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摘要“信号与系统”的教学强化了工程实际应用和动手实践能力的培养,这符合我校工科独立学院应用性技能型创新人才的培养目标。“信号与系统”课程是一门理论性很强的课程,根据教学型学校的定位,提出在保证学生掌握基本理论知识的前提下,将理论教学、MATLAB实验教学和学生课外MATLAB实践能力培养相结合,侧重培养学生综合应用“信号与系统”知识的能力。
关键词“信号与系统”;工程实践应用;MATLAB
中图分类号G64文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0167-01
“信号与系统”是信息类专业的核心专业基础课,课程中的概念和分析方法广泛应用于通信、自动控制、信号与信息处理、电子技术、电气工程、电路与系统、计算机科学、生物医学工程等领域。
通过对本课程的学习,学生应该能够掌握信号分析的基本理论和方法,掌握线性非时变系统的各种描述方法,掌握线性非时变系统的时域和频域分析方法,掌握有关系统的稳定性、频响、因果性等工程应用中的一些重要结论。同时,通过这门课程的学习,学生的分析问题和利用所学的知识解决问题的能力也应该在原来的基础上有所提高。
信号与系统课程的教学内容可以简而言之地涵括为:两种系统,两类方法,三大变换。两种系统是指本门课程研究的系统按照其处理的对象而言可以分为连续时间系统和离散时间系统两种;两类方法是指课程使用的分析方法可以分为时域分析方法和变换域分析方法两类;三大变换指其中变换域分析方法使用的三种变换,即傅里叶变换,拉普拉斯变换和Z变换。作为工科院校的专业主干课程除了相关的分析方法和理论以外,还必须向学生介绍一些各种方法的工程应用背景以及工程应用中常用的概念。
本课程有着很强的数学背景,介绍的内容涉及到线性微分方程、复变函数、积分变换、离散数学等多门数学课程的知识,本课程的主要任务也是结合线性系统分析这一个主线,对这些数学方法进行详细的介绍。但它又不同于数学课程,虽然它在数学推导上比较严密,但是在内容中又不苛求数学上的系统和严密。“信号与系统”课程的特点是不仅具有很强的理论性,而且也同时具有很强的实用性。通过实际系统分析,可以使学生更好地将所掌握的数学知识应用到工程实际当中。这些问题通过用MATLAB仿真来解决。
1“信号与系统”的教学实践应用
通过本课程的学习,可以为学生今后进一步学习信号处理、网络理论、通信理论、控制理论等课程打下良好的基础。
1.1强化了工程实际应用
编写切合学科的发展方向,包含了许多电子和通信领域的新进展、新技术方面的内容。一些过时的分析方法和内容被抛弃,对一些重要的理论方法和概念得到了加强。如信号的运算方面,强化了时延、尺度变换、反折等运算。根据信息技术的发展,引入了相关的运算,匹配滤波的概念。强化了工程实际应用。同时教材配有大量的例题、复习思考题和习题。另外本教材在最后给出了“信号与线性系统分析方法综述”,作为对整体内容的了解和总结,应该介绍给学生学习。
1.2强化了动手实践
“信号与系统”课程与本科生的许多课程,例如,“电路”、“数字信号处理”、“DSP原理与应用”、“数字图像处理”、“通信原理”等有密切的联系。“信号与系统”课程是一门理论性的课程。为了加强学生对课程内容的理解,除了课内实验外,我们增加了一些相关的实践环节,开设了“MATLAB程序设计”,在训练学生学习和掌握MATLAB工具的同时,指导学生进行了一些信号与系统方面的实践,加深了学生对相关知识点的理解。此外,为了加强学生的实践能力,我们还开设了实验、实习实训等,鼓励学生参加全国电子设计竞赛、黑龙江省电子设计竞赛,并且在我校组织了电子设计竞赛活动,通过学生的小创造、小发明等第二课堂活动来提高学生的动手能力,在实践中均取得了良好的效果。目前,我校学生参加了全国电子设计竞赛和黑龙江省电子竞赛,获得了全国二等奖等奖项。
总之,结合我校教学型大学的定位和培养应用性技能型创新人才的培养目标。建设水平较高的工科独立学院的发展目标,“信号与系统”课程不仅具有很强的理论性,而且具有很强的实用性。根据学校的定位,课程组提出在保证学生掌握基本理论知识的前提下,将理论教学、MATLAB实验教学和学生课外MATLAB实践能力培养相结合,侧重培养学生综合应用信号与系统知识的能力。这样,一方面介绍MATLAB软件编程方法,为学生初次接触MATLAB打下基础;另一方面介绍MATLAB在信号与系统中应用,给出了基本的思想和方法,以及一些具体示例。有利于学生开动脑筋,积极进行思考和对学生实际动手能力的培养。
