数字信号处理课程改革与实践

DOI：10.16661/ki.1672-3791.2017.28.163
数字信号处理课程改革与实践①
王明武
(陕西理工大学机械工程学院 陕西汉中 723003)
摘 要：“数字信号处理”是一门理论性强、概念抽象、应用范围广的工科类专业课程。

本文详细地介绍了对“数字信号处理”课程
教学所做的一些探索和总结,并详细阐述和探讨了教学大纲、教学方法、实践教学等方面的改革。

实践证明,通过本次教学改革对提高“数字信号处理”课程的教学质量,提高学生的动手实践能力和综合应用能力能够起到良好的促进作用。

关键词：数字信号处理 教学改革 教学实践
中图分类号：G624 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2017)10(a)-0163-02
1 传统教学中存在的问题
数字信号处理课程具有理论性强、概念抽象的特点[2],大量的理论和算法都要通过严密的数学推导,传统的教学计划学时大都用在算法的讨论和理论公式的推导,教学手段主要以黑板教学为主,缺少灵活性,课程偏难且枯燥;教材中Mat l ab仿真实例以验证性实验居多,缺少具有实际工程背景的设计内容[3],更缺少与数字信号处理教学内容相关的编程实验,与专业教学计划设置脱节,学生渴望实践锻炼,但又对实验等一些实践环节重视程度不够,因此容易出现学生怕学、厌学及学不懂,老师怕教、难教、教不好的现象。

2 课堂教学的改革
2.1 修订教学大纲
陕西理工大学数字信号处理课程的教学计划一般安排40学时理论教学,8学时实验教学。

遵照学时安排,合理设计对学生的知识与能力指标体系,以适应应用型人才培养。

课程使学生培养信号分析与处理的思想,掌握信号处理的基础理论知识,并侧重于理论知识在实践中的应用,让学生具备应用信号处理的基本原理和方法去分析和解决实际工程问题的能力。

2.2 课堂教学改革
数字信号处理内容理论性较强,偏重于理论及算法推导,较少涉及实现方法及相关的软硬件技术,学生容易感觉枯燥难懂。

为解决这些难题,就要完善现有教学模式,采用多媒体教学和传统板书教学并用的教学手段。

一方面,对于课程中的基本理论和算法推导,以及习题讲解仍然采用板书详细讲解,以便学生有足够的时间跟上教师的授课思路,同时结合学科发展趋势,列出一些实际的工程实例与课本知识结合起来,让学生感觉学以致用。

另外,也要把数字信号处理的发展过程与理论知识结合起来,从而能够掌握各个知识点的关联与区别,加深对信号处理思想与工具的理解。

例如 “信号与系统”偏重于模拟信号与系统,“数字信号处理”偏重于数字信号与系统,原因是计算机只能处理数字信号,不能处理连续信号,所以必须把模拟信号通过抽样、量化、编码等步骤变换成数字信号,计算机才能识别处理模拟信号。

这样就可使学生把相关的思想、原理和方法融会贯通成一个完整的知识体系。

另一方面,对于诸如时域频域抽样和Z变换等表示物理工程概念,以及包括本学科新技术和新进展在内的课程内容则采用多媒体方式,通过声音、图片、动画、M at l ab仿真等多种互动教学形式,不仅节省了学时,而且有助于学生形象理解和提高学习兴趣,加深对课程内容的理解。

2.3 考试措施改革
学生的综合成绩主要由笔试、实验和平时成绩组成,各占比重为70%,20%,10%,有效地将学习过程考核、实验设计环节,以及课程设计纳入到考核范围[4]。

其中笔试主要考核学生对数字信号处理理论内容的掌握情况,注重分析与综合运用;实验成绩为操作技能和实验报告两部分组成,增强学生对实践环节的重视,强化其编程、仿真调试能力,以及独立分析解决问题的素质;平时成绩的给定主要参考平时课题提问及回答、作业成绩、课堂考勤,以及课程设计等部分,课程设计报告要求在数字信号处理课程结课后,分小组自助选题做研究,并按照规定的格式和内容要求提交一份研究报告。

