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课程简介 教师队伍  

■ 课程简介
课程名称: 信号与系统 一级学科:  08 工学
二级学科: 0806 电气信息类 教学层次:  本科
负责教师: 刘泉 学校名称:  武汉理工大学
院系名称:   申报状态:  已获奖
申报级别: 国家级 申报文件下载:  无下载文件
获奖名称: 获奖年度:  2006
主页地址: http://wutinfo.whut.edu.cn/course/index.htm 是否交换: 
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课程介绍:

4-2理论课和理论(含实践)课教学内容
4-2-1结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况,说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标
?? “信号与系统”是高等工科院校通信与电子信息类专业的一门重要学科基础课程。通过本门课程的学习,学生应该能够掌握基本的信号分析的基本理论和方法,掌握线性非时变系统的各种描述方法,掌握线性非时变系统的时域和频域分析方法,掌握有关系统的稳定性、频响、因果性等工程应用中的一些重要结论。同时,通过这门课程的学习,学生的分析问题和利用所学的知识解决问题的能力也应该在原来的基础上有所提高。通过本课程的学习,可以为学生今后进一步学习信号处理、网络理论、通信理论、控制理论等课程打下良好的基础。
4-2-2知识模块顺序及对应的学时
?本课程的总体结构是,先连续,后离散;先信号,后系统;先时域,后变换域;先输入-输出法,后状态变量法。遵循循序渐进的教学法原则,有利于学生增强理解,深化认识。并在时域和变换域分析法之间建立一定的对应关系,充分体现了现代系统分析理论的规范性和一致性。
本课程共分7章,第一章论述信号与系统的基本概念,第二、三和四章分别论述了连续时间信号与系统的时域分析、频域分析和复频域分析,第五章和第六章对离散时间信号与系统的时域分析和Z域分析进行了论述,第七章简要阐述了系统的状态变量分析法。教学内容与学时分配如下:
1. 信号与系统的基本概念(学时:4)
主要内容:信号的描述与分类、信号的基本运算与波形变换、系统的描述与分类、系统的性质、综合分析举例;
基本要求:掌握信号与系统的基本概念;熟悉基本信号的性质;熟悉线性时不变系统的概念;了解系统的基本部件及组成。
2. 连续时间信号与系统的时域分析(学时:6)
主要内容:常用典型信号、连续时间系统的数学模型、连续时间系统的响应、连续时间系统的零输入响应、冲激响应与阶跃响应、卷积及其性质、连续时间系统的零状态响应、连续时间系统的时域模拟、综合分析举例;
基本要求:了解线性系统数学模型的建立及系统的初始状态;掌握系统的零输入响应与零状态响应;掌握冲激函数的性质及冲激响应;了解卷积的主要性质及卷积积分;了解连续系统时域分析。
3. 连续时间信号与系统的频域分析(学时:12)
主要内容:周期信号的傅里叶级数、周期信号的频谱、非周期信号的傅里叶变换、常用信号的傅里叶变换、傅里叶变换的性质、连续时间系统的频域分析、理想低通滤波器的冲激响应与阶跃响应、系统无失真传输的条件、调制与解调、综合分析举例;
基本要求:掌握周期信号频谱的概念和常用非周期信号的频谱;掌握信号频带宽度的概念;熟悉傅立叶变换的主要性质;了解信号的无失真传输和信号通过理想滤波器的概念。
4. 连续时间信号与系统的复频域分析(学时:12)
主要内容:拉普拉斯变换、拉普拉斯变换的性质、拉普拉斯反变换、连续时间系统的复频域分析、系统函数、系统函数的零极点分布与系统的时域和频域特性、双边拉普拉斯变换、系统的稳定性、综合分析举例;
基本要求:掌握拉普拉斯变换与反变换;熟悉拉普拉斯变换的主要性质;掌握电路元件的复频域模型和线性时不变系统的复频域分析;掌握系统函数H(s);熟悉H(s)的零、极点的概念;了解系统的框图表示和系统稳定性的概念。
5. 离散时间信号与系统的时域分析(学时:8)
主要内容:抽样与抽样定理、常用典型序列及基本运算、离散时间系统的描述与模拟、离散时间系统的响应、离散时间系统的单位样值响应 、卷积和、综合分析举例;
基本要求:掌握抽样定理;掌握离散信号的概念,熟悉离散系统的模拟框图;掌握简单线性时不变离散系统的差分方程;掌握单位样值响应;了解卷积和。
6. 离散时间信号与系统的Z域分析(学时:10)
主要内容:Z变换、常用信号的Z变换、Z变换的性质、反Z变换、Z变换和傅里叶变换、拉普拉斯变换的关系、离散时间系统的Z域分析、离散时间系统的频率响应、综合分析举例;
基本要求:掌握Z变换与Z反变换,熟悉Z变换的主要性质;掌握离散系统的Z域分析;掌握系统函数H(z);熟悉系统函数的零、极点与单位样值响应的关系;了解离散系统稳定性的概念和频率特性的概念。
7. 系统的状态变量分析法(学时:4)
主要内容:状态变量与状态方程、连续时间系统状态方程的建立、连续时间系统状态方程的求解、离散时间系统状态方程的建立、离散时间系统状态方程的求解、综合分析举例;
基本要求:掌握连续时间系统和离散时间性的状态方程和输出方程的建立及其求解。
4-2-3课程的重点、难点及解决办法
本课程的重点是掌握傅里叶变换,拉普拉斯变换和Z变换的定义,物理意义及其性质,以及这三大变换在信号与系统分析中的应用。
本课程的难点是系统数学模型的建立及其方程的求解;建立信号从时域到频域的基本概念,掌握利用变换域法分析信号与系统的基本理论和分析方法。解决此难题的方法包括:开设硬件实验环境可以帮助学生建立信号从时域到频域的概念;通过Maltab软件仿真实验、利用计算机模拟、数值方法等解决连续时间系统和离散时间系统数学模型的建立及其方程求解的可靠性。
4-2-4实践教学的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填)
