信号与系统研究性教学方案

《信号与系统》课程研究性学习手册姓名学号同组成员指导教师时间信号的时域分析专题研讨【目的】(1) 掌握基本信号及其特性，了解实际信号的建模。

(2) 掌握基本信号的运算，加深对信号时域分析基本原理和方法的理解，并建立时频之间的感性认识。

(3) 学会仿真软件MA TLAB的初步使用方法，掌握利用MATLAB进行信号表示和信号运算。

【研讨内容】题目1：基本信号的产生，语音的读取与播放1）生成一个正弦信号，改变正弦信号的频率（可选择262，294，330，349，392，440，494，523Hz），观察波形变化，并听其声音的变化。

2）将频率为262，294，330，262，262，294，330，262，330，349，392，392，330，349，392，392Hz的正弦信号按顺序播放，听其声音的变化。

3）生成一个幅度为1、基频为2Hz、占空比为50%的周期方波。

4）观察一定时期内的股票上证指数变化，生成模拟其变化的指数信号。

5）分别录制一段男声、女声信号，进行音频信号的读取与播放，画出其时域波形。

【温馨提示】(1)利用MATLAB函数wavread(file)读取.wav格式文件。

(2)利用MATLAB函数sound(x, fs)播放正弦信号和声音信号。

【题目分析】【仿真程序】【仿真结果】【结果分析】提示：应从以下几方面对结果进行分析：(1) 随着正弦信号(角)频率的变化，其波形有什么变化，听到的声音又有变化？它们之间有什么关系？(2) 男声和女声信号的时域波形有什么区别？【自主学习内容】【阅读文献】【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题)：根据声音信号的什么特征能有效区分出男声和女声？【问题探究】【研讨内容】题目2：信号的基本运算（语音信号的翻转、展缩）1）将原始音频信号在时域上进行延展、压缩，2）将原始音频信号在时域上进行幅度放大与缩小，3）将原始音频信号在时域上进行翻转，【题目分析】【仿真程序】【仿真结果】【结果分析】【自主学习内容】【阅读文献】【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题)：【问题探究】系统的时域分析专题研讨【目的】(1) 掌握系统响应的时域求解，加深对系统时域分析基本原理和方法的理解。

《信号与系统》教学大纲信号与系统是电子信息类专业中一门重要的基础课程。

它是研究信号的产生、传输、处理和控制的学科，涉及到电子、通信、自动化等领域。

本文将从课程目标、内容安排、教学方法和评价方式等方面来探讨《信号与系统》教学大纲。

一、课程目标《信号与系统》作为一门基础课程，旨在培养学生对信号与系统的基本概念、原理和方法的理解与应用能力。

具体目标包括：1. 掌握信号的定义、分类和描述方法，了解信号的特性和变换；2. 理解系统的基本概念、特性和分类，掌握系统的时域和频域分析方法；3. 学习信号与系统的线性时不变（LTI）模型和卷积运算；4. 熟悉傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换的定义、性质和应用；5. 培养分析和设计信号与系统的能力，为后续专业课程打下坚实基础。

二、内容安排《信号与系统》的内容安排通常包括以下几个方面：1. 信号的基本概念：介绍信号的定义、分类和描述方法，包括连续信号和离散信号；2. 时域分析：学习信号的时域表示方法，如冲激函数、阶跃函数和周期信号的分析；3. 频域分析：引入傅里叶级数和傅里叶变换的概念，掌握信号的频域表示方法；4. 系统的基本概念：介绍系统的定义、特性和分类，包括线性系统和非线性系统；5. 系统的时域分析：学习系统的时域描述方法，如冲激响应和单位脉冲响应；6. 系统的频域分析：引入拉普拉斯变换和Z变换的概念，掌握系统的频域表示方法；7. 系统的稳定性和滤波器设计：研究系统的稳定性判据和滤波器设计方法；8. 信号与系统的应用：介绍信号与系统在通信、控制和信号处理等领域的应用。

