《信號與系統(tǒng)C》教學(xué)大綱

《信號與系統(tǒng)C》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06131481課程性質(zhì)：學(xué)科基礎(chǔ)必修課程學(xué)分：4學(xué)分學(xué)時：64學(xué)時（理論54學(xué)時，實(shí)驗(yàn)10學(xué)時）先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)與積分變換、電路分析基礎(chǔ)等后續(xù)課程：數(shù)字信號處理、醫(yī)學(xué)圖像處理、醫(yī)用傳感器原理及應(yīng)用等適用專業(yè)：醫(yī)學(xué)信息工程開課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說明《信號與系統(tǒng)C》是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)必修課程。本課程主要講授信號與系統(tǒng)的基本原理和基本分析方法，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。本課程注重基本理論知識的深入學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維的能力及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)學(xué)風(fēng)以及運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識解決生產(chǎn)實(shí)際中問題的能力，兼顧新技術(shù)及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)能夠適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握本課程信號理論部分和系統(tǒng)理論部分兩大部分內(nèi)容，其中信號理論部分：研究信號的描述方法、信號的數(shù)學(xué)模型的建立、信號的基本特性以及信號的綜合分析方法。系統(tǒng)理論部分：建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、借助系統(tǒng)模型研究系統(tǒng)的基本屬性以及系統(tǒng)的時域分析、傅里葉分析和復(fù)頻域分析、Z域分析、系統(tǒng)函數(shù)的穩(wěn)定性等方法。課程目標(biāo)2：掌握信號的屬性、描述、分類等內(nèi)容，熟悉沖激信號、階躍信號的定義、性質(zhì)及和其它信號的運(yùn)算規(guī)則以及信號的頻譜、帶寬等概念；掌握信號的基本運(yùn)算方法、傅里葉級數(shù)展開方法、傅里葉變換及逆變換的運(yùn)算、拉普拉斯變換及逆變換的運(yùn)算等內(nèi)容；對系統(tǒng)的屬性、分類、描述等概念有深刻的理解，掌握系統(tǒng)的沖激響應(yīng)、系統(tǒng)函數(shù)、幅頻特性以及相頻特性等概念；掌握系統(tǒng)的各種分析方法，尤其是頻域分析方法在采樣定理、調(diào)制解調(diào)、電路分析、濾波器設(shè)計(jì)、系統(tǒng)穩(wěn)定性判定等實(shí)際方面的應(yīng)用。課程目標(biāo)3：掌握系統(tǒng)的各種分析方法在醫(yī)學(xué)電子信息方面的應(yīng)用。能夠基于醫(yī)學(xué)信息工程相關(guān)背景知識評價專業(yè)工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會等方面的影響。培養(yǎng)能擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐動手能力強(qiáng)、具有工匠精神以及愛國熱情和民族自豪感的專業(yè)人才。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《信號與系統(tǒng)C》課程教學(xué)目標(biāo)對醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識1.3掌握醫(yī)學(xué)信息工程所需的專業(yè)知識，并能將其綜合應(yīng)用于解決復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問題。課程目標(biāo)1：掌握本課程信號理論部分和系統(tǒng)理論部分兩大部分內(nèi)容，其中信號理論部分：研究信號的描述方法、信號的數(shù)學(xué)模型的建立、信號的基本特性以及信號的綜合分析方法。系統(tǒng)理論部分：建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、借助系統(tǒng)模型研究系統(tǒng)的基本屬性以及系統(tǒng)的時域分析、傅里葉分析和復(fù)頻域分析、Z域分析等方法。H2.問題分析2.2能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)基本原理，對復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問題進(jìn)行表述。課程目標(biāo)2：掌握信號的屬性、描述、分類等內(nèi)容，熟悉沖激信號、階躍信號的定義、性質(zhì)及和其它信號的運(yùn)算規(guī)則以及信號的頻譜、帶寬等概念；掌握信號的基本運(yùn)算方法、傅里葉級數(shù)展開方法、傅里葉變換及逆變換的運(yùn)算、拉普拉斯變換及逆變換的運(yùn)算等內(nèi)容；對系統(tǒng)的屬性、分類、描述等概念有深刻的理解，掌握系統(tǒng)的沖激響應(yīng)、系統(tǒng)函數(shù)、幅頻特性以及相頻特性等概念；掌握系統(tǒng)的各種分析方法，尤其是頻域分析方法在采樣定理、調(diào)制解調(diào)、電路分析、濾波器設(shè)計(jì)、系統(tǒng)穩(wěn)定性判定等實(shí)際方面的應(yīng)用。H4.研究4.3能夠分析和解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)2：掌握信號的屬性、描述、分類等內(nèi)容，熟悉沖激信號、階躍信號的定義、性質(zhì)及和其它信號的運(yùn)算規(guī)則以及信號的頻譜、帶寬等概念；掌握信號的基本運(yùn)算方法、傅里葉級數(shù)展開方法、傅里葉變換及逆變換的運(yùn)算、拉普拉斯變換及逆變換的運(yùn)算等內(nèi)容；對系統(tǒng)的屬性、分類、描述等概念有深刻的理解，掌握系統(tǒng)的沖激響應(yīng)、系統(tǒng)函數(shù)、幅頻特性以及相頻特性等概念；掌握系統(tǒng)的各種分析方法，尤其是頻域分析方法在采樣定理、調(diào)制解調(diào)、電路分析、濾波器設(shè)計(jì)、系統(tǒng)穩(wěn)定性判定等實(shí)際方面的應(yīng)用。