计算机论文范文:浅谈对“信号与系统”课程系统性本质

信息化时代离不开信息的处理，而“信号与系统”课程的知识、方法和思维模式对各种各样的信息处理起着基础和指导作用，是通信工程专业极其重要的专业基础课程，更是了解通信科技的基础。本课程在整个的教学环节中起着承上启下的作用，其教学质量直接关系甚至决定了后续课程的教学效果。由于本课程体系较为抽象，课程内容涉及大量数学和物理的知识，包含了大量科学研究的思维方法及技术手段，其学习不仅涉及具体知识点或模块，更有因理解、认识问题的层次和角度不同而带来的学习效果差异。最突出的反映就是知识点多、数学工具多样、数学处理繁杂、难以吃透，课程学习只见知识点不见课程主要目标，难以实现能力与思维层次的提高。一直处于教难、学更难的境地，也因此成为众多学校和任课教师的研究与探讨对象。
郑君里将掌握系统函数方法和正确认识、运用、区分时间域与变换域方法，列为学习本门课程的两项基本要求。而吴大正教材第二版前言中强调把系统看作一个整体；第三版更进一步明确：加强了系统模型的概念，……，从整体上强化了系统方程、图与系统函数之间的内在联系，以及它们与系统响应、特性之间的关系。从本质上讲，本课程就是使用信号、运算和变换、状态空间等各种工具描述和分析线性系统。掌握系统性，学会从系统角度分析处理问题，是本课程最核心、最基本的要求。
基于以上认识，笔者和同事在实践中做了大量的努力和尝试，针对学生学习本课程前所熟悉的是纯数学或者是具体的一些信号或电路、力学等实例的情况，明确点明“信号是可以处理的，系统也是可以分析和处理的”，由怀疑、茫然和震撼引起学生对课程本质的关注，在时域分析部分引导学生认识课程系统性的本质，为后续变换域方法的学习和系统性方法、思维的掌握打下基础。
1 教材选择以适宜为佳
众多教材中，奥本海姆版本内容广、难度大，并且不太适合国内读者的阅读习惯；郑君里的书数学多、理论性强、内涵广，在基本内容之外，还包括了数字信号处理的知识和大量较新的应用实例。在学生基础深厚、有精通相关应用且极富教学经验的教师引领的情况下，不失为好的选择。吴大正的《信号与线性系统分析》知识内容和实例、例题、习题都经过长期教学实践考验和精心设计。其主线明晰、概念明确、重点突出、循序渐进、详细透彻，有利于学生克服内容多、数学性强带来的畏难情绪，深刻理解并掌握课程本质，对于通信工程专业的学生和初学者尤为适宜。数学基础好、领悟能力强的学生可辅以其它参考书做进一步的拓展。对于学生领悟主体，吃透主线有着事半功倍的效果。
2 紧扣主题，力求主干清晰
课程前两章可概括为：复习回顾信号的知识，熟悉信号的基本运算，引入作为工具的冲激函数，进入连续线性系统概念及特性，并进行连续线性系统的时域分析。其着眼点集中于：①系统的概念和特性；②如何表述系统？
微分方程和单位冲激响应；③系统有何表现及分析方法？输入输出信号的联系──由微分方程扩展至卷积。至此，建立了系统的概念，并将分析处理的对象由形象的可视化信号，经由具体的系统，拓展到由方程、冲激响应等描述的抽象的一般性系统。
结合第 3 章离散系统分析，可将时域部分的主干定位为：由学生极为熟悉的信号及其分析入手，过渡到连续系统定义与特性；引入冲激函数和卷积这两个工具，进入连续系统及其特性的分析；并进一步对应到离散系统。在教学中，从一开始就强调以系统为关注点，实施引导和强化；使学生深刻理解系统描述、系统特性及系统对信号的作用和影响，建立起系统的概念和面向系统进行分析的思维；认识到信号是系统的一种描述，系统与信号一样，都是可以分析和处理对象。 优普论文网本站刊载大量人工智能论文范文格式，计算机职称论文。供广大论文答辩需要者、人工智能评职称需要者参考。
3 注重整体性，对连接性、过渡部分和
工具性知识，依照重要性分类处理“信号与系统”课程系统性和整体性极强，不仅给出了具体的知识，更勾勒出了课程的历史发展和整体脉络，具有相当数学深度和应用厚度。要吃透这门课程的精髓，在教学中必须注重引导学生，避免过多的知识点、运算和数学推导等的干扰，更非作为一门数学课来学习。为此，信号运算、卷积运算等作为必要的工具，可只做最基本的要求，物理意义一定要清楚，比较繁琐的内容和复杂的运算可由学生根据自身基础和领悟能力灵活处理。而连续系统响应的微分方程可从学科发展史角度或着眼于方程建立和响应组成，其求解已多用新的方法所替代，不做强行要求，更无需熟练掌握。
但差分方程是学习离散系统的基础，且差分、递推方法在数字系统中广为应用，应给予更多的重视；同时，为突出线性系统的概念及其特性这条主线，离散系统的时域分析在讲授时可与连续系统内容相对照，点出特点，重点突出共性。
对于作为工具的冲激函数和卷积，则引导学生注重于为何用、作何用、如何用。根据重要性、学生数学基础和课时多少等分级处理，从能够使用基本功能达到基本要求，到深刻理解、熟练掌握和灵活运用。
4 注重浅入深出，强化物理形象和概念，逐层递进
物理形象和概念的强化，起到了淡化课程抽象、繁琐、数学课的形象的作用，避免使学生陷入成为手工数学推演工具的困境，有益于掌握基本内容和基本方法，也利于突破数学基础差就无法学习本门课程的思想障碍。
（1）冲激函数是一大类具体物理现象的数学描述，是后续内容的重要基础，其理解和掌握对学生思维层次的提高与扩展有很大的提升和促进。应作为重点内容，并着重于与其对应的物理意义和现实对象。例如给出贴近学生熟悉内容的举例：雷电、钉尖处的力、核爆炸等，并可以将核爆炸与核电站能量释放过程做类比。有了熟悉例子的引领，有助于奇异函数等概念和冲激函数性质的理解。
（2）单位冲激响应是系统特性的时域体现形式，与变换域内容中的系统传输函数有同等重要的意义。有了卷积运算，可以说单位冲激响应就代表了连续线性系统。
（3）逐层递进，拓展认知范围。随着时域内容的展开，信号与系统课程清晰地表达了微分（差分）方程、单位冲激响应（单位序列）
都是对系统的描述方式，单位冲激响应（单位序列）是代表了系统的信号，而卷积积分（和）则体现了系统对信号的作用。即：系统也是信号，系统对信号的作用就是（卷积）运算。至此，被分析与被处理对象的范畴由信号这个形象的、具体的对象，拓展到抽象的一般性对象：系统。也就初步建立了从系统层次和角度分析与解决问题的思维和认知。
5 进一步拓展认知范围，注重知识的连续贯通
（1）在教学过程中，随时注意系统概念的加深和增强。如卷积性质部分，重点不在于掌握卷积的性质，而是要理解线性系统及其对信号作用的表现。交换率可以认为是信号经过系统得到输出，更体现了信号和系统的平等和可互换。分配律、结合率更是同样，吴大正教材中给出了明确的解释。
（2）进一步引导学生认识：卷积的性质对应了线性空间的运算特性，而线性系统可认为是线性空间元素。从整数、实数到复数的运算，到代数运算，逻辑运算，都可以看作线性空间元素的运算。以此联系以往所学内容，不再感到枯燥、难懂、无用。