三、教学方法在教学过程中，可以采用多种教学方法来提高学生的学习效果和兴趣：1. 理论讲解：通过讲解基本概念、原理和方法，帮助学生建立起完整的知识体系；2. 数学推导：引导学生进行数学推导和证明，加深对信号与系统理论的理解；3. 实例分析：通过实际案例和应用实例，将抽象的理论联系到实际问题，提高学生的应用能力；4. 计算实践：引入计算工具和软件，让学生进行信号与系统的计算和仿真实验；5. 小组讨论：组织学生进行小组讨论和合作学习，促进彼此之间的交流和思维碰撞。

大学二年级信息工程课教案信号与系统【大学二年级信息工程课教案】信号与系统【引言】信号与系统作为信息工程课程中的重要组成部分，在大学二年级承担着培养学生综合应用电子与通信知识的重要任务。

本教案旨在通过系统化的教学安排和内容设计，帮助学生全面理解信号与系统的基本概念和理论，并培养学生的工程实践能力。

通过本课程的学习，学生将能够深入了解信号与系统的原理与应用，为将来在信息工程领域的研究和实践打下坚实的基础。

【教学目标】本课程的教学目标是：1. 理解信号与系统的基本概念，包括信号、系统、线性时不变系统等；2. 掌握信号与系统的数学表示方法，如离散/连续时间信号的表达和运算；3. 理解信号与系统的时域分析方法，包括冲激响应、单位阶跃响应和卷积等；4. 掌握信号与系统的频域分析方法，包括傅里叶变换和拉普拉斯变换等；5. 学习应用信号与系统的基本原理解决实际问题，如系统的稳定性分析、滤波器设计等。

【教学内容】1. 信号与系统的基本概念1.1 信号的定义与分类1.2 系统的定义与分类1.3 时变与时不变系统2. 信号的数学表示方法2.1 离散时间信号与连续时间信号的表示2.2 时域离散信号与频域连续信号的转换2.3 时域连续信号与频域离散信号的转换3. 信号的时域分析3.1 冲激响应与单位阶跃响应3.2 线性时不变系统的冲激响应与单位阶跃响应4. 信号的频域分析4.1 傅里叶变换的定义与性质4.2 频域表示与逆变换4.3 拉普拉斯变换的定义与性质4.4 频域表示与逆变换5. 应用信号与系统5.1 系统的稳定性分析5.2 信号的滤波与滤波器设计5.3 信号采样与重构【教学方法】1. 授课法：通过讲授基本概念、理论和方法，帮助学生全面掌握信号与系统的基本知识；2. 实例分析法：通过实际问题的分析与解决，培养学生应用信号与系统知识的能力；3. 实验教学法：通过实验引导学生进行实际操作，加深对信号与系统原理的理解；4. 讨论与互动：鼓励学生积极参与课堂讨论、提问与互动，促进思维碰撞与知识共享。

《信号与系统》课程研究性学习报告指导教师薛健时间2013.12信号与系统的频域分析专题研讨【目的】(1) 加深对信号与系统频域分析基本原理和方法的理解。

(2) 学会利用信号抽样的基本原理对信号抽样过程中出现的一些现象的进行分析。

(3) 通过实验初步了解频谱近似计算过程中产生误差的原因。

(4)学会用调制解调的基本原理对系统进行频域分析。

【研讨题目】 1．信号的抽样频率为f 0 Hz 的正弦信号可表示为)π2sin()(0t f t x =按抽样频率=f sam =1/T 对x (t )抽样可得离散正弦序列x [k ])π2sin()(][sam0k f f t x k x kT t ===在下面的实验中，取抽样频率f sam =8kHz 。

(1)对频率为2kHz, 2.2 kHz, 2.4 kHz 和 2.6 kHz 正弦信号抽样1 秒钟，利用MATLAB 函数 sound(x, fsam)播放这四个不同频率的正弦信号。