本课程的教学目的是让学生掌握信号和线性系统的分析的基本理论、基本原理和方法,掌握线性非时变系统的各种描述方法,掌握线性非时变系统的时域和频域分析方法,掌握有关系统的稳定性、频响、因果性等工程应用中的一些重要结论。能够在后续课程的学习和工作中灵活应用这些方法解决问题。
2课程教学内容及其解决方案
2.1教学内容
根据课程的性质以及本课程与相关课程的关系,结合我校的教学经验,确定了本课程的教学内容体系。
在课程内容组织上,正确处理各种关系,明确提出:时域分析与变域分析、信号分析与系统设计、连续系统与离散系统分析并重,经典分析与现代分析并重,解析方法与数字方法并重,软件实现与硬件实现并重。按照认知规律,将课程教学内容组织为:先连续系统分析后离散系统分析,先时域分析后变换域分析;先单输入单输出系统分析后多输入多输出系统分析。
2.2针对课程内容,有针对性的解决教学中的重点与难点
1)强调基本概念的建立,按照从时域到变换域的教学体系教学。针对课程理论性强的特点,在教学过程中,遵循循序渐进的教学法原则,既充分体现现代系统分析理论的规范性和一致性,又使本课程的体系更加突出,便于学生掌握课程的核心内容。
2)提出“发散思维+收敛思维”的教学理念。在教学中,广泛采用类比的科学方法建立知识点之间的联系,并注重不同分析方法的比较,掌握它们共性的同时,找出它们的差别。培养学生的提炼问题提法的能力、从概念出发的发散思维能力、通过类比归纳的收敛思维能力。
3)谈化数学推导,侧重工程应用。课程中的三大变换与数学有着紧密的关系,数学理论推导复杂,学生易导致抵触心理。在教学中,淡化数学过程的推导。课程内容尽量根据学生专业特点,结合专业应用背景,注重学科交叉,加入多方面的工程应用实例,提高学生的现场实践感和学习兴趣。
4)推行“理论授课+上机实践”的教学模式。为了解决数学运算和信号处理概念的关系问题,将理论教学配合上机实践同步进行,使学生易于理解掌握重点和难点。上机实践包括主讲教师的课堂演示和学生的独立上机实验两部分。
参考文献
[1]管致中,夏恭烙,孟桥.理论课:信号与线性系统(第四版).高等教育出版社,2004,1.
[2]张昱,周绮敏.实验课:信号与系统实验教程.民邮电出版社,2005,3.
关键词“信号与系统”;工程实践应用;MATLAB
中图分类号G64文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0167-01
“信号与系统”是信息类专业的核心专业基础课,课程中的概念和分析方法广泛应用于通信、自动控制、信号与信息处理、电子技术、电气工程、电路与系统、计算机科学、生物医学工程等领域。
通过对本课程的学习,学生应该能够掌握信号分析的基本理论和方法,掌握线性非时变系统的各种描述方法,掌握线性非时变系统的时域和频域分析方法,掌握有关系统的稳定性、频响、因果性等工程应用中的一些重要结论。同时,通过这门课程的学习,学生的分析问题和利用所学的知识解决问题的能力也应该在原来的基础上有所提高。
信号与系统课程的教学内容可以简而言之地涵括为:两种系统,两类方法,三大变换。两种系统是指本门课程研究的系统按照其处理的对象而言可以分为连续时间系统和离散时间系统两种;两类方法是指课程使用的分析方法可以分为时域分析方法和变换域分析方法两类;三大变换指其中变换域分析方法使用的三种变换,即傅里叶变换,拉普拉斯变换和Z变换。作为工科院校的专业主干课程除了相关的分析方法和理论以外,还必须向学生介绍一些各种方法的工程应用背景以及工程应用中常用的概念。
本课程有着很强的数学背景,介绍的内容涉及到线性微分方程、复变函数、积分变换、离散数学等多门数学课程的知识,本课程的主要任务也是结合线性系统分析这一个主线,对这些数学方法进行详细的介绍。但它又不同于数学课程,虽然它在数学推导上比较严密,但是在内容中又不苛求数学上的系统和严密。“信号与系统”课程的特点是不仅具有很强的理论性,而且也同时具有很强的实用性。通过实际系统分析,可以使学生更好地将所掌握的数学知识应用到工程实际当中。这些问题通过用MATLAB仿真来解决。
1“信号与系统”的教学实践应用
