信号与系统教案(打印稿)

合肥信息技术职业学院教案2013/2014学年度第2学期课程名称：信号与系统授课班级：2013级电子信息工程技术授课教师：辛玉霞所属系部：电子计算机系教务处制第1页教案首页课程名称信号与系统课程类型职业基础课使用教材教材名称：信号与系统主编：燕庆明出版社：高等教育出版社出版日期：2013年12月1日学时分配共64学时，其中理论50学时，实践10学时。课程教学目的与要求根据课程面对的工作任务和职业能力要求，根据我校办学定位和高职学生职业素养培养出发点，本课程知识目标应使学生明确《信号与系统》在电子信息工程专业职业能力培养中的地位和作用，加深知识的理解和综合运用。了解本课程在专业中的地位和应用领域；确定性信号经过LTI系统传输与处理的基本分析方法，包括连续系统与离散系统的时域分析、连续系统的频域分析、连续系统的复频域分析和离散系统的z域分析等；零输入响应与零状态响应、冲激响应与阶跃响应的求解；卷积的性质及其计算技巧；常用函数的Z变换、Z变换的基本性质以及Z反变换的计算方法等。主要参考书目备注第2页课程教案（№:1）授课内容课型理论□实践授课学时2教学方法与手段讲授、启发式教学目的与要求1、历史回顾；2、宏观上理解什么是信号与系统，领会本课程的学习及研究对象、任务与方法。教学重点与难点1、重点掌握一些常用信号以及特点；2、重点学会分析与判断信号的类别与性质。教学过程设计（包括导入语、主要内容、时间安排、提问或举例等）1、课程引入（80分钟）；必须要首先从宏观上理解什么是信号，什么是系统，同时告诉学生本课程的学习及研究对象、任务与方法，这是能够让学生入门本课程的关键。为此有如下讲授步骤：①举例，一些具体的学生可感受得到的系统实例。(15分钟)②然后让提出互动问题：在日常生活中可以看见哪些信号；在日常生活中又可以见到哪些系统？并让学生试分析之。在学生宏观上理解了信号与系统的模糊概念之后，接着就转入我们这个课程学习的是什么信号呢，有哪些，学习的是什么系统呢，对于这些信号与系统我们应该如何研究与分析呢，即对象与方法的问题？（10分钟）③宏观上领会本课程的学习与研究对象、任务与方法。（20分钟）LT、ZT、DFT等几种变换，可以转换信号与系统的不同域的数学模型。（20分钟）明确本课程的学习思路，先信号分析后系统分析，先时域分析，后变换域分析，最后综合信号与系统分析，先连续后离散，先时时域，后变换域。（15）3、（15分）总结；强调本次课程学生需要掌握与理解的重点内容；布置练习与预习任务；作业/思考题：第3页信号和信息的区别教学后记：课程教案（№:2）授课内容基本连续信号简单处理以及系统分析课型理论□实践授课学时教学方法与手段讲授、启发式教学目的与要求1、掌握常用的基本信号；2、掌握信号基本运算：四则运算，反转、尺度、平移运算，微积分运算；3、掌握冲激信号的定义。教学重点与难点能够利用阶跃信号且依据复杂信号的波形写出信号的表达式，且理解信号可以表示为冲激信号的时移加权和。教学过程设计（包括导入语、主要内容、时间安排、提问或举例等）首先复习（4分钟）：包括信号与系统的基本概念、信号的分类。然后提出本次课程的任务（1分钟）；掌握常用的基本信号，强调重要性；掌握信号的简单基本运算；掌握冲激信号的定义以及应用；1、（10分钟）常用的基本信号。2、（30分钟）掌握信号基本运算3、（30分）理解与掌握冲激信号的定义：狄拉克定义第一、引入；第二、介绍冲激信号的狄拉克定义，并分析。因此可举出一个矩形脉冲被压缩的例子（面积为1）冲激信号的波形的说明：由于冲激信号实际是无穷大的幅度，故在波形上所标注的是其几何数学意义上的面积，这里称之为强度，强度的具体物理名称随研究问题而变，例如冲击力强度，冲激电流强度等等。第三、冲激信号的一些性质4、（10分）能够利用阶跃信号且依据复杂信号的波形写出信号的表达式；总结（5分）：总结本次课的重点内容，布置小练习和预习任务。