信號與系統(tǒng)課件-附件2

寫好教材服務(wù)課程教學(xué)——信號與系統(tǒng)（第三版）教材的幾點思考西安電子科技大學(xué)陳生潭

引言課程背景與教材編寫理念梳理內(nèi)容，優(yōu)化總體結(jié)構(gòu)把握理論核心，強化“三基”知識遵循教學(xué)法原則，倡導(dǎo)科學(xué)思維方法增強服務(wù)意識，建設(shè)立體化教材教材案例結(jié)語引言什么是好教材？如何寫好教材，服務(wù)課程教學(xué)？一、課程背景與教材編寫理念1、課程背景（1）課程性質(zhì)：電子信息類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程

授課時間：大二下學(xué)期學(xué)時：68學(xué)時（2）培養(yǎng)目標(biāo)：

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學(xué)習(xí)掌握信號與線性系統(tǒng)分析的理論，方法和應(yīng)用，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。

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熟悉知識體系演進(jìn)規(guī)律，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和科學(xué)的思維方法，提高學(xué)生分析綜合、探索創(chuàng)新能力。

是我校30多個本科專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，支撐校內(nèi)通信與信息系統(tǒng)、信號與信息處理等5個國家重點學(xué)科、11個國家級特色專業(yè)、3個國家級人才培養(yǎng)及教學(xué)基地。

2002年主持承擔(dān)了國家新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程項目—信號與系統(tǒng)，已于2004年通過教育部質(zhì)量認(rèn)證和驗收。（3）《信號與系統(tǒng)》課程簡介

2003年我?！缎盘柵c系統(tǒng)》精品課程教材建設(shè)計劃獲準(zhǔn)進(jìn)入“高等學(xué)校百門精品課程教材建設(shè)計劃”。

2004年《信號與系統(tǒng)》評審?fù)ㄟ^為國家級精品課程。立體化教材建設(shè)；先后出版了國家七五、八五、九五、十五規(guī)劃教材；出版了“信號與系統(tǒng)”方面教材與教學(xué)參考書10余部。研制了信號與系統(tǒng)電子教案,試題庫、網(wǎng)絡(luò)課程，形成了立體化教材建設(shè)格局。2002年教育部實施“高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”，重要內(nèi)容之一是建設(shè)1500門精品課程（具有一流教師隊伍、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教材、教學(xué)管理）。精品課程教材應(yīng)是系列化、立體化的優(yōu)秀教材。

《信號與系統(tǒng)》是我校電工電子教學(xué)基地統(tǒng)一規(guī)劃的“21世紀(jì)高等學(xué)校電子信息類系列教材”之一，并在此教材基礎(chǔ)上研制完成國家新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程項目——信號與系統(tǒng)。初版（1990年），第二版（2001年），第三版（2008年），先后重印19次，發(fā)行量近10萬冊。2、教材編寫理念（1）知識體系完整課程重要特點：理論嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容豐富，知識體系完整。電路分析基礎(chǔ)：白箱系統(tǒng)。信號與系統(tǒng)：黑箱系統(tǒng)。不同教材，雖然其研究對象，分析解決問題的概念、理論和方法各不相同，但就知識體系而言都應(yīng)是完整和系統(tǒng)的。

（2）主體內(nèi)容先進(jìn)

高校教育改革面向現(xiàn)代化、世界和未來，教材內(nèi)容必須具有先進(jìn)性，體現(xiàn)國內(nèi)外最新教學(xué)研究和教學(xué)改革成果，適應(yīng)信息化時代的發(fā)展要求。（3）強調(diào)理論核心，加強基礎(chǔ)知識課程理論核心是一流教材的靈魂。只有把握理論核心，才能優(yōu)化內(nèi)容，合理架構(gòu)知識體系，明確和加強基礎(chǔ)知識。（4）重視能力培養(yǎng)廣義理解學(xué)生能力培養(yǎng)包括知識學(xué)習(xí)，運用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，貫穿于教學(xué)理論研究、教材建設(shè)、課程實施、工程實驗等各個教育環(huán)節(jié)，體現(xiàn)在基本知識點及其演進(jìn)規(guī)律的認(rèn)知和把握，最后落實在學(xué)生科學(xué)思維能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和提高上。（5）教材風(fēng)格內(nèi)容系統(tǒng)，概念清晰，方法科學(xué)，結(jié)論明確。二、梳理內(nèi)容，優(yōu)化總體結(jié)構(gòu)信號與系統(tǒng)（第三版）總體設(shè)計：

體現(xiàn)了信號與系統(tǒng)分析理論和知識體系的系統(tǒng)性和完整性；

體現(xiàn)了課程內(nèi)容中三個層次的對應(yīng)關(guān)系：連續(xù)篇—離散篇，輸入輸出分析—狀態(tài)空間分析，確定信號通過系統(tǒng)—隨機信號通過系統(tǒng)；