通过本课程的学习,可以为学生今后进一步学习信号处理、网络理论、通信理论、控制理论等课程打下良好的基础。
1.1强化了工程实际应用
编写切合学科的发展方向,包含了许多电子和通信领域的新进展、新技术方面的内容。一些过时的分析方法和内容被抛弃,对一些重要的理论方法和概念得到了加强。如信号的运算方面,强化了时延、尺度变换、反折等运算。根据信息技术的发展,引入了相关的运算,匹配滤波的概念。强化了工程实际应用。同时教材配有大量的例题、复习思考题和习题。另外本教材在最后给出了“信号与线性系统分析方法综述”,作为对整体内容的了解和总结,应该介绍给学生学习。
1.2强化了动手实践
“信号与系统”课程与本科生的许多课程,例如,“电路”、“数字信号处理”、“DSP原理与应用”、“数字图像处理”、“通信原理”等有密切的联系。“信号与系统”课程是一门理论性的课程。为了加强学生对课程内容的理解,除了课内实验外,我们增加了一些相关的实践环节,开设了“MATLAB程序设计”,在训练学生学习和掌握MATLAB工具的同时,指导学生进行了一些信号与系统方面的实践,加深了学生对相关知识点的理解。此外,为了加强学生的实践能力,我们还开设了实验、实习实训等,鼓励学生参加全国电子设计竞赛、黑龙江省电子设计竞赛,并且在我校组织了电子设计竞赛活动,通过学生的小创造、小发明等第二课堂活动来提高学生的动手能力,在实践中均取得了良好的效果。目前,我校学生参加了全国电子设计竞赛和黑龙江省电子竞赛,获得了全国二等奖等奖项。
总之,结合我校教学型大学的定位和培养应用性技能型创新人才的培养目标。建设水平较高的工科独立学院的发展目标,“信号与系统”课程不仅具有很强的理论性,而且具有很强的实用性。根据学校的定位,课程组提出在保证学生掌握基本理论知识的前提下,将理论教学、MATLAB实验教学和学生课外MATLAB实践能力培养相结合,侧重培养学生综合应用信号与系统知识的能力。这样,一方面介绍MATLAB软件编程方法,为学生初次接触MATLAB打下基础;另一方面介绍MATLAB在信号与系统中应用,给出了基本的思想和方法,以及一些具体示例。有利于学生开动脑筋,积极进行思考和对学生实际动手能力的培养。
本课程的教学目的是让学生掌握信号和线性系统的分析的基本理论、基本原理和方法,掌握线性非时变系统的各种描述方法,掌握线性非时变系统的时域和频域分析方法,掌握有关系统的稳定性、频响、因果性等工程应用中的一些重要结论。能够在后续课程的学习和工作中灵活应用这些方法解决问题。
2课程教学内容及其解决方案
2.1教学内容
根据课程的性质以及本课程与相关课程的关系,结合我校的教学经验,确定了本课程的教学内容体系。
在课程内容组织上,正确处理各种关系,明确提出:时域分析与变域分析、信号分析与系统设计、连续系统与离散系统分析并重,经典分析与现代分析并重,解析方法与数字方法并重,软件实现与硬件实现并重。按照认知规律,将课程教学内容组织为:先连续系统分析后离散系统分析,先时域分析后变换域分析;先单输入单输出系统分析后多输入多输出系统分析。
2.2针对课程内容,有针对性的解决教学中的重点与难点
1)强调基本概念的建立,按照从时域到变换域的教学体系教学。针对课程理论性强的特点,在教学过程中,遵循循序渐进的教学法原则,既充分体现现代系统分析理论的规范性和一致性,又使本课程的体系更加突出,便于学生掌握课程的核心内容。
2)提出“发散思维+收敛思维”的教学理念。在教学中,广泛采用类比的科学方法建立知识点之间的联系,并注重不同分析方法的比较,掌握它们共性的同时,找出它们的差别。培养学生的提炼问题提法的能力、从概念出发的发散思维能力、通过类比归纳的收敛思维能力。
3)谈化数学推导,侧重工程应用。课程中的三大变换与数学有着紧密的关系,数学理论推导复杂,学生易导致抵触心理。在教学中,淡化数学过程的推导。课程内容尽量根据学生专业特点,结合专业应用背景,注重学科交叉,加入多方面的工程应用实例,提高学生的现场实践感和学习兴趣。
4)推行“理论授课+上机实践”的教学模式。为了解决数学运算和信号处理概念的关系问题,将理论教学配合上机实践同步进行,使学生易于理解掌握重点和难点。上机实践包括主讲教师的课堂演示和学生的独立上机实验两部分。
参考文献
[1]管致中,夏恭烙,孟桥.理论课:信号与线性系统(第四版).高等教育出版社,2004,1.
[2]张昱,周绮敏.实验课:信号与系统实验教程.民邮电出版社,2005,3.