《信号与系统（慕课版附动画视频）》教学大纲(56与48学时)

PAGEPAGE5《信号与系统》教学大纲一、课程说明课程名称：信号与系统/SignalsandSystems课程类别：专业基础课。学时/学分：56/3.5、48/3先修课程：高等数学，数学物理方法，电路理论。适用专业：电子信息科学与技术，光电信息科学与工程，电子信息工程。教材、教学参考书：从思想性、科学性和先进性等方面进行从优选择，确保政治合格、水平一流的教材进入课堂，主要包括：[1]孙克辉等.信号与系统.北京:人民邮电出版社,2025.[2]Oppenheim,A.V.,andA.S.Willsky,withS.H.Nawab.SignalsandSystems.2ndedition.NewJersey:Prentice-Hall,1997.[3]奥本海姆.信号与系统(第二版).北京:电子工业出版社,2009.[4]郑君里.信号与系统(第三版).北京:高等教育出版社,2011。二、课程设置的目的意义信号与系统的课程中的基本的分析方法和系统原理广泛应用于通信、信号与信息处理、电路与系统等领域，所以信号与系统是电子信息类专业的必修课程，是一门重要的专业基础课。该课程的目的一方面是根据该课程相关内容和知识点,提出课程思政切入点,促进课程思政的开展,从而培养学生的主流价值观,并提高学生的学习兴趣和积极性；另一方面是通过学习信号与系统的基本分析方法，使学生牢固掌握信号与系统的时域、变换域(频域、S域和Z域)分析的基本原理和基本方法，理解三大变换(傅里叶变换,拉普拉斯变换,Z变换)的数学概念、物理概念与工程概念，掌握利用信号与系统的基本理论分析和解决工程实际问题的基本方法，为学习“数字信号处理”、“通信原理”等后续课程打下坚实的基础；三、课程的基本要求1知识要求1)了解信号与系统的基本概念、描述方式和基本特性。2)掌握连续信号与LTI系统的时域分析方法、频域分析方法和S频域分析方法。3)掌握离散信号与LTI系统中的时域分析方法、频域分析方法和Z域分析方法。4)掌握系统函数的概念，会用系统函数分析系统的响应和稳定性等。2能力要求1)具有信号与系统分析能力。具有从参考书、文献、网络等获取能够符合自己需求的知识和信息的能力，具有根据信号与系统分析的发展现状和趋势能实时完善自身知识结构的能力。2)具有分析具体信号与系统的实践能力。在掌握本课程的基本概念、基本知识和分析方法的基础上，培养解决工程技术问题的能力，包括(1)信号与系统的基本设计与综合分析能力。(2)运用信号与系统分析方法，分析通信与信息处理等应用系统的能力。(3)具有一定的信号与系统的仿真、分析与调试能力。(4)具有良好的与同学协同解决信号与系统的分析与设计的能力。3素质要求1)具有严谨的治学态度和逻辑思维。2)养成独立解决实际问题的能力，培养创新意识和能力。3)勤于学习、勇于创新，富有合作精神。4）积极引导大学生形成正确的、主流的价值观和高的政治觉悟。四、教学内容、重点难点及教学设计根据学校学科特色，结合课程德育目标，探索在信号与系统课程教学中贯穿思政元素，实现思想政治教育目标，从科学精神、工匠精神、规矩意识和学科前沿技术等方面探索信号与系统课程中的课程思政内容，实现知识传授和价值塑造相统一。本课程包括五个部分：第一部分(第1章)为信号与系统概述，主要介绍基本概念和基本知识，为后续学习奠定理论基础；第二部分(第2章)为信号与LTI系统的时域分析方法，是信号与系统分析方法的基础：第三部分(第3、4章)和第四部分(第5、6章)分别介绍了连续和离散LTI系统的频域和复频域分析方法，是本课程的重点和难点内容；第五部分(第7、8章)为LTI系统时/频域分析方法的工程应用实例分析，加深同学对信号与系统知识的理解，提高实际应用能力。教学内容以及各部分的重点难点教学设计如表1所示。表1信号与系统的教学内容、重点难点及教学设计一览表章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第1章信号与系统概述信号的描述与分类；信号的运算；基本信号与典型信号的定义、特点与性质；系统的描述与分类；系统的性质。44信号与系统的基本概念与特点。信号的时域运算原理；系统的性质判断。教学思路：结合基本信号实例，讲解信号的定义、描述与分类；信号的运算过程与物理意义；系统的描述、分类与性质。教学模式：课程问卷调查；3学时讲授；1学时课堂提问、练习与讨论。第2章信号与LTI系统的时域分析信号的表示(分解)方法；单位冲激响应与阶跃响应的求解；用单位冲激响应描述系统性质。卷积的定义、运算规律及其性质：通过卷积运算求解LTl系统零状态响应的时域计算方法；LTI系统的框图表示。88信号的时域分解方法；卷积的图解计算方法与性质；LTI系统零状态响应的时域计算方法卷积分/卷积和的物理意义与求解。教学思路：以冲激信号为基本信号，讲解信号的分解原理，引出卷积和/卷积分的概念；从冲激响应出发，讲解一般信号的系统响应求解；突出系统冲激响应的重要性。教学模式：课前导学(知识点归纳与思考题)；6学时课程讲授；1学时专题讨论；1学时习题讲解。第3章连续LTI系统的频域分析连续信号分解的正交基函数集；连续周期信号的傅里叶级数分解方法；连续傅里叶级数的性质；连续信号的傅里叶变换方法；连续傅里叶变换的性质；连续LTI系统的频域分析方法。