主體內(nèi)容區(qū)分為連續(xù)篇和離散篇兩部分，并按先“連續(xù)”后“離散”方式討論，既體現(xiàn)兩者理論上相對獨立，內(nèi)容上相互平行的特點，又遵循知識演進(jìn)循序漸進(jìn)的教學(xué)法原則；為使用國際流行的工程計算軟件，新編第10章供選學(xué)。安排三章選學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)不同類型學(xué)校教學(xué)要求。三、圍繞理論核心，強化“三基”知識1、理論核心：信號的分解特性和系統(tǒng)的LTI特性。包含兩層含義：只有全面深入地分析研究：信號、系統(tǒng)的描述、特性；知識點的演進(jìn)規(guī)律；由f(t)+系統(tǒng)→y(t)的分析方法；不同分析方法之間的本質(zhì)聯(lián)系。 才能真正認(rèn)知課程的理論核心。只有確實把握理論核心，才能“綱舉目張”，“一目了然”的看清知識點在知識體系中的地位和作用；明白不同分析方法背后的本質(zhì)聯(lián)系；找到求解問題的思路方法（知識演進(jìn)規(guī)律）；知道哪些概念、定理、性質(zhì)、結(jié)論有用，哪些不用，哪些重要、哪些次要；做到心中有數(shù)，編好教材，講好課。統(tǒng)一格式：①信號分解；②基本信號激勵下響應(yīng)（系統(tǒng)特性描述）；③一般信號激勵下響應(yīng)。統(tǒng)一觀點：2、采用統(tǒng)一觀點，導(dǎo)出系統(tǒng)分析方法，揭示不同方法在本質(zhì)上的一致性。3、強化“三基”知識基本知識點（概念、定理、性質(zhì)、公式、結(jié)論等）基本方法（信號、系統(tǒng)描述及分析方法）基本理論（思想、觀點，不同方法間的本質(zhì)聯(lián)系，理論核心等）四、遵循教學(xué)法原則，倡導(dǎo)科學(xué)思維方法

循序漸進(jìn)原則—符合人的認(rèn)知規(guī)律（分析—綜合）；因果原則—邏輯思維規(guī)律（因果論）；主體原則—抓主要矛盾；變換原則—一定條件下矛盾的轉(zhuǎn)化；優(yōu)化原則—由表及里（現(xiàn)象到本質(zhì)）、去偽存真；創(chuàng)造性原則—類比、聯(lián)想，換個角度、靈感。五、增強服務(wù)意識，建設(shè)立體化教材服務(wù)意識：服務(wù)課程、服務(wù)教師學(xué)生及其他讀者。建設(shè)立體化教材常規(guī)基本教材；學(xué)習(xí)指導(dǎo)、習(xí)題題解、參考輔導(dǎo)用書；多媒體電子教案；遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)課程。六、教材案例案例1：連續(xù)系統(tǒng)的時域分析系統(tǒng)模型：LTI微分、算子方程方框、信流圖確定H(p)求特征根求零輸入響應(yīng)求沖激響應(yīng)求零狀態(tài)響應(yīng)完全響應(yīng)算子方程方框、信流圖微分方程求齊次解求特解完全響應(yīng)系統(tǒng)解法：經(jīng)典解法：說明：①

強調(diào)以狀態(tài)概念為基礎(chǔ)的現(xiàn)代系統(tǒng)理論，削弱傳統(tǒng)系統(tǒng)理論。②

采用微分、差分算子和系統(tǒng)傳輸算子概念簡化h(t)計算，提高系統(tǒng)時域分析的效率。③

建立時域與變換域分析之間的邏輯聯(lián)系和對應(yīng)關(guān)系。案例2：采用統(tǒng)一觀點導(dǎo)出系統(tǒng)分析方法系統(tǒng)分析問題：LTI系統(tǒng)分析方法：S域法頻域法時域法響應(yīng)計算分解公式基本信號方法說明：①理論依據(jù)：信號的分解特性與系統(tǒng)的LTI特性。②統(tǒng)一格式：輸入信號可分解成眾多基本信號單元的線性組合；研究基本信號激勵下的響應(yīng)?！緃(t)，H(jw)，H(s)】研究一般信號激勵下的響應(yīng)。③不同的信號分解方式將導(dǎo)出不同的系統(tǒng)分析方法。④能力、科學(xué)思維方法培養(yǎng)（概念、知識點的邏輯聯(lián)系；數(shù)學(xué)式的物理含義；不同方法在本質(zhì)上的一致性）。1、狀態(tài)模型（1）單輸入單輸出一階LTI系統(tǒng)

無記憶部分：代數(shù)方程式中a、b、c、d為常量記憶元件：或微分方程：積分方程：x(0)已知

案例3：應(yīng)用狀態(tài)模型導(dǎo)出狀態(tài)空間方程系統(tǒng)描述方程

①②說明：*式①是x(t)的一階微分方程，若已知x(0)，可求x(t)。

*式②中，由x(t)和輸入f(t)?？汕蟮幂敵鰕(t)。

*按狀態(tài)變量定義可選擇記憶元件（積分器）輸出變量作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量。（2）多輸入多輸出n階LTI系統(tǒng)

狀態(tài)模型：將系統(tǒng)劃分為有記憶和無記憶兩部分，選取獨立記憶元件輸出變量作為狀態(tài)變量x(t)，并用初始

狀態(tài)x(0)、輸入f(t)來確定其輸出y(t)的一種分析模型。2、狀態(tài)空間方程(狀態(tài)方程）（輸出方程）(狀態(tài)方程）（輸出方程）

連續(xù)系統(tǒng)：

離散系統(tǒng)：3、狀態(tài)空間分析方法

選擇狀態(tài)變量，建立狀態(tài)空間方程；由狀態(tài)方程求得狀態(tài)向量解；由輸出方程求得系統(tǒng)輸出。①方法論上，狀態(tài)模型/狀態(tài)空間分析與輸入輸出模型/輸入輸出分析相對應(yīng)；②由狀態(tài)模型，提供一種狀態(tài)變量的選擇方法；③表明狀態(tài)方程為x(t)的一階矢量微分方程，描述有記憶部分輸入輸出關(guān)系，著重體現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)特性；④表明輸出方程描述輸出與狀態(tài)變量和輸入之間的關(guān)系，方程由無記憶部分的輸入輸出關(guān)系導(dǎo)出，是一組代數(shù)方程。⑤可構(gòu)造由電路圖/方框圖/信流圖/H(p)、H(jw)、H(s)等建立狀態(tài)空間方程的方法。說明：案例結(jié)束①明確課程教