谱方面知识内容的形象化感知，更加无法形成深入理解。此时教师在教学演示环节引入Matlab 软件辅助开展教学活动，直观展现三角脉冲波形信号以及频谱，能方便我们对波形和频谱方面的知识内容进行形象化的学习，应用Matlab 软件沟通参与学习和探究活动，从而提高对理论知识的学习效果，使我们在“信号与系统”课程学习实践中能对课程内容形成积极的理解和感悟。

3.2 Matlab 软件辅助实验操作教学

在“信号与系统”实验操作教学方面，发挥Matlab 软件的作用，为课程提供实践操作的平台，也能将Matlab 软件与实验相结合在一起，提高实验教学有效性。具体在组织开展“信号与系统”实验课程教学的过程中，教师可以对实验内容进行精心选择，并合理化地插入Matlab 软件教学辅助工具，帮助我们完成对相关课程的操作，形成对“信号与系统”课程知识的全方位理解和认识[2]。如在讲解典型的利用常系数微分方程对系统零状态响应方面问题进行求解的过程中，就可以应用Matlab 软件进行仿真计算，在输入微分方程的基础上形成Matlab 代码，然后结合Matlab 软件的应用进行仿真模拟得出相应的结果。在实验教学活动中，发挥Matlab 软件的作用，能提高教学活动的直观性和形象性，也能对实验结果对理论数据进行验证，有助于提高教学活动的综合效果，对我们的学习能力加以培养，使“信号与系统”课程教学能展现出应有的价值和作用。

4 Matlab 软件在“信号与系统”课程教学中的应用案例

将Matlab 软件应用于“信号与系统”课程教学中，为了能真正发挥Matlab 软件在辅助开展教学活动方面的作用，可以尝试选取Matlab 软件在S 域中的实践应用进行分析。在S 域中，一般都是要求将系统零极点分布图、单位冲激响应以及系统幅频和相频特性。一般情况下，采用常规的方式无法有效地呈现在学生面前，而在教学改革实践中采用Matlab 软件，则能够形成可视化教学体系，将这方面的内容直观地展现在我们的面前。

5 Matlab 软件在“信号与系统”教学中的应用效果

传统的“信号与系统”教学具有操作简单、经济实惠的特点，虽然能对学生实施教学指导，但是教学直观性和生动性不足，教学活动的开展存在较大的难度。而在“信号与系统”教学实践中，结合现代信息技术的应用，将Matlab 软件引入到课堂教学实践中，能实现与传统教学模式的有机融合，增强教学手段的直观性、教学资源的丰富性和教学活动的高效性，对于教学效果的提升和学生知识学习能力的培养产生了重要的影响。具体结合Matlab 软件在“信号与系统”教学中的应用效果进行分析，发现在Matlab 软件的辅助下，“信号与系统”教学可视化能力明显增强，在课程教学中，能将大量抽象的无法有效理解的内容改编成为与Matlab 软件相关的教学课件，使用文字、图像和动态画面有机融合的方式，辅助我们对课程内容进行学习和理解。同时Matlab软件本身具备较为强大的软件处理功能和符号运算功能，并且Matlab 软件中功能齐全的工具箱能在“信号与系统”教学中辅助分析连续信号和连续系统，也能支持离散信号和离散系统的分析，并且能帮助我们对信号进行不同分析域计算，采用相加、相乘、傅里叶变换、反折、位移、Z 变换等多种不同的计算手法，整体上教学效率和效果得到了明显的提升，使我们在“信号与系统”学习中对于课程的学习兴趣也能明显的增强，并且还能参与到实践操作活动中，对我们的动手操作能力和解决实际问题的能力进行有效的训练。