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1、信号与系统课程报告题目：信号与系统课程改革探讨班级：姓名：学号：电话：2012-1013学年第二学期广东石油化工学院计算机与电子信息学院信号与系统课程改革探讨摘要“信号与系统”课程在电学类专业教学环节中起着承上启下的作用，其教学质量的好坏直接关系到学生对信号、系统等重要概念的理解和分析解决问题的能力，关系到后续课程的教学质量。本门课程需要较好的基本理论基础，需要对概念的很好理解以及对数学处理方法的熟练掌握。因此，学生学习该课程有较大难度。本文根据该课程的特点提出了改进课程教学的几种方法。实践证明，通过对所用的基本概念和理论、基本处理方法的讲解和实际仿真练习，以及对练习结果的课堂报告与提问和回答
2、，极大地调动了同学们的学习积极性和学习兴趣，取得了较好的学习效果。关键词:现代信号处理; 信号与系统；教学改革；教学实践一、引言“信号与系统”作为信号分析与系统分析的基础理论，是电学类专业本科生的一门重要的专业基础课程。该课程以高等数学、工程数学及电路原理等课程为基础，是后继的数字信号处理、通信原理、自动控制原理等专业课程的先修课程，在教学环节中起着承上启下的作用，其教学质量的好坏直接关系到学生对信号、系统等重要概念的理解和分析解决问题的能力，关系到后续课程的教学质量。但是长期以来，由于“信号与系统”课程本身的特点及教学方法和手段的单一，“信号与系统”课程一直处于教难、学更难的情况之中。二、课
3、程在教学中存在的主要问题（1）从课程自身特点分析：该课程内容抽象，公式和理论推导相对较多。由于抽象、繁琐，使学生觉得课程内容枯燥，产生难学厌学情绪。（2）从教学时间和内容的安排上分析：普遍存在教学内容多和教学学时少之间的矛盾，使得学生只能靠做习题来巩固和理解教学内容，更缺乏与相关课程间的整体考虑，对综合培养学生的能力和素质不利。（3）从教学手段和方式上分析：传统的单一教学方式对课程中大量信号分析的结果缺乏可视化的直观表现，学生自己设计的系统也不能直观地得到系统特性的可视化测试结果。换句话说，学生将大量的精力和时间用于繁杂的手工数学运算，而未真正理解所得结果在信号处理中的实际应用。（4）从实践环
4、节分析：学生缺乏实际动手操作经验，对课程中大量的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试和分析，不能学以致用。从上述四个方面的分析可以看出，传统的教学方式和手段严重影响和制约了学生的学习兴趣以及教师的教学效果；且对实践环节的忽视，只会使学生成为数学公式推倒演算的手工工具，无法达到可理解、可视化、可实践化的和谐统一，教学质量大打折扣。针对上述四方面的分析，探索新的教学方法，最大限度地调动学生的积极性，在强化信号与系统概念理论的基础上，围绕可理解、可视化、可实践化的和谐统一，将成为新时代“信号与系统”教学改革的核心理念。三、现代信号处理课程特点( 1) 现代信号处理已形成一门学科，研究分支众多，每个
5、分支中的研究内容都非常广泛而且非常深入。如基于二阶统计量的功率谱估计、自适应滤波，基于高阶统计量和循环统计量的非高斯非最小相位的系统中应用，时频分析及小波分析等。( 2) 要求具有随机信号、估计理论、矩阵分析、优化方法方面的基础知识。随机信号方面的基础知识包括随机过程的基本分析方法: 相关函数、协方差函数、功率谱密度、独立、不相关与正交、以及随机输入通过线性系统等基本概念。估计理论包括一致估计: 无偏估计与渐进无偏估计、fisher 信息与 CramerRao 界、Bayes 估计、最大似然估计、线性均方估计、最小二乘估计等概念与方法。矩阵分析包括矩阵代数，特殊矩阵和矩阵分解。子空间理论包括向
