發(fā)布時(shí)間：2014-05-07所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 論文摘要：數(shù)字信號(hào)處理課程作為信號(hào)處理學(xué)科一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，覆蓋我院電子信息工程和測(cè)控技術(shù)與儀器兩個(gè)專業(yè)，通過(guò)幾屆授課及與學(xué)生的課堂交流發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：學(xué)生在接收到相關(guān)課程的學(xué)習(xí)時(shí)僅能理解和掌握每一門課程中的一些理論知識(shí)，而且都是分
論文摘要：數(shù)字信號(hào)處理課程作為信號(hào)處理學(xué)科一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，覆蓋我院電子信息工程和測(cè)控技術(shù)與儀器兩個(gè)專業(yè)，通過(guò)幾屆授課及與學(xué)生的課堂交流發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：學(xué)生在接收到相關(guān)課程的學(xué)習(xí)時(shí)僅能理解和掌握每一門課程中的一些理論知識(shí)，而且都是分散、凌亂的，甚至一部分學(xué)生僅僅為了期末考試過(guò)關(guān)，無(wú)法形成一個(gè)完成的課程體系，提高自身的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)、目標(biāo)不明確，缺乏積極性，從此惡性循環(huán)。針對(duì)這些問(wèn)題，入學(xué)時(shí)教師的引導(dǎo)十分重要，這就要求每一門課程的授課老師不僅對(duì)自身專業(yè)領(lǐng)域非常熟悉，還需要站在信號(hào)處理這門學(xué)科的角度去考慮，做到自然銜接，讓學(xué)生能逐漸建立自己的知識(shí)體系，提高學(xué)習(xí)積極性和信心。同時(shí)需要進(jìn)行合理的課程結(jié)構(gòu)設(shè)置，整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程體系。使幾門相關(guān)的課程組成一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、層次清晰、相互連接的課程群體，進(jìn)而獲得整體優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程理論性強(qiáng)、抽象概念多等特點(diǎn)，結(jié)合我校該課程實(shí)際教學(xué)情況，從課程體系、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和考核方式四個(gè)方面進(jìn)行改革、研究。通過(guò)多媒體教學(xué)和試驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合，收到了較好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理,教學(xué)改革,教學(xué)方法
一、引言
數(shù)字信號(hào)處理作為高等院校電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，隨著全球信息化的飛速發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛。在本課程的教與學(xué)的過(guò)程中，普遍反映該課程理論性很強(qiáng)，抽象概念多，難以理解和掌握。尤其是對(duì)三本學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，且未開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課，學(xué)習(xí)本課程有一定困難，導(dǎo)致學(xué)生怕學(xué)、厭學(xué)、學(xué)不懂、學(xué)習(xí)興趣不高。因此如何幫助學(xué)生理解與掌握該課程的基本理論、并能夠綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題是本課程的首要任務(wù)。本文結(jié)合平頂山學(xué)院電氣信息工程學(xué)院數(shù)字信號(hào)處理的教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)課程體系、課堂教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)和考核方式進(jìn)行積極探索。
二、課程體系的優(yōu)化
數(shù)字信號(hào)處理課程作為信號(hào)處理學(xué)科一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，覆蓋我院電子信息工程和測(cè)控技術(shù)與儀器兩個(gè)專業(yè)，通過(guò)幾屆授課及與學(xué)生的課堂交流發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：學(xué)生在接收到相關(guān)課程的學(xué)習(xí)時(shí)僅能理解和掌握每一門課程中的一些理論知識(shí)，而且都是分散、凌亂的，甚至一部分學(xué)生僅僅為了期末考試過(guò)關(guān)，無(wú)法形成一個(gè)完成的課程體系，提高自身的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)、目標(biāo)不明確，缺乏積極性，從此惡性循環(huán)。針對(duì)這些問(wèn)題，入學(xué)時(shí)教師的引導(dǎo)十分重要，這就要求每一門課程的授課老師不僅對(duì)自身專業(yè)領(lǐng)域非常熟悉，還需要站在信號(hào)處理這門學(xué)科的角度去考慮，做到自然銜接，讓學(xué)生能逐漸建立自己的知識(shí)體系，提高學(xué)習(xí)積極性和信心。同時(shí)需要進(jìn)行合理的課程結(jié)構(gòu)設(shè)置，整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程體系。使幾門相關(guān)的課程組成一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、層次清晰、相互連接的課程群體[1]，進(jìn)而獲得整體優(yōu)勢(shì)。
數(shù)字信號(hào)處理課程其先修課程有信號(hào)與系統(tǒng)，高等數(shù)學(xué)、矩陣分析、MATLAB應(yīng)用等。后續(xù)課程有DSP技術(shù)及應(yīng)用、通信原理等。就目前我院相關(guān)專業(yè)的開(kāi)設(shè)情況進(jìn)行分析。
