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《数字信号处理》教学方法研究

2020-02-06发布者:青青草大小:21.50 KB 下载:0

1.引言 随着电子技术及计算机技术的飞速发展,数字信号处理的新理论和新 技术层出不穷,目前它已成为应用最快、成效最显著的学科之一。《数字信号 处理》已经成为我校通信工程专业的一门专业基础课,它是多门课程相互连接 的桥梁和纽带,实现了从理论到实践的相互过渡,对于培养学生理论分析和综 合应用能力有非常重要的作用。但是该课程理论性比较强,概念抽象,[1] 对数学基础要求也比较高,容易使学生感到乏味,学生对该课程普遍有畏难情 绪。因此笔者结合江苏大学通信学院的教学特点,对数字信号处理教学方法作 了深层的探讨,在传统教学手段的基础上,开发了多媒体教学辅助系统,充分 发挥了现代教学手段的优势;并将 Matlab 软件用于教学,将抽象的概念感性化, 以形象生动的手段来展示理论内涵;采用实验和教学相结合的形象教学,培养 学生的学习兴趣,充分调动学生的学习积极性。 2.教材和教学内容的选择 2.1 教材选择 目前“数字信号处理”的教材很多,笔者选用了东南大学吴镇扬教授编写 的《数字信号处理》第二版。[2]该书对信号处理的基础理论和基本算法进 行了充分的论述与讨论,条理清楚,深入浅出,有利于学生更牢固地掌握,是 一本很实用的教材。该书还很好地处理了和“信号与线性系统”的关系,在保持 课程完整性的同时压缩重复内容。在内容取舍上,结合数字信号处理技术的发 展做了精心的安排。 2.2 教学内容 “数字信号处理”课程理论性较强,对数学基础要求较高,学生普遍反映 抽象、难学。[3]针对这种情况,为在 60 学时(含实验 10 学时)内有效完 成数字信号处理的知识点的讲授,笔者对内容做了合理安排,讲授沿两条主线 进行,精简部分内容,如表 1 所示。 一条是信号与系统的时、频域分析,包括离散系统的时域分析、z 域分 析、傅氏变换,FFT 及利用 FFT 进行频谱分析;另一条是数字滤波器的设计与实 现,包括 IIR 数字滤波器的设计、FIR 数字滤波器的设计,以及这两类数字滤波 器的实现结构和各种滤波器结构的误差分析。对教材中关于 DSP 应用方面,如 芯片介绍这一节的内容,将并入到另一门课“DSP 芯片原理及应用”这门课中讲授。 3.教学方法优化 “数字信号处理”是一门数学理论较强的课程,其特点是公式多,概念比 较抽象,比较枯燥,难度大。要获得较好的教学效果,我们需要采取一些技巧 和方法。 3.1 多媒体教学手段和传统教学手段的并用 基于本课程的特点,在教学过程中教师可以采用板书和多媒体教学相 结合的讲课方式,以板书为主,多媒体为辅。板书主要是针对一些课程中的基 本原理和方法推导证明,这样可以使讲课方式更灵活、师生互动性更强,使学 生跟随教师的思路来领会学习的要点和难点,学起来比较容易。而对于一些需 要形象理解、图形举例演示的部分,教师可以采用多媒体教学方法,利用图像、 视频等多种形式进行互动教学。[4]比如介绍采样定理的时候,在推导采样 定理的同时,采用动画的方式,演示一个模拟信号经过采样前后,时域和频域 的变换关系,使学生更深刻地理解采样定理,实现对该知识点的融会贯通。 在设计幻灯片格式时我们应注意以下几点: (1)选择容易看清的字体和字号。PowerPoint 默认的中文字体为宋体、 英文字体为 TimesNewRoman,为保证坐在教室最后一排(尤其角落处)的学生看 清演示,中文选用加粗黑体,英文选用加粗 Arial,字号在 18pointspoints 和 28pointspoints 之间。 (2)选用深蓝色背景,字体颜色采用对比度较高的颜色。为了便于学 生使用,将演示文稿制作成适于打印的.pdf 文件。 (3)由于学生同时听讲和看幻灯片,注意力容易分散,会感觉跟不上 讲课思路或对于幻灯片内容印象不深。为解决这个问题,既可以利用动画效果 逐步展示内容,又可以制作内容精练、布局合理、便于识记的幻灯片。 3.2 在教学中应用 Matlab 软件 Matlab 是 DSP 教学中的标准仿真软件,它能轻松完成系统分析、信号 处理中的大量计算和绘图工作,并可生成教学所需的多媒体素材。[5]例: 已知一连续正弦信号的频率为 150Hz,取时间长度为 0.1s,采样频率分别取为 500Hz,1000Hz,5000Hz,20000Hz,仿真结果分别如图 1―4 所示。 3.3 课堂讨论与练习 课堂目前是本科生进行理论学习的主要场所,课堂教学方法的改革应 放在重要位置。笔者采取“启发式教学和研究型学习”的教学方法,从研究问题 入手,将数字信号处理的一些重要理论构建过程展现出来,同时提出新的问题, 以便让学生进行思考和研究。比如介绍滤波器理论时,笔者首先提出在通信系 统构建的主要模块,在系统最前端,其次为了选择有效信号,引入滤波的概念, 提出滤波器理论。 在课程的理论教学中,笔者针对教学难点和重点提出问题,定期和不 定期地在课堂中进行讨论,请学生事先准备好,上讲台发表见解。 4.结语 《数字信号处理》是一门非常重要的课程,因此在适应素质教育对电 子信息专业人才培养的要求下,笔者结合我校实际情况对该课程进行优化改革。 实践证明,随着通信技术、电子技术和计算机技术的飞速发展,实现对《数字 信号处理》的教学优化,有利于提高课时效率,有利于拓宽专业知识面,有利 于培养和加强自身系统设计能力和实践能力,有利于加强自身素质教育的课程 改革。 但是,如何在学习过程中发挥自身的主动性,将更多方案应用于学习, 使学生的学习效果达到最优,还有待进一步探索和实践。采用 Matlab 仿真软件 来优化课堂教学,不仅丰富了教学内容,而且加深了学生对理论的理解;使公 式的推导不再枯燥,且算法易于实现;使理论与实际紧密结合,更锻炼了学生 的实践能力。 
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