6、量空间、特征子空间分析方法、子空间跟踪与更新等，奇异值分解及其推广，有扰动有噪声的矩阵方程的最小二乘与总体最小二乘等等。而数学计算方法中最优化方法在现代信号处理中发挥着非常重要的作用。( 3) 需要具有将理论方法与应用情况进行有机结合的能力，即现代信号处理的基本方法应用在具体领域比如通信信号处理、生物医学信号处理等方面时的应用能力。( 4) 对信息与信号处理专业研究生要求具有一定的现代信号处理的理论知识，了解现代信号处理的现状与发展，掌握基本的现代信号处理方法。( 5) 理论基础要求高，信号处理方法相对抽象不易理解从而较难掌握。针对以上特点，现代信号处理的课堂教学只着重理论教学或只着重课堂讲解
7、是远远不够的，因为前期的教学实践发现，同时同学们也反映，仅老师的课堂讲解同学们不能够很好地理解现代信号处理的方法。必须结合具体问题运用多种现代信号处理方法通过实际操作、分析和讲解才能够使学生有效地掌握现代信号处理方法。四、教学方法的综合改进根据前述的现代信号处理课程的特点，提出了研究生的教学中必须采取的教学手段: 课堂理论教学、学生实际练习、对结果进行报告的方式进行有效的学习和训练。1、调整课程体系和优化教学内容“信号与系统”课程，在教学内容的选择上遇到了相当突出的问题，主要表现在相关课程之间内容有大量重复。如在“电路原理”课程中包含了“信号与系统”课程中连续信号与系统分析的相关内容，如傅里叶
8、级数和傅里叶变换、电路与系统的复频域分析、系统函数等；在“自动控制原理”课程中也有一段“信号与系统”课程中的有关系统分析方面的内容，如系统稳定分析、信号流图等。因此，如何优化教学内容，避免重复教学是该课程教学改革的一个核心。为此，根据各个专业设置的特点，重新调整电路原理、信号与系统以及自动控制原理三门课之间的联系，建立有机的“电路、信号与控制原理”课程群。在课程群建设中体现以“群”合一，总体优化，不再强调各课程体系和内容体系，而是通过优化系列课程的内容体系，使群内各课程分工更加明确，在“电路原理”中突出电路的基本理论和基本分析方法；在“信号与系统”中突出信号分析和离散分析；在“自动控制原理”中
9、则突出系统分析与控制。在教学内容的选择上，将电路与系统的复频域分析，系统的网络函数等内容放在电路中讲述，在“信号与系统”中重点讲述傅里叶变换，并以傅里叶变换为核心研究线性系统和信号处理和通信理论的相关问题，着重信号分析和信号通过线性系统的响应，大力压缩拉普拉斯变换相关内容，加强离散分析和 Z 变换等相关知识，同时将系统分析的重点放在自动控制原理课程中详细讲述。另外，考虑到电子信息工程、电子信息科学与技术两个专业后续课程中设有“数字信号处理”课程，所以在这两个专业的教学中加强了系统的状态变量分析内容；而对自动化、电气工程等专业的学生，由于后续课程中不开设“数字信号处理”，所以在教学中适当删减了傅
10、里叶变换在通信中的应用等内容，同时加入了DTFT、FFT 变换、数字滤波基本原理与应用等相关知识，以便让学生更多了解常用的数字信号处理技术。2、 丰富教学方法和手段（1）、课堂理论教学。课堂教学主要对现代信号处理的基本理论、基本思想、基本方法进行讲解，使研究生基本掌握现代信号处理的基本过程，并获得初步的体验。这个过程在研究生较少时可以采用与研究生进行讨论、提问和讲解结合的形式进行。（2）、学生实际练习。学生实际练习主要包括基本概念练习，通过模型的研究并对 MATLAB 语言和环境的熟悉，可以通过仿真练习使同学获得更真实的体验，接着进行较复杂的信号处理方法的练习，虽然刚开始的时候，许多同学均感到
