基于Matlab的《信號與系統(tǒng)》課程教學與改革

胡曉芳

（長治學院 電子信息與物理系，山西 長治 046011）

1 前言

《信號與系統(tǒng)》是電子信息專業(yè)的主干課程，它以基本的數(shù)學模型為基礎(chǔ)，同時又蘊含了極為豐富的抽象概念。加之傳統(tǒng)教學中對實踐能力要求較低，從而導(dǎo)致課程教學效果較差。所以，將《信號與系統(tǒng)》課程與MATLAB進行巧妙的融合，使實踐經(jīng)驗與特定的理論模型結(jié)合在一起，更能夠以可視化的方式來講解該課程中涉及到的數(shù)學理論和深層概念，進一步拉近了實踐經(jīng)驗與理論教學之間的距離，從而確保信號處理學習的效果，全面提升課堂教學的質(zhì)量。

2 目前《信號與系統(tǒng)》教學過程中存在的主要問題

2.1 教學側(cè)重理論性

傳統(tǒng)教學側(cè)重于對理論知識進行了講解和分析，尤其注重數(shù)據(jù)公式的模型建構(gòu)。課程教學囿于理論層面，而極少考量知識在相關(guān)課程、日常生活及工業(yè)生產(chǎn)實踐中的實踐應(yīng)用，這在一定程度上降低了學生的積極性，從而弱化了課程教學效果。

2.2 理論課時分配不足，實驗偏形式化

《信號與系統(tǒng)》的課時量包括68課時理論講授與實踐應(yīng)用，且需在一學期內(nèi)完成。課時量相對不足導(dǎo)致課程內(nèi)容無法全部在課堂上完成。部分內(nèi)容需要學生自學，從而影響課程教學效果。同時，實驗裝置均為集成的試驗箱，相應(yīng)的實驗也均為驗證性實驗。學生無法參與和體驗實際動手編程、調(diào)試過程，從而極大地影響了知識的遷移應(yīng)用。

3 《信號與系統(tǒng)》課程的教學方式和教學手段的改革創(chuàng)新

針對以上的問題，教師需要選擇制定正確的教學方法，對《信號與系統(tǒng)》課程展開實踐創(chuàng)新。

重點可從以下三個層面進行改革。首先是生動化處理難點。例如借助動畫、聲音、特效等多種方式來講解課程內(nèi)容，降低學習難度。其次要建立清晰、完整的邏輯主線。例如在講授課程的三大變換區(qū)域時，可根據(jù)理論知識本身的邏輯脈絡(luò)，從信號的定義開始，逐漸涉及到信號的特性、再延伸到系統(tǒng)的穩(wěn)定功能。讓各要素之間保持高度的連貫，學生也能更好的接受。最后是實現(xiàn)理論和實踐的統(tǒng)一，既將Matlab融入到課程的學習，賦予課堂教學活動生動性的特點，進而全面提高課堂效率。

4 Matlab在《信號與系統(tǒng)》課程中的應(yīng)用

4.1 Matlab在信號分析與處理中的應(yīng)用

Matlab可以廣泛應(yīng)用于信號的處理分析中。第一，借助Matlab可使不同信號基于數(shù)學公式實現(xiàn)簡單運算，也可以實現(xiàn)信號的平移、翻轉(zhuǎn)、展縮。比較復(fù)雜的數(shù)學計算比如卷積運算中也可以使用Matlab實現(xiàn)。其次，可以用Matlab實現(xiàn)信號頻譜方面的分析。可以根據(jù)頻率來設(shè)置信號的變化強弱，建構(gòu)關(guān)于頻率的數(shù)學函數(shù)，對其變化情況進行分析，獲取必要的數(shù)據(jù)。Matlab關(guān)于信號頻譜的分析算法是基于快速傅里葉變換T的方法。

4.2 Matlab在信號分解與合成中的應(yīng)用

在《信號與系統(tǒng)》課程的傅里葉級數(shù)這部分內(nèi)容中，我們知道，周期信號若是非正弦發(fā)生，在具備狄里赫利條件的前提下，能夠用基波和各次諧波分量的依次相加得到周期信號。繼續(xù)選擇傳統(tǒng)教學方案作圖分解，疊加起來只能取少數(shù)的點實現(xiàn)，其余部分需要理論解釋。而利用Matlab就可以把抽象的概念形象化，直觀地去實現(xiàn)上述過程。

4.3 Matlab在信號采樣與恢復(fù)中的應(yīng)用

在奈奎斯特采樣定理中，對一個有頻寬限制的時間信號采樣，必須保證采樣頻率不低于兩倍的最高頻率，從而能夠在采集過程中獲取最接近原聲的信號數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)方式不夠形象直觀，而使用Matlab進行此圖形的繪制，更加高效準確。

舉例說明：（1）首先用Matlab語言生成f（t）=t，0

圖1 運行結(jié)果一

運行結(jié)果如圖1、2所示。

圖2 運行結(jié)果二

（2）用Matlab語言做出f（2t-5）的圖像，代碼如下

運行結(jié)果如圖3所示。

圖3 運行結(jié)果三