(2)对频率为5.4 kHz, 5.6kHz, 5.8 kHz 和 6.0kHz 正弦信号抽样1 秒钟，利用MATLAB 函数 sound(x, fsam)播放这四个不同频率的正弦信号。

(3)比较(1)和(2)的实验结果，解释所出现的现象。

【题目分析】改变函数频率，通过计算机读出声音来判别对音频的改变。

【信号抽样过程中频谱变化的规律】图1为对频率为2kHz, 2.2 kHz, 2.4 kHz 和 2.6 kHz 正弦信号抽样1 秒钟频谱。

图2为对频率为5.4 kHz, 5.6kHz, 5.8 kHz 和 6.0kHz 正弦信号抽样1 秒钟频谱。

3【比较研究】利用系统的Help ，阅读函数sound 和wavplay 的使用方法。

连续播放两段音频信号，比较函数sound 和wavplay 的异同。

(1) 调用的播放器不同，sound 是用声卡模仿声音，wavplay 是调用windows 自带播放器。

基于创新能力培养的“信号与系统”课程教学改革的探索【摘要】本文探讨了基于创新能力培养的“信号与系统”课程教学改革探索。

在引言中，介绍了背景和研究意义。

在分析了现有课程存在的问题，提出了基于创新能力培养的教学理念，并设计了相应的教学改革方案。

随后，通过教学实践和效果评估，展示了改革的实际成果和案例分析。

在结论部分总结了改革的成果，并展望了未来的发展方向和启示。

通过本文的探讨，为“信号与系统”课程的教学改革提供了有益的参考和借鉴。

【关键词】信号与系统、创新能力培养、教学改革、教学理念、教学方案、教学实践、效果评估、案例分析、改革成果、启示、展望。

1. 引言1.1 背景介绍"信号与系统"是一门电子信息类专业必修课程，它是电子信息类专业学生在学习过程中必须掌握的重要基础知识之一。

这门课程主要介绍信号与系统的基本概念、性质和分析方法，是电子信息类专业学生深入学习其他专业课程的基础。

随着科技的不断发展和社会需求的不断提高，对电子信息类专业学生在信号与系统领域的知识和能力要求也越来越高。

在传统的“信号与系统”课程教学中，存在着诸多问题，如教学内容陈旧、教学方法单一、学生参与度低等。

为了改善传统的“信号与系统”课程教学模式，培养学生的创新能力和实践能力，本文通过探索基于创新能力培养的教学理念，提出了一套“信号与系统”课程教学改革方案。

该方案将注重激发学生的兴趣和潜能，引导学生主动参与学习，培养学生的创新思维和解决问题的能力。

通过对该方案进行教学实践和效果评估，本文将进一步分析该方案的具体实施情况，并通过案例分析对改革的成果进行总结。

结论部分将对改革的成果进行总结，提出未来的发展展望，以期为提高“信号与系统”课程的教学质量和学生的创新能力培养能力提供参考和借鉴。

"1.2 研究意义"信号与系统"课程作为电子信息类专业的重要基础课程，对学生进行信号处理和系统分析的基本训练，是培养学生创新能力和工程实践能力的重要一环。

《信号与系统》大纲一、课程基本信息课程名称：《信号与系统》使用教材：《Signals & Systems》(2nd Edtion)， Alan V. Oppenheim，电子工业出版社，2008年4月教学拓展资源：参考书目有《信号与系统》（第二版）上、下册，郑君里等，高等教育出版社；《信号与线性系统分析》，吴大正，高等教育出版社；《信号与系统》，ALANV.OPPENHEIM（刘树棠译），西安交通大学出版社；《信号与线性系统》，管致中等，高等教育出版社。