重视实验室建设和实践教学环节:建设有电路、信号与系统实验室,开设了近30个相关实验。实验教材采用我院编写的实验教材和辅导书:《信号与系统实验》实验室配备了多媒体教学设备(如电脑、投影仪、录像机等),能够实施多种形式的多媒体教学。在开设传统基础实验的基础上,开设了许多适应电子信息科技发展要求的新实验增加了仿真实验、演示实验、开放实验和学生科技创作等实践性教学。实践性教学质量显著提高。
突出仿真实验教学与课堂教学的结合:在保证传统实验的基础上,利用Matlab仿真软件,实现了理论授课与仿真实验的有机结合。我们设计和实现了20多个信号与系统仿真实验。这些实验可以直接在课堂的理论教学中通过多媒体演示,形成了在理论教学中直接插入仿真实验的特点,增强了知识传授中实验教学的时效性和可观测性。实践表明,这种教学改革使学生加深了对知识点的理解,提高了学生分析问题和解决问题的能力。这是一种适应现代科技水平的、有效的实验教学新方式,对于提高信号与系统的教学质量具有重要作用。
专门成立了信号与系统实验室,开设了软、硬件实验,运用国家优秀教学奖的成果在本课程的实践教学中开展了综合性和设计性实验,有助于学生加深对本课程基本理论的理解,同时提高了学生的实际动手能力,达到理论联系实际的教学效果。
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4-3教学条件(含教材使用与建设;促进学生主动学习的扩充性资料使用情况;配套实验教材的教学效果;实践性教学环境;网络教学环境)
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在教材建设方面,课程负责人刘泉教授根据多年的教学实践编写了《信号与系统》教材,并于20062月在高等教育出版社出版,同期我校有近五百名学生在使用该教材。该教材是根据高等院校电子信息类专业基础课教学指导委员会关于“信号与系统教学大纲”的基本要求编写而成的,参考学时数为60-70学时。该教材主要论述信号与系统的基本理论和基本分析方法,力求叙述清楚、讲解透彻、强化基础、结合实际。该教材的总体结构是,先连续,后离散;先信号,后系统;先时域,后变换域;先输入-输出法,后状态变量法。遵循循序渐进的教学法原则,有利于学生增强理解,深化认识。并在时域和变换域分析法之间建立一定的对应关系,充分体现了现代系统分析理论的规范性和一致性。通过本教材的学习,读者能够较全面地掌握信号与系统的基本概念、基本理论、基本分析方法和综合技能。该教材保证了信号与系统课程内容的完整性,突出重点,加强基础。在精练内容的同时,不降低深度,并适当考虑宽广度,使学生既能很好地掌握本课程的基本概念、基本理论和基本方法。又能满足读者在今后学习和工作的需要。该教材每一章后都附了较为典型的习题,可供读者学习和巩固知识选用;书后还附有信号与系统专业词汇的中英文对照表,并将另行配套出版习题详细解答。该教材还充分考虑到目前作为国际上公认的最优秀的科技应用软件之一的MATLAB语言的作用,正是由于MATLAB在数值计算及符号计算等方面的强大功能,使其成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真及其教学等领域不可缺少的基础软件。该教材每章的最后一节都给出了应用MATLAB对信号与系统进行分析和实现的应用实例,使学生在学习本课程的同时,掌握MATLAB的运用;让学生将课程中的重点、难点及部分课后习题用MATLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现,从而加深对信号与系统基本原理、方法及应用的理解。
在实践教学方面,专门成立了信号与系统实验室,开设了软、硬件实验,运用国家优秀教学奖的成果在本课程的实践教学中开展了综合性和设计性实验,有助于学生加深对本课程基本理论的理解,同时提高了学生的实际动手能力,达到理论联系实际的教学效果。
在网络教学环境方面,自主研制了信号与系统CAI课件,多媒体电子教案,网络课件,开通了信号与系统在线测试和在线答疑系统,加强了教与学的信息交流,重视对学生主动式学习的培养,通过问题和思考题等启发学生的探索精神。
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4-4教学方法与教学手段(含多种教学方法灵活使用的形式与目的;教育技术应用与教学改革)
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1. 基础理论课程的教学:信号与系统课程设置为专业必修课程,并作为一类课程进行了长期的建设,是全校10多个电子信息类专业的大平台课程,从而确立了该课程的重要地位;
2. 理论教学与实践教学相结合。在信号与系统理论课(必修课)开设的同时开设有“信号与系统实验”,针对课程的内容从理论分析到实验验证进行了有机结合,有利于促进知识的深化和培养学生的动手能力;
3. 研究和探讨了多媒体在正常教学中的应用问题,提出了在课堂教学中,以讲授基本理论和方法为重点,采用多媒体技术辅助讲解具有动态性质的知识点和扩充知识面的观点,使传统教学与多媒体教学有机结合,提高了教学效果;制作了大量的动画,用以生动表现具有动态性质的知识点;
4. 加强了教与学的信息交流,重视对学生主动式学习的培养,通过问题和思考题等启发学生的探索精神;
5. 重视在教学中加强知识演进的逻辑规律的讲解,培养学生的逻辑思维能力的提高,这有利于促进学生分析问题和解决问题的能力;
6. 注重基础课与后续专业知识点的结合,例如在讲授信号与系统概念的过程中,引出通信系统和控制系统以及稳定性等概念。使学生用辩证发展的思维看待基础课程中知识的学习,形成发散的思维;使学习的知识构成有机的整体。有利于学生对后续专业课程的学习和培养学生的能力。

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