作业/思考题：习题1-1，1-2教学后记：第4页课程教案（№:3）授课内容系统微分方程；系统的零输入响应和零状态响应课型理论□实践授课学时2教学方法与手段讲授、启发式教学目的与要求1、掌握典型连续线性时不变系统的模型建立方法；2、掌握连续时间线性时不变性系统的时域中的经典求解方法；3、掌握系统的0+状态的判定；教学重点与难点1、重点：系统时域中的经典求解方法；2、难点：0+状态的判定教学过程设计（包括导入语、主要内容、时间安排、提问或举例等）复习回顾上次课程的内容与提问（5分）：重点是什么是系统的线性与时不变性；1、掌握典型连续线性时不变系统的模型建立方法；（15分）2、（40分）掌握连续时间线性时不变性系统的时域中的经典求解方法；3、（25分）掌握系统的0+状态的判定；①直接告知学生：激励0时刻加入系统时，真正接入系统的时刻是0+时刻，也就是激励真正起作用的时间是0+时刻，此时系统的状态有可能发生跳变，也即0+与0-时刻的状态值不连续，而我们求解的就是激励加入后系统发生的响应，因此此时我们在求解系统的响应的时候，必须用0+时刻的状态来确定一些“待定参数”，例如经典解中的待定参数。方法：将激励代入方程右端，根据系统的线性性，若出现冲激，那么会出现不响应0时刻不连续现象，为此我们必须用0+时刻求系统响应，原因很简单：就是激励真正起作用的时刻是0+时刻开始的，因此必须用此时刻的状态来求解系统响应中的参数。当然，若方程右端不出现冲激，那么也可以用0-时刻状态，因为此时状态连续。②利用冲激匹配法求解0+时刻系统状态。原理就是恒等式的原理，但是前提是在（0-，0+）区间之内用此原理。举例例3-2，把激励改成冲激信号。（这样做也可为以后的冲激响应做铺垫）最后总结（5分）作业/思考题：教学后记：第5页课程教案（№:4）授课内容阶跃函数；阶跃响应课型理论□实践授课学时2教学方法与手段讲授、启发式教学目的与要求1.掌握阶跃函数定义和性质2.掌握阶跃响应教学重点与难点分段函数用阶跃函数表示方法教学过程设计（包括导入语、主要内容、时间安排、提问或举例等）1.回顾与提问上次课程的内容（4分），引入本次课程的任务（1分）。掌握系统的零输入和零状态响应的概念；引导学生回忆所学课程“电路分析”中的关于电路系统的零输入和零状态响应概念，告知学生本次课程中零输入和零状态响应的概念式和以前所学过的概念是相同的；2.引入阶跃函数定义；介绍阶跃函数（20分钟）。3.介绍阶跃函数的性质（20分钟）。4.分段函数怎样用阶跃函数来表示，通过例题来给学生讲解（20分钟）；5.阶跃响应（20分钟）①利用零状态响应的概念，直接定义阶跃响应的概念；②引入算子的概念以及算子运算的规则；以微分方程转化为算子方程为实例讲解；③以一阶系统为例，利用算子方程推导求解阶跃响应④推广到高阶系统的阶跃响应；举例教材上例子；6.学生做练习题（10分钟）作业/思考题：教学后记：第6页课程教案（№:5）授课内容单位冲激函数；单位冲激响应课型理论□实践授课学时2教学方法与手段讲授、启发式教学目的与要求1.掌握冲激函数的定义；2.掌握冲激响应。教学重点与难点教学过程设计（包括导入语、主要内容、时间安排、提问或举例等）2.回顾与提问上次课程的内容（4分），引入本次课程的任务（1分）。掌握系统的零输入和零状态响应的概念；引导学生回忆所学课程“电路分析”中的关于电路系统的零输入和零状态响应概念，告知学生本次课程中零输入和零状态响应的概念式和以前所学过的概念是相同的；2.引入冲激函数定义；介绍冲激函数（20分钟）。3.介绍冲激函数的性质（20分钟）。4.冲激函数和阶跃函数的关系，通过例题来给学生讲解（20分钟）；5.冲激响应（20分钟）①利用零状态响应的概念，直接定义冲激响应的概念；②引入算子的概念以及算子运算的规则；以微分方程转化为算子方程为实例讲解；③以一阶系统为例，利用算子方程推导求解冲激响应④推广到高阶系统的冲激响应；举例教材上例子；⑤利用冲激响应与阶跃响应的关系求解冲激响应6.