《信号与系统》校级主干课资源库。

二、课程教学目的《信号与系统》是本科电子信息类专业一门重要的专业基础课程，是联系公共基础课与专业课的一个重要桥梁。

授课对象面向电子信息类的电子科学与技术、通信工程、电子信息工程三个本科专业。

该课程研究确定性信号经线性时不变系统传输与处理的基本概念与基本分析方法，具有很强的理论性和逻辑性，教学内容较抽象，数学运用得很多。

同时，这门课程以通信和控制工程为主要应用背景，具有明显的物理意义和工程背景，具有数学分析物理化，物理现象数学化的特征。

该课程与许多专业课，如通信原理、数字信号处理、高频电路、图象处理等课程有很强的联系，其理论已广泛应用到电子、通信、信号处理和自动控制等各个学科领域，并且直接与数字信号处理的基本理论和方法相衔接。

通过本门课程的学习，使学生掌握信号与系统的基础理论，掌握确定性信号经线性时不变系统传输与处理的基本概念和分析方法，包括信号分析的基本理论和方法、线性时不变系统的各种描述方法、线性时不变系统的时域和频域分析方法、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等。

通过信号与系统的基本理论和分析方法，学生应能掌握如何建立信号与系统的数学模型，如何经适当的分析方法求解，并将分析结果与物理概念相结合，对所得的结果给出物理解释和赋予物理意义。

该课程的学习将为后续课程的学习奠定基础，同时为今后能够独立地分析与解决信息领域内的实际问题打下坚实的理论基础。

《信号与系统》课程研究性学习手册专题一信号时域分析1. 基本信号的产生，语音的读取与播放【研讨内容】1) 生成一个正弦信号，改变正弦信号的角频率和初始相位，观察波形变化；2) 生成一个幅度为1、基频为2Hz 、占空比为50%的周期方波，3) 观察一定时期内的股票上证指数变化，生成模拟其变化的指数信号，4) 录制一段音频信号，进行音频信号的读取与播放【题目分析】⑴正弦信号的形式为Acosg o t+书)或Asin (3 o t+，分别用MATLAB 的内部函数cos 和sin 表示，其调用形式为y A* cos(w0* t phi)、y A*sin(wo*t phi)。

