《信号与系统C》教学大纲

《信号与系统C》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：06131481课程性质：学科基础必修课程学分：4学分学时：64学时（理论54学时，实验10学时）先修课程：高等数学、线性代数、复变函数与积分变换、电路分析基础等后续课程：数字信号处理、医学图像处理、医用传感器原理及应用等适用专业：医学信息工程开课单位：电子信息工程学院一、课程说明《信号与系统C》是医学信息工程专业的一门学科基础必修课程。本课程主要讲授信号与系统的基本原理和基本分析方法，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养学生的抽象思维的能力及严谨的科学学风以及运用基础理论知识解决生产实际中问题的能力，兼顾新技术及其发展方向的介绍，培养能够适应区域经济发展的高素质应用型人才。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握本课程信号理论部分和系统理论部分两大部分内容，其中信号理论部分：研究信号的描述方法、信号的数学模型的建立、信号的基本特性以及信号的综合分析方法。系统理论部分：建立系统的数学模型、借助系统模型研究系统的基本属性以及系统的时域分析、傅里叶分析和复频域分析、Z域分析、系统函数的稳定性等方法。课程目标2：掌握信号的属性、描述、分类等内容，熟悉冲激信号、阶跃信号的定义、性质及和其它信号的运算规则以及信号的频谱、带宽等概念；掌握信号的基本运算方法、傅里叶级数展开方法、傅里叶变换及逆变换的运算、拉普拉斯变换及逆变换的运算等内容；对系统的属性、分类、描述等概念有深刻的理解，掌握系统的冲激响应、系统函数、幅频特性以及相频特性等概念；掌握系统的各种分析方法，尤其是频域分析方法在采样定理、调制解调、电路分析、滤波器设计、系统稳定性判定等实际方面的应用。课程目标3：掌握系统的各种分析方法在医学电子信息方面的应用。能够基于医学信息工程相关背景知识评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会等方面的影响。培养能担当、实践动手能力强、具有工匠精神以及爱国热情和民族自豪感的专业人才。三、课程目标与毕业要求《信号与系统C》课程教学目标对医学信息工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3掌握医学信息工程所需的专业知识，并能将其综合应用于解决复杂医学信息工程问题。课程目标1：掌握本课程信号理论部分和系统理论部分两大部分内容，其中信号理论部分：研究信号的描述方法、信号的数学模型的建立、信号的基本特性以及信号的综合分析方法。系统理论部分：建立系统的数学模型、借助系统模型研究系统的基本属性以及系统的时域分析、傅里叶分析和复频域分析、Z域分析等方法。H2.问题分析2.2能够应用数学、自然科学基本原理，对复杂医学信息工程问题进行表述。课程目标2：掌握信号的属性、描述、分类等内容，熟悉冲激信号、阶跃信号的定义、性质及和其它信号的运算规则以及信号的频谱、带宽等概念；掌握信号的基本运算方法、傅里叶级数展开方法、傅里叶变换及逆变换的运算、拉普拉斯变换及逆变换的运算等内容；对系统的属性、分类、描述等概念有深刻的理解，掌握系统的冲激响应、系统函数、幅频特性以及相频特性等概念；掌握系统的各种分析方法，尤其是频域分析方法在采样定理、调制解调、电路分析、滤波器设计、系统稳定性判定等实际方面的应用。H4.研究4.3能够分析和解释实验数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标2：掌握信号的属性、描述、分类等内容，熟悉冲激信号、阶跃信号的定义、性质及和其它信号的运算规则以及信号的频谱、带宽等概念；掌握信号的基本运算方法、傅里叶级数展开方法、傅里叶变换及逆变换的运算、拉普拉斯变换及逆变换的运算等内容；对系统的属性、分类、描述等概念有深刻的理解，掌握系统的冲激响应、系统函数、幅频特性以及相频特性等概念；掌握系统的各种分析方法，尤其是频域分析方法在采样定理、调制解调、电路分析、滤波器设计、系统稳定性判定等实际方面的应用。M6.工程与社会6.2能够认识和评价医学信息产品、技术的开发和应用及复杂医学信息工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。课程目标3：掌握系统的各种分析方法在医学电子信息方面的应用。能够基于医学信息工程相关背景知识评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康等方面的影响。培养其能担当、实践动手能力强、具有工匠精神以及爱国热情和民族自豪感的专业人才。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.信号与系统1.1绪论1.2信号1.3信号的基本运算1.4阶跃函数和冲激函数1.5系统的描述1.6系统的特性和分析方法教学要求：掌握常用典型信号及信号的基本运算；掌握阶跃函数和冲激函数的定义及性质；掌握系统的描述与分类。了解线性系统数学模型的建立及系统表示。重点：信号的分类、运算、常用信号的性质、系统的分类与描述。难点：信号的分类、系统的分类与描述。821、22.连续系统的时域分析2.1LTI连续系统的响应2.2冲激响应和阶跃响应2.3零状态响应与卷积积分2.4卷积积分的性质教学要求：掌握系统的响应求解方法；掌握冲激响应和阶跃响应；了解卷积的主要性质及卷积积分；掌握连续系统时域分析中用卷积积分求零状态响应；掌握系统的时域分析。重点：系统的单位冲激响应和零输入响应、零状态响应、卷积积分、系统的时域分析。难点:单位冲激响应、卷积积分、零输入响应、零状态响应。1222、33.离散系统的时域分析3.1LTI离散系统的响应3.2单位序列和单位序列响应3.3零状态响应与卷积和教学要求：掌握离散系统的响应求解；掌握单位序列和单位序列响应；零状态响应，熟悉卷积和。