M6.工程與社會6.2能夠認(rèn)識和評價醫(yī)學(xué)信息產(chǎn)品、技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用及復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。課程目標(biāo)3：掌握系統(tǒng)的各種分析方法在醫(yī)學(xué)電子信息方面的應(yīng)用。能夠基于醫(yī)學(xué)信息工程相關(guān)背景知識評價專業(yè)工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康等方面的影響。培養(yǎng)其能擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐動手能力強(qiáng)、具有工匠精神以及愛國熱情和民族自豪感的專業(yè)人才。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時實(shí)驗(yàn)學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.信號與系統(tǒng)1.1緒論1.2信號1.3信號的基本運(yùn)算1.4階躍函數(shù)和沖激函數(shù)1.5系統(tǒng)的描述1.6系統(tǒng)的特性和分析方法教學(xué)要求：掌握常用典型信號及信號的基本運(yùn)算；掌握階躍函數(shù)和沖激函數(shù)的定義及性質(zhì)；掌握系統(tǒng)的描述與分類。了解線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及系統(tǒng)表示。重點(diǎn)：信號的分類、運(yùn)算、常用信號的性質(zhì)、系統(tǒng)的分類與描述。難點(diǎn)：信號的分類、系統(tǒng)的分類與描述。821、22.連續(xù)系統(tǒng)的時域分析2.1LTI連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng)2.2沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)2.3零狀態(tài)響應(yīng)與卷積積分2.4卷積積分的性質(zhì)教學(xué)要求：掌握系統(tǒng)的響應(yīng)求解方法；掌握沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)；了解卷積的主要性質(zhì)及卷積積分；掌握連續(xù)系統(tǒng)時域分析中用卷積積分求零狀態(tài)響應(yīng)；掌握系統(tǒng)的時域分析。重點(diǎn)：系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)和零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、卷積積分、系統(tǒng)的時域分析。難點(diǎn):單位沖激響應(yīng)、卷積積分、零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)。1222、33.離散系統(tǒng)的時域分析3.1LTI離散系統(tǒng)的響應(yīng)3.2單位序列和單位序列響應(yīng)3.3零狀態(tài)響應(yīng)與卷積和教學(xué)要求：掌握離散系統(tǒng)的響應(yīng)求解；掌握單位序列和單位序列響應(yīng)；零狀態(tài)響應(yīng)，熟悉卷積和。重點(diǎn):單位序列和單位序列響應(yīng)；離散時間系統(tǒng)的響應(yīng)；零狀態(tài)響應(yīng)、卷積和。難點(diǎn):單位序列響應(yīng)；零狀態(tài)響應(yīng)、卷積和。62、34.傅里葉變換和系統(tǒng)的頻域分析4.1信號分解為正交函數(shù)4.2傅里葉級數(shù)4.3周期信號的頻譜4.4非周期信號的傅里葉變換4.5傅里葉變換的性質(zhì)4.6能量譜和功率譜4.7周期信號的傅里葉變換4.8LTI系統(tǒng)的頻域分析4.9取樣定理教學(xué)要求：掌握信號分解為正交函數(shù)組合；掌握周期信號的分解—傅里葉級數(shù)；熟悉非周期信號的分解—傅里葉變換及其主要性質(zhì)；了解信號的無失真?zhèn)鬏敗⒗硐氲屯V波器、取樣的概念。重點(diǎn):周期信號的傅里葉級數(shù)、非周期信號的傅里葉變換、常用信號的傅里葉變換；傅里葉變換的性質(zhì)；連續(xù)時間系統(tǒng)的頻域分析、信號的無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件、理想低通濾波器的沖激響應(yīng)、取樣。難點(diǎn):周期信號的傅里葉級數(shù)、非周期信號的傅里葉變換、常用信號的傅里葉變換；傅里葉變換的性質(zhì)；信號的無失真?zhèn)鬏?、理想低通濾波器、取樣。1461、2、35.連續(xù)系統(tǒng)的S域分析5.1拉普拉斯變換5.2拉普拉斯變換的性質(zhì)5.3拉普拉斯逆變換5.4復(fù)頻域分析教學(xué)要求：掌握拉普拉斯變換與反變換；熟悉拉普拉斯變換的主要性質(zhì)；掌握線性時不變系統(tǒng)的復(fù)頻域分析；掌握系統(tǒng)函數(shù)H(s)；熟悉H(s)零極點(diǎn)的概念；了解系統(tǒng)的框圖表示和系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念。重點(diǎn)：拉普拉斯變換；拉普拉斯變換的性質(zhì)；拉普拉斯反變換；連續(xù)時間系統(tǒng)的復(fù)頻域分析、系統(tǒng)的穩(wěn)定性。難點(diǎn):拉普拉斯變換的性質(zhì)；拉普拉斯反變換；連續(xù)時間系統(tǒng)的復(fù)頻域分析；系統(tǒng)的穩(wěn)定性。81、26.離散系統(tǒng)的Z域分析6.1z變換6.2z變換的性質(zhì)6.3逆z變換6.4z域分析教學(xué)要求：掌握Z變換與逆Z變換；熟悉Z變換的主要性質(zhì)；掌握Z域分析。重點(diǎn):Z變換、常用信號的Z變換；Z變換的性質(zhì)；逆Z變換；Z域分析。難點(diǎn):逆Z變換；Z域分析61、2合計(jì)54102.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.常用信號的分類與觀察實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：觀察常用信號的波形。