生成正弦信号为y=5sin(t), 再依次改变其角频率和初相，用matlab 进行仿真。

⑵幅度为1 ,则方波振幅为0.5 ,基频wO=2Hz ,则周期T=pi ,占空比为50% , 因此正负脉冲宽度比为 1 。

(3) 将波形相似的某一段构造成一个指数函数, 在一连续时间内构造不同的2~3 个不同指数函数即可大致模拟出其变化。

(4) 录制后将文件格式转化为wav ,再用wavread 函数读取并播放,用plot 函数绘制其时域波形。

【仿真】( 1 ) 正弦信号正弦信号 1 ：A=1;w0=1/4*pi;phi=pi/16;t=-8:0.001:8;xt 仁A*si n(w0*t+phi);plot(t,xt1)title('xt 仁si n( 0.25*pi*t+pi/16)')正弦信号2 (改变1中频率)A=1;w1=1/4*pi;w2=1*pi;phi=pi/16; t=-8:0.001:8; xt 1= A*si n(w1*t+phi);xt2=A*si n(w2*t+phi);plot(t,xt1,t,xt2)正弦信号3 (改变1中相位)A=1;w=1/4*pi;phi仁pi/16;phi2=pi/4; t=-8:0.001:8; xt 1=A*si n(w*t+phi1);xt3=A*si n(w*t+phi2) plot(t,xt1,t,xt3)0.4 -0.2 -0 --0.2 --0.4 --0.6 --0.8 〜(2) 方波信号t=-100:0.01:100;T=0.5;f=1/T;y=square(2*pi*f*t,50);Plot(t,y);axis([-2 2 -3 3]);-3 1—--------- [ ------------ ■ ----------- 1- ---------- 1 ----------- 1 ----------- 1 ----------- 1 -------------------------t-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.520.80.6-1 ------------- [ ---------- L-8 -6 -4(3) 模拟股票上证指数变化的指数信号x1=0:0.001:5;y1=2500+1.8*exp(x1);x2=5:0.001:10;y2=2847-1.5*exp(0.8*x2);x3=10:0.001:15;y3=2734+150*exp(-0.08*x3);x4=15:0.001:20;y4=2560-156*exp(-0.08*x4);x=[x1,x2,x3,x4];y=[y1,y2,y3,y4];plot(x,y);30002500200015001000500-500-1000-1500(4) 音频信号的读取与播放 [x,Fs,Bits]=wavread( sou nd(x,Fs,Bits) plot(x)-2000 ---------- [-------- [---------- L0 2 4 6 8 10 1214 16 18 20 'C:\Users\Ghb\Desktop\na nsheng.wav'C\Users\Ghb\Desktop\nvshe ng.wav' [x,Fs,Bits]=wavread(sou nd(x,Fs,Bits)plot(x)2. 信号的基本运算（语音信号的翻转、展缩）【研讨内容】1）将原始音频信号在时域上进行延展、压缩，2）将原始音频信号在频域上进行幅度放大与缩小，3）将原始音频信号在时域上进行翻转，【题目分析】用matlab 的wavread 函数读取录制的音频，用length 函数计算出音频文件的长度，最后计算出时间t ，然后用plot 函数输出录制的音频信号（1）延展与压缩分析把时间t 变为原来的一半，信号就被延展为原来的 2 倍，把时间他变为原来的 2 倍，信号就被压缩为原来的一半。

信号与系统MATLAB专题研究性学习专题一信号时域分析1.基本信号的产生，语音的读取与播放【研讨内容】1）生成一个正弦信号，改变正弦信号的角频率和初始相位，观察波形变化；2）生成一个幅度为1、基频为2Hz、占空比为50%的周期方波，3）观察一定时期内的股票上证指数变化，生成模拟其变化的指数信号，4）录制一段音频信号，进行音频信号的读取与播放【题目分析】(1) 正弦信号的形式为Acos（ω0t+ψ）或Asin（ω0t+ψ），分别用MATLAB的内部函数cos和sin表示，其调用形式为*phitsin(w=。