14/1012/82复指数信号的响应特征；周期信号的傅里叶级数分解方法；傅里叶级数性质。信号的傅里叶级数与傅里叶变换关系；信号的傅里叶变换分解方法；连续信号的频谱特征。连续傅里叶分析方法的性质及物理意义；频谱的概念以及连续信号的频谱分析方法；LTI系统的频域分析方法。教学思路：以虚指数信号为基本信号，讲解信号的分解原理，引出傅里叶级数分解的概念；通过对周期信号的延展引出傅里叶变换的概念并说明傅里叶级数与傅里叶变换之间的关系；讲解一般连续信号的系统响应频域求解方法，在此过程中突出系统的频率响应函数的重要作用。教学模式：课前导学(知识点归纳、课堂练习与思考)；9/6学时课程讲授；2/1学时专题讨论；1学时习题讲解。第4章连续LTI系统的复频域分析拉普拉斯变换定义；拉普拉斯变换的性质与物理意义；连续LTI系统的系统函数；单边拉普拉斯变换定义与性质；连续LTI系统的S域分析方法。8/68/6连续信号的拉普拉斯变换分解方法；拉普拉斯变换的性质与意义；连续LTI系统的复频域分析方法。连续LTI系统零输入、零状态和全响应的复频域分析方法。教学思路：通过虚指数信号和复指数信号的对比引出连续信号的复频域分解概念；结合工程实际，讲解拉普拉斯变换的性质及其物理意义，一般连续时间信号与系统复频域求解方法；突出系统函数的重要性。教学模式：课前导学(知识点归纳、课堂练习与思考)；6学时课程讲授；1学时专题讨论；1学时习题讲解。第5章离散LTI系统的频域分析周期序列的傅里叶级数分析；离散傅里叶级数的性质；离散傅里叶变换分析；离散傅里叶变换的性质；离散LTI系统的频率响应函数；离散LTI系统的频域分析方法。6/46/4离散周期信号的傅里叶级数分解方法；傅里叶级数性质。傅里叶级数与傅里叶变换关系；离散信号的傅里叶变换分解方法；离散信号的频谱特征。离散傅里叶分析方法的性质及物理意义；离散信号与系统的频谱分析方法。教学思路：通过连续信号与离散信号的对比引出离散信号的傅里叶分解概念；结合工程实际，讲解离散傅里叶分析方法的性质及其物理意义，离散信号与系统的频域求解方法。教学模式：课前导学(知识点归纳、课堂练习与思考)；4/3学时课程讲授；1/0.5学时专题讨论；1/0.5学时习题讲解。第6章离散LTI系统的复频域分析Z变换定义；Z变换的性质与物理意义；离散LTI系统的系统函数；单边Z变换；单边Z变换的性质；离散LTI系统的全响应。66离散信号的Z变换分解；Z变换的性质与意义；离散系统的复频域分析方法。离散系统的复频域域分析方法。教学思路：通过虚指数信号和复指数信号的对比引出离散信号的Z变换分解概念；结合工程实际，讲解Z变换性质及其物理意义，离散时间信号的系统复频域求解方法；突出系统函数的重要性。教学模式：课前导学(知识点归纳、课堂练习与思考)；4学时课程讲授；1学时专题讨论；1学时习题讲解。第7章采样系统分析信号的采样与重构；低通信号的采样定理；欠采样现象分析。642连续信号离散化原理。采样过程与采样定理。教学思路：将信号与系统的时域和频域分析方法应用于连续信号的离散化过程，结合实际物理模型推导采样定理，并理解混叠和欠采样现象的发生机理。教学模式：课前导学(知识点归纳与思考)；3学时课程讲授；1学时专题讨论；2学时实验。第8章通信系统分析无失真传输系统；理想低通滤波器；正弦载波信号的调制与解调原理；频分复用技术。44无失真传输系统的定义与性质；通信系统的时域和频域分析应用。理想低通滤波器的时频特性；调制解调过程分析与物理意义。教学思路：将信号与系统的时域和频域分析方法应用于通信系统，结合实际物理模型，分析信号传输、低通滤波、幅度调制与解调原理与过程。教学模式：课前导学(知识点归纳与思考)；3学时课程讲授；1学时专题讨论；2学时实验。。合计=SUM(ABOVE)56/48=SUM(ABOVE)52/444注：实践为课程实验。五、实践教学内容和基本要求该课程的实验学时为4学时，分为信号、系统分析的计算机模拟与仿真研究和抽样原理与脉冲调幅（PAM）实验两个实验完成，如表2所示，为后续课程的学习打好实验基础。表2信号与系统的实验内容与要求（对于64学时的可以增加实验至8学时）实验名称实验内容学时基本要求信号与系统仿真实验运用Matlab仿真平台分析信号与系统，实现信号分解与合成的多种算法2掌握Matlab/Simulink仿真平台；学会求解系统的零状态响应，即卷积分运算；观察吉伯斯现象；设计二阶系统仿真模型，按实验指导书要求完成实验、提交报告。抽样定理和PAM调制解调实验根据模拟信号离散化的基本原理验证取样定理；设计和分析时分多路（TDMA）系统2熟悉实验箱原理；用示波器观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号之间的相互关系及特点。改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，多次观察波形；设计分析多路系统，按实验指导书要求完成实验、提交报告。六、考核方式及成绩评定教学过程中采取讲授、讨论、实验、期中测验、作业测评的方式进行，注重过程考核，考核方式包括：笔试、作业、讨论、实验、课内互动，课程报告等；过程考核占总评成绩的50%，期末考试占50%。各项成绩所占总成绩的比例如表3所示。表3信号与系统考核方式