学生做练习题（10分钟）作业/思考题：教学后记：第7页课程教案（№:6）授课内容卷积的概念和性质；系统的卷积分析方法课型理论□实践授课学时2教学方法与手段讲授、启发式教学目的与要求1.掌握信号运算中的卷积运算的定义；2.掌握卷积运算的一些性质，利用卷积的性质简化卷积运算教学重点与难点卷积的计算教学过程设计（包括导入语、主要内容、时间安排、提问或举例等）1.回顾与提问上次课程的内容（8分），引入本次课程的任务（2分）。2.掌握信号运算中的卷积运算的定义。（20分钟）回顾以前所讲述课程的内容：任意连续时间信号可以分解为冲激信号的时移加权和，从而引入信号的一种重要运算形式——卷积运算；并定义卷积运算的表达式；3.两信号发生卷积积分运算产生新的信号。（20分钟）4.掌握卷积运算的一些性质，利用卷积的性质简化卷积运算。（40分钟）A、卷积运算的一些定律：交换律、分配律、结合律（物理意义在讲授零状态响应的时候再讲）。举例，利用冲激信号的时移性质与这些定律化简两个延时信号的卷积；12()()fttfttB、卷积积分的微积分性质()()()12()()()ijijftftft（证明略）C、利用卷积积分的微积分性质简化卷积积分运算最后总结（5分）作业/思考题：教学后记：第8页课程教案（№:7）授课内容卷积的图形扫描法课型理论□实践授课学时2教学方法与手段讲授、启发式教学目的与要求掌握卷积的图形扫描法教学重点与难点卷积的图形扫描法教学过程设计（包括导入语、主要内容、时间安排、提问或举例等）1.回顾与提问上次课程的内容（8分），引入本次课程的任务（2分）。2.两信号发生卷积积分运算产生新的信号。（50分钟）对此过程进行分析，主要是分解卷积积分的表达式子为五个步骤，让学生明白在卷积积分的时候，两个信号发生了什么样的变化，从本质上理解卷积积分。举例两个信号（比较简单）的信号进行卷积运算，即图解计算信号的卷积。可用教材图3-20为例讲解；3.学生做课本的例题，通过例题的练习掌握卷积的图形扫描法。（25分钟）4总结卷积的图形扫描法。（15分钟）作业/思考题：教学后记：第9页课程教案（№:8）授课内容含有冲击函数的卷积积分的运算课型理论□实践授课学时2教学方法与手段讲授、启发式教学目的与要求1、掌握系统零状态响应的卷积分析法；2、掌握特征函数及其在求解零状态响应中的应用；3、掌握零输入响应的求解；教学重点与难点含有冲激函数的卷积积分的计算教学过程设计（包括导入语、主要内容、时间安排、提问或举例等）教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：回顾与提问（4分）：零状态响应的概念、零输入响应的概念、卷积的计算方法；引入本次课程的任务（1分）；1、（25分）掌握系统零状态响应的卷积分析法；①冲激信号可以分解信号为时间移加权和，而线性时间不变系统的特点决定了，对于复杂信号输入系统的时候，可以将其分解成简单信号之和，例如正弦、复指数、冲激、阶跃信号，而这些简单的信号的系统响应容易求得，再把这些响应求和，那么就是系统的在激励时候的响应。因此推导关系：系统的零状态响应等于冲激响应与激励的卷积积分。②阶跃响应的求解可用此结论。举例例2-9、2-10③理解利用卷积积分的定律来分析串并联系统的求解；A、卷积积分的分配律理解系统的并联；B、卷积积分的结合律理解系统的串联；举例课后习题2-152、（45分）掌握特征函数及其在求解零状态响应中的应用；①定义一阶与二阶系统的特征函数并推导出一阶与二阶系统的零状态响应等于特征函数与激励的卷积；②做一般性的推广：n阶LTI系统的零状态响应等于特征函数与激励的卷积；3、（10分）掌握零输入响应的求解；最后总结与布置作业（5分）作业/思考题：教学后记：第10页课程教案（№:9）授课内容本章总结以及习题讲解课型理论□实践授课学时2教学方法与手段讲授、启发式教学目的与要求要求学生掌握本章的内容教学重点与难点通过习题的练习掌握知识点教学过程设计（包括导入语、