11、很难下手，但是经过不断的指导和鼓励，绝大部分同学均能够完成规定的练习任务，并且许多同学还逐步对信号处理的概念和方法感兴趣，这对教学来说可以认为达到了目的。（3）、深入浅出，淡化数学推导，强化物理概念由于“信号与系统”课程是一门数学公式推导多、杂、广的应用性课程，因此应把教学重点放在由数学模型、数学公式、数学表征等体现的信号与系统理论与方法的物理内涵上，注意纠正和克服学生学习时停留在数学理解这一弱点上。虽然“信号与系统”内容体系成熟完整，其理论和方法都可以用严密的数学理论来描述、表征和抽象，但它有很强的物理背景和应用。教学中一方面要利用数学工具引导学生很快地抓住信号与系统理论和方法的本质；另一方
12、面，把重点放在讲透由数学抽象所反映出来的物理概念和方法上。这样，才能使学生由抽象到具体来理解课程内容的本质，掌握课程精髓。例如，在学习线性时不变系统的冲激响应时，在稳定系统的情况下，输入为冲激信号，输出则是持续衰减的信号。很多学生难以理解，可以引导学生将该问题的思考转入实际的电路中（电路系统中元件具有的容性和感性的充放电效应），从而加深对物理概念的理解。3、加强实践教学“信号与系统”是一门实用性较强，涉及面较广的专业基础课，课程的教学对于理论和实践两个体系都有很高的要求。如何把课程中的几个重点概念、基本理论和其在现代社会信息技术各个方面的应用紧密结合起来，使学生在理论学习的同时建立与实际应用的
13、联系是该课程实践体系的核心要求。MATLAB强大的数值分析和计算结果可视化功能，为该课程的实践体系提供了强大的支持。其中的 Simulink支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统、连续和离散混合系统，而且系统可以是多进程的。借助 MATLAB 进行学习，可以简化求解，快速分析，得出有助于理解的、形象逼真的图像与图形，从而可以把学习重点放到抽象概念、重点原理的理解上，减少不必要的烦琐推导与运算。因此，在实验教学过程中，可采用软硬结合的实验模式。在软件实验方面，通过采用 MATLAB 软件工具，学生不仅可以随意修改参数，比较实验结果，而且还可自行设计系统进行模拟，加强了学生的综合设计能力
14、。在硬件实验中，学生的动手能力及分析问题的能力得到了提高。通过软件仿真实验和硬件实验的有机结合，不仅充分实现了软件实验的显示直观性、实时性、逼真性、操作灵活性的优点，且与以往只完成实际电路装调的实验方式相比，大大提高了学生做实验的兴趣，起到了更好的教学效果。通过这种软硬结合的实验模式，不但提高了学生的实践能力，加深了理论知识的理解，而且使学生尽早地接触先进的设计工具，调动他们的积极性和主动性，激发他们的学习欲望。五、结论针对“信号与系统”课程的地位与作用，以及课程教学中所碰到的一些问题，结合自身教学过程总结了课程教学改革的思考和教学方法，通过实验类课程的增加以及在教学手段、教学方法、教学体系的
15、改革,使学生能系统地掌握确定性连续和离散时间信号与系统的基本理论与分析方法。在将基本理论与分析方法应用于求解从通信系统和信号处理系统等工程实际问题中提取的例题方面,使学生得到基本的训练,并通过实验教学,使学生深人理解课程所学的内容,巩固信号与系统的基本概念,提高实际动手能力,为后续程的学习以及实践环节都打下了坚实的基础。参考文献：1潘双来,邢丽冬,胡寿松.信号、系统与控制课程群建设J.电气电子教学学报,2004,(6):24-26.2陈后金,胡健,薛健,等.我校“信号与系统”课程的改革与建设J.电气电子教学学报,2004,(6):30-32.3 张贤达，保铮 通信信号处理 M 北京: 国防工业出版社，20004童峰,李霞.Matlab在“信号与系统”课程教学中的应用J.电气电子教学学报,2007,29(2):82-84.8