實(shí)驗(yàn)要求：掌握常用信號的波形特征，了解其特點(diǎn)、參數(shù)和產(chǎn)生方法。222.信號卷積實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：觀察卷積的形成過程。實(shí)驗(yàn)要求：掌握卷積的物理意義并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相結(jié)合進(jìn)行分析討論。223.有源與無源濾波器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：對濾波器的特性進(jìn)行觀察。實(shí)驗(yàn)要求：了解有源與無源濾波器的低通、高通等濾波器特性并進(jìn)行分析。224.信號傳輸綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：掌握結(jié)合信號的分解與合成，并輸出后完成信號的采樣與恢復(fù)。實(shí)驗(yàn)要求：運(yùn)用信號分解與合成、抽樣與恢復(fù)原理進(jìn)行信號傳輸?shù)木C合設(shè)計(jì)42合計(jì)10五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，配合自建的河南省精品在線課程平臺，充分發(fā)揮線上線下混合式教學(xué)方式的優(yōu)勢，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解信號與系統(tǒng)的基本原理和基本分析方法，掌握信號與系統(tǒng)的時域、變換域分析方法，理解各種變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換）的基本內(nèi)容、性質(zhì)與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生具有工程應(yīng)用能力，并為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)著重講授如何用科學(xué)的手段來完成理論的驗(yàn)證；如何組織實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；介紹常用設(shè)備和儀器的原理、構(gòu)造和使用維護(hù)方法以及綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的思路和方案設(shè)計(jì)等。采用教師講授和學(xué)生動手操作的方法；在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書；在實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，要認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、課程資源1.推薦教材：（1）吳大正.信號與線性系統(tǒng)（第5版）[M].北京:高等教育出版社.2020.2.參考書：（1）鄭君里.信號與系統(tǒng)（第3版）[M].北京:高等教育出版社.2011.（2）劉樹棠.信號與系統(tǒng)（第2版）[M].北京:電子工業(yè)出版社.2014.（3）管致中.信號與線性系統(tǒng)（第6版）[M].北京:高等教育出版社.2015.3.期刊：（1）通信學(xué)報(bào).中國通信學(xué)會.（2）電子與信息學(xué)報(bào).中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院.（3）電子科技大學(xué)學(xué)報(bào).電子科技大學(xué).（4）無線電工程.中國電子科技集團(tuán)公司第54研究所.（5）IEEETransactionsonCommunications.IEEE-INSTELECTRICALELECTRONICSENGINEERSINC.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）中國大學(xué)MOOC(慕課)信號與系統(tǒng)課程./course/HAUE-1206700867?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_（2）通信人家園./七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)6（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。√√√222實(shí)驗(yàn)16（1）根據(jù)每個實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評分，取各次實(shí)驗(yàn)成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實(shí)驗(yàn)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！?6作業(yè)18（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?66期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。（2）主要考核信號與系統(tǒng)的時域、變換域分析方法，各種變換（傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換）的基本內(nèi)容、性質(zhì)與應(yīng)用，以及學(xué)生具有的工程分析能力、綜合應(yīng)用能力等內(nèi)容。（3）考試題型為：選擇題、填空題、簡答題和分析計(jì)算題等?！獭獭?52510合計(jì)：100分334918八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末考試等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡答題、計(jì)算分析題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)15筆記完整，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，偶爾參與教學(xué)活動。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，不參與教學(xué)活動。作業(yè)45作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。