重点:单位序列和单位序列响应；离散时间系统的响应；零状态响应、卷积和。难点:单位序列响应；零状态响应、卷积和。62、34.傅里叶变换和系统的频域分析4.1信号分解为正交函数4.2傅里叶级数4.3周期信号的频谱4.4非周期信号的傅里叶变换4.5傅里叶变换的性质4.6能量谱和功率谱4.7周期信号的傅里叶变换4.8LTI系统的频域分析4.9取样定理教学要求：掌握信号分解为正交函数组合；掌握周期信号的分解—傅里叶级数；熟悉非周期信号的分解—傅里叶变换及其主要性质；了解信号的无失真传输、理想低通滤波器、取样的概念。重点:周期信号的傅里叶级数、非周期信号的傅里叶变换、常用信号的傅里叶变换；傅里叶变换的性质；连续时间系统的频域分析、信号的无失真传输的条件、理想低通滤波器的冲激响应、取样。难点:周期信号的傅里叶级数、非周期信号的傅里叶变换、常用信号的傅里叶变换；傅里叶变换的性质；信号的无失真传输、理想低通滤波器、取样。1461、2、35.连续系统的S域分析5.1拉普拉斯变换5.2拉普拉斯变换的性质5.3拉普拉斯逆变换5.4复频域分析教学要求：掌握拉普拉斯变换与反变换；熟悉拉普拉斯变换的主要性质；掌握线性时不变系统的复频域分析；掌握系统函数H(s)；熟悉H(s)零极点的概念；了解系统的框图表示和系统稳定性的概念。重点：拉普拉斯变换；拉普拉斯变换的性质；拉普拉斯反变换；连续时间系统的复频域分析、系统的稳定性。难点:拉普拉斯变换的性质；拉普拉斯反变换；连续时间系统的复频域分析；系统的稳定性。81、26.离散系统的Z域分析6.1z变换6.2z变换的性质6.3逆z变换6.4z域分析教学要求：掌握Z变换与逆Z变换；熟悉Z变换的主要性质；掌握Z域分析。重点:Z变换、常用信号的Z变换；Z变换的性质；逆Z变换；Z域分析。难点:逆Z变换；Z域分析61、2合计54102.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.常用信号的分类与观察实验内容：观察常用信号的波形。实验要求：掌握常用信号的波形特征，了解其特点、参数和产生方法。222.信号卷积实验实验内容：观察卷积的形成过程。实验要求：掌握卷积的物理意义并将实验结果与理论分析相结合进行分析讨论。223.有源与无源滤波器实验内容：对滤波器的特性进行观察。实验要求：了解有源与无源滤波器的低通、高通等滤波器特性并进行分析。224.信号传输综合实验实验内容：掌握结合信号的分解与合成，并输出后完成信号的采样与恢复。实验要求：运用信号分解与合成、抽样与恢复原理进行信号传输的综合设计42合计10五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，配合自建的河南省精品在线课程平台，充分发挥线上线下混合式教学方式的优势，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解信号与系统的基本原理和基本分析方法，掌握信号与系统的时域、变换域分析方法，理解各种变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换）的基本内容、性质与应用，培养学生具有工程应用能力，并为学生进一步学习后续课程打下坚实的基础。实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：（1）吴大正.信号与线性系统（第5版）[M].北京:高等教育出版社.2020.2.参考书：（1）郑君里.信号与系统（第3版）[M].北京:高等教育出版社.2011.（2）刘树棠.信号与系统（第2版）[M].北京:电子工业出版社.2014.（3）管致中.信号与线性系统（第6版）[M].北京:高等教育出版社.2015.3.期刊：（1）通信学报.中国通信学会.（2）电子与信息学报.中国科学院空天信息创新研究院.（3）电子科技大学学报.电子科技大学.（4）无线电工程.中国电子科技集团公司第54研究所.（5）IEEETransactionsonCommunications.IEEE-INSTELECTRICALELECTRONICSENGINEERSINC.4.网络资源：（1）中国大学MOOC(慕课)信号与系统课程./course/HAUE-1206700867?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_（2）通信人家园./七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现6（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√222实验16（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√16作业18（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√666期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核信号与系统的时域、变换域分析方法，各种变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换）的基本内容、性质与应用，以及学生具有的工程分析能力、综合应用能力等内容。（3）考试题型为：选择题、填空题、简答题和分析计算题等。√√√252510合计：100分334918八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为填空题、选择题、判断题、简答题、计算分析题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现15笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不参与教学活动。作业45作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。