其一在課程內(nèi)容的選擇上無(wú)法實(shí)現(xiàn)很好的銜接，比如高等數(shù)學(xué)中的傅里葉級(jí)數(shù)，不管是對(duì)連續(xù)信號(hào)還是離散信號(hào)的分析，都具有很重要的地位，但是目前我院電子與測(cè)控兩個(gè)專業(yè)所開(kāi)設(shè)的高等數(shù)學(xué)課程中竟然把傅里葉級(jí)數(shù)這一章節(jié)刪掉不講。造成同學(xué)們對(duì)信號(hào)分解這部分的概念理解非常困難。高等數(shù)學(xué)工科專業(yè)上的第一門基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)目的是為了以后能在相關(guān)專業(yè)課程中有所應(yīng)用，目前我校基礎(chǔ)課課程的內(nèi)容選擇上無(wú)法以專業(yè)課為導(dǎo)向，不能把相關(guān)知識(shí)應(yīng)用到專業(yè)課中去，造成學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課時(shí)感覺(jué)枯燥、難懂;學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課時(shí)重要的知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有學(xué)到或者十分生疏，不利于后續(xù)課程的開(kāi)展。針對(duì)這種情況應(yīng)該通過(guò)相關(guān)學(xué)科教師之間進(jìn)行交流，通過(guò)對(duì)內(nèi)容調(diào)整使基礎(chǔ)課與專業(yè)課都能達(dá)到很好的教學(xué)效果。
其二在課程的安排順序上需要進(jìn)行調(diào)整。MATLAB是一種仿真軟件，在數(shù)字信號(hào)處理課程中應(yīng)用很廣泛，無(wú)論是對(duì)信號(hào)進(jìn)行譜分析還是濾波器的設(shè)計(jì)都采用該軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，作為一種功能強(qiáng)大的計(jì)算工具，學(xué)生需要掌握MATLAB軟件的應(yīng)用來(lái)處理專業(yè)課中所遇到的問(wèn)題。目前我院MATLAB課程作為考查課在大四上學(xué)期開(kāi)設(shè)，而考研的同學(xué)卻沒(méi)法在這學(xué)期投入較多的精力去學(xué)習(xí)，在某種程度上也影響到其他專業(yè)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的展開(kāi)，如果能把該軟件的學(xué)習(xí)作為一門基礎(chǔ)課開(kāi)設(shè)在大二上學(xué)期，則能使教育資源得到更好的利用。在數(shù)字信號(hào)處理這門課程的學(xué)習(xí)中得心應(yīng)手，游刃有余。
三、教學(xué)模式的更新
數(shù)字信號(hào)處理存在概念多、不直觀且非常抽象、公式推導(dǎo)繁瑣等問(wèn)題。在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)，學(xué)生普遍感到數(shù)字信號(hào)處理的概念抽象，對(duì)其中的分析方法與基本理論不能很好地理解與掌握。因此，如何幫助學(xué)生理解與掌握課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
首先，要轉(zhuǎn)變教學(xué)思想。在教學(xué)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)基本內(nèi)容的深刻理解和基本概念的建立，淡化公式的推導(dǎo)和解題技巧，強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2];以培養(yǎng)學(xué)生的能力為核心，打破理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的界限，在多媒體教室將課堂教學(xué)與上機(jī)實(shí)驗(yàn)融為一體，邊理論教學(xué)邊上機(jī)實(shí)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。
其次，教師必須不斷地更新教學(xué)手段。“數(shù)字信號(hào)處理”課程中有許多抽象的數(shù)學(xué)概念，可以通過(guò)MATLAB演示實(shí)驗(yàn)[3]，揭示其物理概念，幫助學(xué)生理解與掌握，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與學(xué)習(xí)積極性，利用啟發(fā)式的教學(xué)方法和個(gè)性化教學(xué)方法使學(xué)生有更多的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的空間。下面舉例說(shuō)明MATLAB在頻域采樣理論驗(yàn)證中的應(yīng)用。
例：長(zhǎng)度為26的三角形序列x(n)，分別對(duì)序列x(n)進(jìn)行16點(diǎn)32點(diǎn)的離散傅里葉變換(DFT)，分別對(duì)16點(diǎn)和32點(diǎn)頻域采樣進(jìn)行離散傅里葉反變換(IDFT)，并繪制波形圖驗(yàn)證頻域采樣理論[4]。
% 頻域采樣理論驗(yàn)證
運(yùn)行結(jié)果如圖1所示，由圖1可知：當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)(DFT變換的點(diǎn)數(shù))N=16<26(序列的長(zhǎng)度)時(shí)，存在時(shí)域混疊失真(d)，x16(n)≠x(n);當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)(DFT變換的點(diǎn)數(shù))N=32>26時(shí)，無(wú)時(shí)域混疊失真(f)，x32(n)=x(n)。此結(jié)果與頻域率采樣理論的內(nèi)容相符。
將MATLAB軟件引入數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中，不僅將枯燥難懂的數(shù)字信號(hào)處理課程變得有趣、易解，而且使學(xué)生能直觀地領(lǐng)會(huì)和理解分析方法和處理結(jié)果，這對(duì)推動(dòng)學(xué)生靈活深入地掌握基本概念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。
四、實(shí)踐教學(xué)的改革
數(shù)字信號(hào)處理課程雖然理論性較強(qiáng)、但與實(shí)踐關(guān)系密切，如果僅利用課堂時(shí)間對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行講解，難以使學(xué)生有比較透徹的理解，無(wú)法應(yīng)用到實(shí)踐。目前我院在該課程的開(kāi)設(shè)上還未加入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課，以致學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握相對(duì)膚淺。加入實(shí)驗(yàn)課程，不僅能夠讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用軟件分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，同時(shí)也加深會(huì)所學(xué)知識(shí)的理解。
