張利紅 陳伯俊

信號與系統(tǒng)是電子信息、通信工程及自動控制等專業(yè)本科學(xué)生的必修課程,也是一門理論性、實(shí)用性較強(qiáng),涉及面較廣的專業(yè)基礎(chǔ)課。信號與系統(tǒng)教學(xué)過程有課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)2部分[1]。用信號分析軟件MATLAB幫助完成信號與系統(tǒng)分析,把抽象的理論可視化,同時(shí)用信號分析軟件MATLAB幫助完成數(shù)值計(jì)算、信號與系統(tǒng)分析,可更快速、形象地得到可視化計(jì)算機(jī)模擬與仿真,實(shí)現(xiàn)最佳教學(xué)效果[2]。將MATLAB引入信號與系統(tǒng)課程的教與學(xué)中,組合互補(bǔ)進(jìn)行教學(xué),是高校信號與系統(tǒng)教學(xué)改革的一種思路。

筆者分析信號與系統(tǒng)課程內(nèi)容和教學(xué)上的特點(diǎn),結(jié)合MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)值分析和計(jì)算結(jié)果可視化的特點(diǎn),提出高校信號與系統(tǒng)教學(xué)改革的方法之一:將MATLAB引入信號與系統(tǒng)課程的教與學(xué)中,組合互補(bǔ)進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)實(shí)踐表明:將MATLAB引入信號與系統(tǒng)中,既能加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的掌握及提高解決實(shí)際問題的能力,又能為課堂教學(xué)及教學(xué)方法和手段的改革增添活力,同時(shí)還可以有效地解決教學(xué)的難點(diǎn)問題。

1 MATLAB在信號與系統(tǒng)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

將基于可視化編程語言平臺的易學(xué)易用的信號分析軟件MATLAB用于公式及數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)較多的信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)與學(xué)習(xí),對教師來說,可以簡便高效地解決傳統(tǒng)教學(xué)方法中的授課難點(diǎn);對學(xué)生而言,不僅容易接受,還從繁重的手工計(jì)算中解脫出來,將學(xué)習(xí)重點(diǎn)放在對基本概念的理解、原理和方法的分析和運(yùn)用上。在教學(xué)中利用MATLAB的可視化功能,把抽象的理論變成可視化的圖像幫助理解。卷積是時(shí)域分析部分的重要內(nèi)容,由于計(jì)算涉及信號反褶、移位及分段確定積分上下限等過程,只在黑板上講解,學(xué)生往往很難想象理解。利用MATLAB提供conv等函數(shù)簡單的編程對卷積過程進(jìn)行形象的分析,即把抽象的理論變得可視化,取得很好的效果。同時(shí),MATLAB具有強(qiáng)大的計(jì)算功能,復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算變得只需簡單的幾個(gè)語句就完成,不僅可以輕松求出系統(tǒng)響應(yīng)的數(shù)值解,而且可以繪制系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)域波形,大大提高學(xué)習(xí)效率[3],從而使學(xué)生脫離繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算,重點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析,而且也提高利用計(jì)算機(jī)編程解決實(shí)際問題的能力。

2 MATLAB在信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

信號與系統(tǒng)課的特點(diǎn)是概念抽象,數(shù)學(xué)含量大,繁雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)及數(shù)學(xué)結(jié)果使學(xué)生難以理解。這就更加需要通過實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生理解這些抽象概念。以往的實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容大多是純粹的硬件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理解課堂教學(xué)內(nèi)容,但是這樣單一層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)對能接觸到大量現(xiàn)代信息和媒體的大學(xué)生來說已不能滿足需要。結(jié)合近幾年的教學(xué)實(shí)踐與改革提出軟硬結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,即在傳統(tǒng)的單純硬件實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)。與傳統(tǒng)單一的硬件實(shí)驗(yàn)相比,軟硬結(jié)合開設(shè)實(shí)驗(yàn)有如下好處:1)一些代價(jià)高昂、不易大面積進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和一些難以用硬件實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象和規(guī)律的實(shí)驗(yàn)用MATLAB仿真效果好;2)硬件實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的動手能力,軟件實(shí)驗(yàn)鍛煉編程與綜合設(shè)計(jì)能力;3)通過多種實(shí)驗(yàn)手段,調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性,激發(fā)他們學(xué)習(xí)欲望。

3 結(jié)論

將基于可視化編程語言平臺的易學(xué)易用的MATLAB開發(fā)系統(tǒng)用于信號與系統(tǒng)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn),可以讓學(xué)生直觀地理解和領(lǐng)會課本中數(shù)學(xué)推導(dǎo)較復(fù)雜、結(jié)果不易理解的抽象內(nèi)容,提高學(xué)習(xí)的積極性和趣味性,并能夠更深刻地理解教學(xué)內(nèi)容,增強(qiáng)教學(xué)效果,提高教學(xué)質(zhì)量。實(shí)踐證明,將MATLAB運(yùn)用到信號與系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐中,突破傳統(tǒng)教學(xué)模式的瓶頸,解決學(xué)生畏難厭學(xué)的問題,提高教學(xué)質(zhì)量,教學(xué)效果改善明顯,同時(shí)也為數(shù)字信號處理等專業(yè)課教學(xué)提供借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭君里,應(yīng)啟珩,楊為理.信號與系統(tǒng)[M].北京:高等教育出版社,2000

[2]張智星.MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002

[3]龔錦紅.MATLAB在《信號與系統(tǒng)分析》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào),2005(5):168-171