生成正弦信号为y+A**phi=、)*)cos(tAy+wy=5sin(t),再依次改变其角频率和初相，用matlab进行仿真。

(2) 幅度为1，则方波振幅为0.5，基频w0=2Hz，则周期T=pi，占空比为50%，因此正负脉冲宽度比为1。

(3) 将波形相似的某一段构造成一个指数函数，在一连续时间内构造不同的2~3个不同指数函数即可大致模拟出其变化。

(4) 录制后将文件格式转化为wav ，再用wavread 函数读取并播放，用plot 函数绘制其时域波形。

【仿真】 （1） 正弦信号 正弦信号1：A=1;w0=1/4*pi;phi=pi/16; t=-8:0.001:8; xt1=A*sin(w0*t+phi); plot(t,xt1)title('xt1=sin(0.25*pi*t+pi/16)')-8-6-4-22468-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81xt1=sin(0.25*pi*t+pi/16)正弦信号2（改变1中频率） A=1;w1=1/4*pi;w2=1*pi;phi=pi/16; t=-8:0.001:8; xt1=A*sin(w1*t+phi); xt2=A*sin(w2*t+phi); plot(t,xt1,t,xt2)-8-6-4-22468-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81正弦信号3（改变1中相位）A=1;w=1/4*pi;phi1=pi/16;phi2=pi/4; t=-8:0.001:8; xt1=A*sin(w*t+phi1); xt3=A*sin(w*t+phi2)plot(t,xt1,t,xt3)-8-6-4-22468-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81（2） 方波信号 t=-100:0.01:100; T=0.5; f=1/T;y=square(2*pi*f*t,50); plot(t,y); axis([-2 2 -3 3]);-2-1.5-1-0.500.51 1.52-3-2-1123（3） 模拟股票上证指数变化的指数信号 x1=0:0.001:5; y1=2500+1.8*exp(x1); x2=5:0.001:10;y2=2847-1.5*exp(0.8*x2); x3=10:0.001:15;y3=2734+150*exp(-0.08*x3); x4=15:0.001:20;y4=2560-156*exp(-0.08*x4); x=[x1,x2,x3,x4]; y=[y1,y2,y3,y4]; plot(x,y);2468101214161820-2000-1500-1000-500050010001500200025003000（4） 音频信号的读取与播放[x,Fs,Bits]=wavread('C:\Users\Ghb\Desktop\nanshen g.wav')sound(x,Fs,Bits) plot(x)00.51 1.52 2.53 3.54 4.55x 105-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8[x,Fs,Bits]=wavread('C:\Users\Ghb\Desktop\nvsheng .wav')sound(x,Fs,Bits) plot(x)123456x 105-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.812.信号的基本运算（语音信号的翻转、展缩） 【研讨内容】 1） 将原始音频信号在时域上进行延展、压缩， 2） 将原始音频信号在频域上进行幅度放大与缩小， 3）将原始音频信号在时域上进行翻转，【题目分析】用matlab 的wavread 函数读取录制的音频，用length 函数计算出音频文件的长度，最后计算出时间t ，然后用plot 函数输出录制的音频信号（1） 延展与压缩分析把时间t 变为原来的一半，信号就被延展为原来的2倍，把时间他变为原来的2倍，信号就被压缩为原来的一半。

教案：信号与系统一、教学目标：1. 了解信号与系统的基本概念和基本理论。

2. 掌握信号的分类与性质。

3. 理解系统的概念和特点。

4. 学习信号与系统的基本运算和变换。

5. 培养分析和处理信号与系统问题的能力。

二、教学内容：1. 信号与系统的概述1.1 信号的定义和分类1.2 系统的定义和特征1.3 信号与系统的关系2. 基本信号的性质2.1 常用信号的定义和特点2.2 奇偶信号与周期信号2.3 指数信号和复指数信号3. 连续时间信号与系统3.1 连续时间信号的表示与性质3.2 连续时间系统的表示与性质3.3 连续时间信号的基本运算和变换4. 离散时间信号与系统4.1 离散时间信号的表示与性质4.2 离散时间系统的表示与性质4.3 离散时间信号的基本运算和变换5. 线性时不变系统5.1 线性系统的定义和特性5.2 时不变系统的定义和特性5.3 线性时不变系统的性质和表示6. 信号和系统的连续时间和离散时间表示关系6.1 数模转换和模数转换6.2 连续时间信号的采样与重构6.3 采样定理和抽样定理三、教学方法：1. 讲授教学法：通过讲解教师将信号与系统的基本概念和基本理论传授给学生。

2. 实践教学法：通过实际操作和实验，让学生亲自感受信号与系统的性质和运算。

3. 讨论教学法：组织学生进行讨论，促进彼此之间的思维碰撞和交流。

四、教学重点：1. 信号与系统的基本概念和分类。

2. 信号和系统的基本运算和变换。

3. 线性时不变系统的特性和表示。

五、教学评价：1. 课堂小测验：通过课堂小测验检查学生对信号与系统基本概念和基本理论的掌握情况。

2. 实验报告：通过学生完成的实验和实验报告，评价其对信号与系统的基本运算和变换的理解和掌握情况。

3. 期末考试：通过期末考试检查学生对信号与系统整体知识体系的掌握情况。

六、教学资源：1. 课本：信号与系统教材。

2. 电子实验设备：电脑、信号发生器、示波器等。

七、教学反思：信号与系统作为电子信息工程专业的一门重要基础课程，对于学生的综合能力培养具有重要意义。