（3）结合应用背景，提高学习兴趣。结合反卷积给出卷积运算广泛的应用背景，等等。
6 结语
教学实践也证明，从教材选择、点题和聚焦主干，到层层深入等做法的有效性。借助于熟悉的信号和具体电路、实例，引导学生建立起系统概念，从具体的、形象的分析与处理对象，拓展到抽象的一般性系统，认识到所使用工具就是系统的数学表征和代表了系统对信号作用的数学运算。学会并适应从系统层次和角度分析与解决问题，从而获得思维和认知层次的提高，为变换域分析的学习做好准备。并在学习了整个课程以后，体会到时域和变换域分析，不是割裂的互不相关的部分，而是不同情况下对线性系统运用不同工具、侧重相关应用的分析方法。从而理解信息处理基础方法，也为后续“数字信号处理”、“通信原理”等课程的学习打好思维和认知层次的基础。
参考文献
[1] 张心歌 . 对信息化时代下《信号与系统》的探讨研究 [J]. 电子技术与软件工程 ,2013(5): 28-29.
[2] 熊庆旭 .“信号与系统”中的三个层次教学探索 [J]. 电气电子教学学报 ,2009.
[3]郑君里.试谈“信号与系统”课程改革[J].电工教学 ,1995(12). 
[4] 吴大正 . 信号与线性系统分析 [M]. 高等教育出版社 ,2005(8).

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