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      MATLAB軟件在《信號與系統(tǒng)》課程實踐中的應(yīng)用

      2016-05-25 12:10肖林張永勝
      科技視界 2016年12期
      關(guān)鍵詞:信號與系統(tǒng)課程教學(xué)改革

      肖林 張永勝

      【摘 要】美國20世紀(jì)80年代中期推出的數(shù)學(xué)軟件MATLAB,具有強大的數(shù)值計算能力和卓越的數(shù)據(jù)可視化能力,可以提供與矩陣有關(guān)的強大的數(shù)據(jù)處理和圖形處理功能, 是科學(xué)分析和科學(xué)計算領(lǐng)域最優(yōu)秀的應(yīng)用軟件之一。鑒于《信號與系統(tǒng)》這門課程傳統(tǒng)“黑板式”教學(xué)存在的理論計算繁瑣、信號及系統(tǒng)分析時圖像較多甚為抽象難以理解等弊端,不妨在《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中引入MATLAB軟件,教學(xué)成果有效地驗證了MATLAB軟件在《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)中的真實有效性以及優(yōu)越性。

      【關(guān)鍵詞】MATLAB;信號與系統(tǒng);課程教學(xué)改革

      0 引言

      《信號與系統(tǒng)》課程是通信工程電子信息工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,然而,在傳統(tǒng)的黑板式教學(xué)過程中,我們不難發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍覺得該課程較為抽象學(xué)習(xí)起來難以理解。聯(lián)系到該課程傳統(tǒng)教學(xué)的模式,結(jié)合《信號與系統(tǒng)》這一課程較為抽象的特點,深入改革與實踐后,不難發(fā)現(xiàn),將MATLAB軟件靈活地運用到《信號與系統(tǒng)》課程的各個教學(xué)環(huán)節(jié),能明顯地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、活躍學(xué)生學(xué)習(xí)氣氛以及提高該課程的教學(xué)效果。

      1 傳統(tǒng)教學(xué)模式下《信號與系統(tǒng)》教學(xué)現(xiàn)狀

      在過去很長的一段時間里面,《信號與系統(tǒng)》課程都是采用傳統(tǒng)的“黑板式”教學(xué)。一般情況下,學(xué)校給《信號與系統(tǒng)》課程安排的教學(xué)課時都相對較少,巧婦難為無米之炊,在一定程度上教師要在這有限的時間內(nèi)清晰透徹地將每個晦澀難懂的知識點講得讓大家都聽得懂非常困難,由于《信號與系統(tǒng)》這門課程公式定理推導(dǎo)步驟繁瑣、理論內(nèi)容十分豐富、概念較為抽象難懂,與此同時教師又不得不推進(jìn)教學(xué)進(jìn)度,在這雙重壓力下很多時候傳統(tǒng)式教室上課情況表現(xiàn)為教師在講臺上手持書本講課滔滔不絕,學(xué)生注視老師手捏鋼筆愁眉苦臉,更有甚者覺得反正左右都是聽不懂不如干脆加入“低頭族”隊伍若無其事玩手機。這種傳統(tǒng)“黑板式”教學(xué)在一定程度上可能會挫傷部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情。在這種情況下,不妨在《信號與系統(tǒng)》的教學(xué)上引入MATLAB軟件。

      2 MATLAB軟件的優(yōu)越性

      MATLAB軟件是1984年美國推出的數(shù)據(jù)分析及圖形處理軟件。首先,該軟件采用非常接近人們書寫思維的直譯式編程和編譯系統(tǒng),學(xué)生基本上都有C語言的基礎(chǔ),因此,對于一般高校學(xué)生來說,MATLAB軟件操作簡便,具有引入到《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)的可行性。其次,MATLAB軟件可以用來解答一些線性方程組以及一些矩陣變換,比如傅里葉變換、拉普拉斯變換等。再者,MATLAB所具有強大的數(shù)據(jù)分析處理能力,在《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)中可以將艱深晦澀的理論可視化,更加便于學(xué)生洞悉其原理以及加深其記憶。

      3 基于MATLAB軟件的《信號與系統(tǒng)》教學(xué)

      在這一節(jié)中,我們將具體闡述如何將MATLAB運用到《信號與系統(tǒng)》課程的各個環(huán)節(jié)。

      3.1 將MATLAB引入課堂理論教學(xué)

