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摘要：结合慕课建设经验和自身教学体会，笔者针对目前“信号与系统”课程教案设计中存在的问题，以“连续周期信号的频谱分析”教学内容为例，给出详细的教案设计，为相关专业课程的教案设计提供参考。
关键词：“信号与系统”；教案设计；信号频谱
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）04-0175-02
一、引言
“信号与系统”是电子电气信息类专业必修的基础课程，其教学目标是使学生掌握信号与系统时域、变换域的基本原理和分析方法，理解各类信号变换的数学、物理和工程概念，掌握信号表示和系统描述的基本理论和思想，为学习后续课程奠定了理论基础[1]。目前，国内高等院校的教学基本上采用的是班级授课制，以教师讲授为主。教案对教学过程的顺利开展，高效完成教学任务，实现高校培养目标起着重要作用。“信号与系统”理论相对稳定，具有知识点多、理论性强、逻辑推理能力要求强等特点，设计出一套优质的教案具有较好的实用价值[2]。然而，这类专业基础课程的教案成果积累较薄弱。针对“信号与系统”课程的教学内容和特点，笔者结合慕课建设经验和自身教学体会，以“连续周期信号的频谱分析”为例开展教学案例设计。
二、连续周期信号的频谱分析教案设计
1.教学目的。通过实际案例引出为何要引入信号的频域分析，使学生掌握连续周期信号的傅里叶级数表示、频谱以及频谱特性等基本概念，为更好理解信号频域分析方法打下了理论基础。
2.教学重点和难点。信号频域分析方法的引入、连续周期信号的傅里叶级数表示以及连续周期信号频谱的概念，突出强调了连续周期信号的时频对应关系。
3.教学导入。以信号识别为例，分析如何识别电话机数字键“1”和“2”。观察拨号音对应的时域波形，虽然有差别但较难快速识别，以此引出信号频域分析的必要性。
4.教学方法。①启发教学：从信号分析、处理和识别三个应用角度出发，利用直观的案例揭示信号时域分析方法存在的局限性，引出信号频域分析的必要性。立足实际问题，引发关联思考，激发学习兴趣。②类比教学：从自然界现象出发，利用牛顿三棱镜实验结论，类比引出连续周期信号傅里叶级数表示也满足类似关系。利用原有知识结构学习新知识，建立概念关联，培养学生的分析能力和类比思维。
5.教学过程组织。
（1）连续周期信号的傅里叶级数表示，从自然界中的现象出发，引出连续周期信号傅里叶级数表示的重要概念。科学家牛顿做过有名的三棱镜实验：自然光可以由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色光合成得到。类比引出连续周期信号傅里叶级数表示也满足类似关系。以一个常见的连续周期矩形信号为例，通过多媒体演示的方式让学生直观地感受到利用不同频率正弦信号叠加对其的近似表示，进而引申出以下重要结论：连续周期信号可以表示为一系列不同频率的正弦信号的线性叠加。这个结论是由法国数学家、物理学家傅里叶早在1807年研究热传导时提出来的。通过穿插介绍傅里叶的生平和研究成果，加深学生对傅里叶级数理论的印象和理解。
6.研究性学习。对教学重点和难点的总结，布置课后思考题目，将课堂的讨论和练习进一步延伸。例如：试利用信号频域分析的方法分析男声和女声信号特征，为学生提供多源参考资源，包括国家网络精品课程网址[3]和中国大学慕课学习网站[4]，以满足学生多角度认知的需求。
7.教学总结。①从数学、物理和工程概念阐述连续周期信号的频谱，有助于学生了解信号频谱的本质。②利用傅里叶级数表示和MATLAB分别实现连续周期信号的频谱分析，兼顾理论联系实际。
参考文献：
[1]陈后金，胡健，薛健.信号与系统[M].第2版.北京：高等教育出版社，2015.
[2]陶丹，陈后金.“信号与系统”课程中信号抽样教案设计[J].电气电子教学学报，2013，35（4）：29-32.
[3]http：//disstream.bjtu.edu.cn/jpkc/xhyxt/index.html
[4]http：//www.icourses.cn/coursestatic/course_3343.html
Study on "Signals and Systems" Teaching Plan Design
—Take Frequency Spectrum Analysis on Continuous Periodic Signal as an Example
TAO Dan，HUANG Lin-lin，HU Jian，CHEN Hou-jin
（Beijing Jiaotong University，School of Electronic and Information Engineering，
National Experimental Center of Electrical and Electronic Engineering，Beijing 100044，China）
Abstract：By combining our MOOCs construction experience and our teaching practice，this paper analyzes the current problems of teaching plan design for "Signals and Systems" course. Taking "frequency spectrum analysis on continuous periodic signal" as an example，we give a detailed teaching plan in order to provide references for teaching plan design on similar courses.