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置力求科學(xué)合理，根據(jù)課程內(nèi)容的進(jìn)展設(shè)計(jì)不同層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案：驗(yàn)證型(基礎(chǔ)型)、提高型、拓展型[5]。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)相關(guān)理論、算法進(jìn)行驗(yàn)證、分析，如信號(hào)的譜分析與頻域采樣定理的驗(yàn)證等;提高型實(shí)驗(yàn)主要是根據(jù)響應(yīng)指標(biāo)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。拓展型實(shí)驗(yàn)是根據(jù)相關(guān)理論和算法對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的進(jìn)行分析與改進(jìn)，并結(jié)合其他相關(guān)專業(yè)課如DSP硬件技術(shù)進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)。如可以對(duì)一段錄制聲音信號(hào)或者圖像信號(hào)進(jìn)行去噪處理的MATLAB仿真與DSP實(shí)現(xiàn)。通過(guò)三個(gè)不同層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅學(xué)生對(duì)該課程中的理論知識(shí)掌握得更加扎實(shí)，同時(shí)也更好的鍛煉和提升專業(yè)實(shí)踐能力和專業(yè)創(chuàng)新能力，極大地提高該課程的教學(xué)水平。
五、考核方式的多樣化
考試是影響學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)主要因素，而目前考核形式還是圍繞著公式的套用、基本數(shù)學(xué)運(yùn)算等，考核結(jié)果也無(wú)法反映學(xué)生實(shí)際的掌握程度，甚至有些同學(xué)以考試過(guò)關(guān)為目的，具體收獲了什么知識(shí)、提高了哪些能力根本不關(guān)心，這勢(shì)必造成了考試帶來(lái)的過(guò)多負(fù)面影響，無(wú)法讓同學(xué)們?cè)谠撜n程的學(xué)習(xí)中提高自身的專業(yè)素養(yǎng)與實(shí)踐能力。隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)學(xué)生的要求也有所改變，不再像以前那樣重視單純的計(jì)算能力，而是利用所學(xué)基本原理和基本方法去學(xué)習(xí)新知識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，在新的歷史發(fā)展環(huán)境下，需要對(duì)當(dāng)前的考核方法及考核內(nèi)容進(jìn)行改革。
從考核內(nèi)容上，改變過(guò)去重理論輕實(shí)踐、重知識(shí)輕能力、重運(yùn)算輕應(yīng)用的考核方式，對(duì)學(xué)生知識(shí)和能力進(jìn)行綜合考核[6]。從考核方式上，改變過(guò)去學(xué)生靠死記硬背公式去應(yīng)付考試的現(xiàn)象，考試采取半開(kāi)卷的方式，加強(qiáng)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。不再單純靠期末考試成績(jī)確定最終成績(jī)，考核內(nèi)容包括平時(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、期末考試等，提高學(xué)生在每個(gè)環(huán)節(jié)中的積極性。
六、結(jié)論
在我院近幾屆電子信息工程專業(yè)和測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的教學(xué)中，進(jìn)行多方面的改革嘗試，采用多媒體教學(xué)與試驗(yàn)教學(xué)結(jié)合的教學(xué)模式，取得了較好的效果。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展和輔助軟件的應(yīng)用，數(shù)字信號(hào)處理課程理論教學(xué)內(nèi)容也在不斷地豐富和完善，教學(xué)方式還需要不斷地改進(jìn)和優(yōu)化，需要我們繼續(xù)學(xué)習(xí)和探索。
參考文獻(xiàn)
[1]李天倩，陽(yáng)小明.信號(hào)處理相關(guān)課程結(jié)構(gòu)探討[J].高等教育研究，2009，26(1)：87—89.
[2]陳厚金，胡鍵，薛鍵，徐錕，郝曉莉.信號(hào)與系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，1999.21 (4)：4—6.
[3]聶小燕，魯才.數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)改革的探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2008，6(6)：125—127.
[4]高西全，丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2008：89.
[5]朱金秀，張卓，朱昌平.數(shù)字信號(hào)處理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探討，2008，27(5)：96—98.
[6]余穎，肖靜，劉樹(shù)博.數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)改革的探索和實(shí)踐[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30(3)：294—296.
[7]李力利.數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)過(guò)程中的探索與體會(huì)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2003，25(2)：86—89.
[8]高軍萍，王霞，李琦，閆林.數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)改革的探索與體會(huì)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(2)：19—21.
[9]李軍，周亞訓(xùn).基于MATLAB和DSP的數(shù)字信號(hào)處理課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26(1)：26—30.