      MATLAB是一個實用性非常強并且運用非常廣泛的的軟件,將MATLAB仿真軟件引入《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)近些年正逐漸呈現(xiàn)為一種趨勢。上課時,在課本與多媒體投影儀相結(jié)合之于,不妨再加入MATLAB軟件。無論是連續(xù)時間系統(tǒng)還是離散時間系統(tǒng)的知識體系,MATLAB軟件都可以把復(fù)雜的公式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為通熟易懂的圖像。比如周期矩形信號的頻譜,教材中給出的插圖僅僅是頻譜的局部,不利于學(xué)生對該波形整體的認(rèn)識和理解。而倘若運用將MATLAB仿真軟件來對周期矩形信號進(jìn)行模擬仿真的話,學(xué)生就可以看到多個周期,山重水復(fù)凝無路,柳暗花明又一村。這樣一來學(xué)生能夠更加加深對該頻譜的整體的認(rèn)識和理解,又如對三角脈沖信號波形及頻譜的分析,假如教師僅僅是用口述去描繪以及黑板來板書,相信很多學(xué)生對于三角脈沖信號的波形及頻譜的認(rèn)識就是是云里霧里,根本談不上分析。倘若教師在講臺上演示如何通過使用MATLAB來分析三角脈沖波形信號及頻譜,相信這樣可以更加便于學(xué)生加深對該波形及頻譜的理解及分析。同時,也可以帶動大家去思考討論活躍課堂氣氛,同時提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極主動性以及引導(dǎo)學(xué)生自己動手運用MATLAB軟件進(jìn)行實際的上機操作。

      3.2 將MATLAB引入實驗操作教學(xué)

      不少IT類專業(yè)都獨立開設(shè)了MATLAB這門課程,將MATLAB引入到《信號與系統(tǒng)》課程的實驗操作教學(xué),一方面為MATLAB這門課程提供了實踐的平臺,海闊憑魚躍,天高任鳥飛。另一方面在《信號與系統(tǒng)》課程的實驗教學(xué)當(dāng)中使MATLAB軟件與實驗箱這一硬件相結(jié)合。實驗課時,我們可以在教學(xué)實驗大綱的指導(dǎo)下根據(jù)各個實驗的特點來選擇每一個實驗是用實驗箱還是用MATLAB軟件來操作才能使實驗效果更加美好,或者M(jìn)ATLAB軟件與實驗箱取長補短相結(jié)合。這樣一來學(xué)生通過軟硬結(jié)合的實驗設(shè)施可以提高效率得到更加直觀、形象、精確的實驗結(jié)果來驗證實驗的理論數(shù)據(jù)。比如單位階躍信號的拉普拉斯變換,如果用實驗箱的話,可能只是得到一個二維的平面振幅頻譜曲線圖,而如果使用MATLAB仿真軟件的高超的數(shù)據(jù)處理及繪圖能力,那么,就可以得到一個三維的立體曲面圖像,這樣可以更加便于學(xué)生對知識的理解和接受。

      3.3 將MATLAB引入《信號與系統(tǒng)》課程設(shè)計

      在常規(guī)的課堂理論教學(xué)與實驗實踐操作教學(xué)之余,不妨再布置《信號與系統(tǒng)》課程設(shè)計。課程設(shè)計無疑是《信號與系統(tǒng)》課程的一個非常不錯的實踐平臺。一方面,學(xué)生通過參與課程設(shè)計可以加深對所學(xué)知識的印象鞏固所學(xué)知識,使所學(xué)知識有更深的體會和運用。另一方面,理論與實踐相結(jié)合,可以鍛煉學(xué)生接受新事物的能力和培養(yǎng)創(chuàng)造力。

      4 結(jié)束語

      回首《信號與系統(tǒng)》課程的教學(xué)歷史,長期以來大量學(xué)生在繁雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)中苦苦掙扎而忽略了分析問題的基本方法的思考與理解,本文立足于傳統(tǒng)教學(xué)模式下的《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)背景,分析了MATLAB仿真軟件的各個特點,將MATLAB仿真軟件引入到《信號與系統(tǒng)》的教學(xué)中去,理論與實踐相結(jié)合,充分發(fā)揮利用了MATLAB仿真軟件的各項優(yōu)勢,能使學(xué)生更好地理解該課程的相關(guān)知識,既能使學(xué)生從繁瑣的數(shù)字計算中解脫開來,又能使學(xué)生透徹地理解所學(xué)知識,同時更加注重于分析方法的學(xué)習(xí),在一定程度上提高了《信號與系統(tǒng)》的學(xué)習(xí)效率,增加了對該課程的學(xué)習(xí)積極性。

      【參考文獻(xiàn)】

      [1]李小光,曲振峰.MATLAB在信號與系統(tǒng)課程教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].洛陽:張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2008,21(3):59-61.

      [2]廖延娜.MATLAB在《信號與系統(tǒng)》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].西安:西安郵電學(xué)院學(xué)報,2009,14(5):194-195.

      [3]王潔麗,賈素梅,薛芳.MATLA軟件在信號與系統(tǒng)輔助教學(xué)中的應(yīng)用[J].邯鄲:現(xiàn)代電子技術(shù),2007,6:123-125.

      [4]賴欣,諶海云,顧亞雄.“信號與系統(tǒng)”課程教學(xué)改革的探索與實踐[J].成都:科技教育創(chuàng)新,2013,3:158-160.

      [5]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.

      [責(zé)任編輯:楊玉潔]

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