Key words："Signals and Systems"；teaching plan design；frequency spectrum
关键词：“信号与系统”；教案设计；信号频谱
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）04-0175-02
一、引言
“信号与系统”是电子电气信息类专业必修的基础课程，其教学目标是使学生掌握信号与系统时域、变换域的基本原理和分析方法，理解各类信号变换的数学、物理和工程概念，掌握信号表示和系统描述的基本理论和思想，为学习后续课程奠定了理论基础[1]。目前，国内高等院校的教学基本上采用的是班级授课制，以教师讲授为主。教案对教学过程的顺利开展，高效完成教学任务，实现高校培养目标起着重要作用。“信号与系统”理论相对稳定，具有知识点多、理论性强、逻辑推理能力要求强等特点，设计出一套优质的教案具有较好的实用价值[2]。然而，这类专业基础课程的教案成果积累较薄弱。针对“信号与系统”课程的教学内容和特点，笔者结合慕课建设经验和自身教学体会，以“连续周期信号的频谱分析”为例开展教学案例设计。
二、连续周期信号的频谱分析教案设计
1.教学目的。通过实际案例引出为何要引入信号的频域分析，使学生掌握连续周期信号的傅里叶级数表示、频谱以及频谱特性等基本概念，为更好理解信号频域分析方法打下了理论基础。
2.教学重点和难点。信号频域分析方法的引入、连续周期信号的傅里叶级数表示以及连续周期信号频谱的概念，突出强调了连续周期信号的时频对应关系。
3.教学导入。以信号识别为例，分析如何识别电话机数字键“1”和“2”。观察拨号音对应的时域波形，虽然有差别但较难快速识别，以此引出信号频域分析的必要性。
4.教学方法。①启发教学：从信号分析、处理和识别三个应用角度出发，利用直观的案例揭示信号时域分析方法存在的局限性，引出信号频域分析的必要性。立足实际问题，引发关联思考，激发学习兴趣。②类比教学：从自然界现象出发，利用牛顿三棱镜实验结论，类比引出连续周期信号傅里叶级数表示也满足类似关系。利用原有知识结构学习新知识，建立概念关联，培养学生的分析能力和类比思维。
5.教学过程组织。
（1）连续周期信号的傅里叶级数表示，从自然界中的现象出发，引出连续周期信号傅里叶级数表示的重要概念。科学家牛顿做过有名的三棱镜实验：自然光可以由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色光合成得到。类比引出连续周期信号傅里叶级数表示也满足类似关系。以一个常见的连续周期矩形信号为例，通过多媒体演示的方式让学生直观地感受到利用不同频率正弦信号叠加对其的近似表示，进而引申出以下重要结论：连续周期信号可以表示为一系列不同频率的正弦信号的线性叠加。这个结论是由法国数学家、物理学家傅里叶早在1807年研究热传导时提出来的。通过穿插介绍傅里叶的生平和研究成果，加深学生对傅里叶级数理论的印象和理解。
6.研究性学习。对教学重点和难点的总结，布置课后思考题目，将课堂的讨论和练习进一步延伸。例如：试利用信号频域分析的方法分析男声和女声信号特征，为学生提供多源参考资源，包括国家网络精品课程网址[3]和中国大学慕课学习网站[4]，以满足学生多角度认知的需求。
7.教学总结。①从数学、物理和工程概念阐述连续周期信号的频谱，有助于学生了解信号频谱的本质。②利用傅里叶级数表示和MATLAB分别实现连续周期信号的频谱分析，兼顾理论联系实际。
参考文献：
[1]陈后金，胡健，薛健.信号与系统[M].第2版.北京：高等教育出版社，2015.
[2]陶丹，陈后金.“信号与系统”课程中信号抽样教案设计[J].电气电子教学学报，2013，35（4）：29-32.
[3]http：//disstream.bjtu.edu.cn/jpkc/xhyxt/index.html
[4]http：//www.icourses.cn/coursestatic/course_3343.html
Study on "Signals and Systems" Teaching Plan Design
—Take Frequency Spectrum Analysis on Continuous Periodic Signal as an Example
TAO Dan，HUANG Lin-lin，HU Jian，CHEN Hou-jin
（Beijing Jiaotong University，School of Electronic and Information Engineering，
National Experimental Center of Electrical and Electronic Engineering，Beijing 100044，China）
Abstract：By combining our MOOCs construction experience and our teaching practice，this paper analyzes the current problems of teaching plan design for "Signals and Systems" course. Taking "frequency spectrum analysis on continuous periodic signal" as an example，we give a detailed teaching plan in order to provide references for teaching plan design on similar courses.
Key words："Signals and Systems"；teaching plan design；frequency spectrum