3 实践教学的改革
3.1 改革Matlab实验
在教材或实验指导书验证性实验的基础上,为学生提供必要工作环境和条件,增设设计性和综合型实验内容。

例如,人体心电图在测量过程中间容易受到外界环境通信及电磁信号的干扰。

实验给出一个心电图信号采样序列标本x(n),假设该信号中存在外界干扰信号,要求在实验中输入心电图序列x(n),滤除x(n)序列中的外界干扰信号,保留原始的有用信号。

学生通过类似的综合性实验,可以实现信号的频谱分析、滤波和设计,完成简单的数字信号处理功能,从而锻炼了学生的综合运用能力,使其感觉有趣、有用,更能进一步增强其学习、科研的兴趣和能力。

3.2 改革DSP实验
目前,我院利用现有的银杏科技公司的DE S320PP-U 数字信号处理仿真/教学实验系统集成了型号为X D S510仿真调试器,不需要外部J TA G仿真器即可完
①作者简介:王明武(1980,1—),男,河南商丘人,硕士,讲师,研究方向:为先进工业自动化技术集成与应用、嵌入式系统。

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学习者提取记忆内容的速度相对较慢,必须通过回忆情境进行提取,语速较慢。

触觉型学习者容易情绪化,要么是特立独行,要么是落伍者。

他们善于与人进行身体的接触来建立感情,但有时反而会招致别人的反感。

触觉型的人多谈“你摸摸”,虽然触觉学习是最好最快的学习,但这种学习方式更需要运动、需要感觉、需要触摸、需要动手去做的过程。

而学校的传统教育是靠老师的讲课,学生动手、动口机会很少,故而触觉学习者往往是老师不太喜欢的学生,毕竟如果强迫他们坐在课堂上不动,他们就会感觉非常的无聊乏味,甚至有些人被归结为“多动症”。

实际上,触觉型学习者肢体语言灵活丰富,表演性、模仿力都很强。

他们热衷体育活动,有极强的方向感;他们精力旺盛,对外界的好奇心和关注的东西很多;他们往往特别聪明,具有创造性。

他们在学习时可以充分调动各种感官参加进来,使各种感官都得到充分刺激,有着极强的解决mu lti-t asks的能力。

触觉学习模式又称为体验和动手操作模式,它的创新有助于同学们英语写作和翻译能力的培养,通过多种设计,在PPT前展示、互动,在活动中去运用知识,以此达到最佳学习效果。

2 三种模式在语言学习中的作用
研究目的往往以对学习风格本质的理解为基础,学习风格有“有利于学习的”和“阻碍学习的”,因此本项目研究的目的是要了解并建立学习风格与语言学习成败之间的联系。

每个人都有自己的学习风格,也有自己学习风格上的长处和局限性。

学习风格是一种自然的感知、认知和情感上的倾向,具有相对的稳定性。

目前国外的主流语言教材内容非常贴近生活,但安排比较松散,中国学生感觉是“抓不住”,“学了就忘”,这就需要语言教学与学习风格相结合,在外语教学中引入上述四种学习风格,视觉学习风格严密地以“音”“形”“意”的方式将词成句,切割成片,化整为零,形象记忆而长久不忘;听觉学习模式以抓关键词为主,反应迅速,借助文字材料,做到“眼到,心到,手到”达到一种认知型的英语学习模式。

触觉学习风格在语言学习的运用最佳,在语言条件、思维形式、心理素质、环境氛围等诸多因素的协调下,建立合理的思路,配以恰当的逻辑,达致连贯的表达,如：英语学习中,在英语三段式的操纵下,以“i n for mat ive”切入主题,以“supp or t ive”拓展题目,施以论据,以“sugge stive”结束主题,提出解决方案。

这种学习风格与语言习得相结合,可以提高学习者的语言应用能力。

学习者深入了解了这些学习风格之后,会形成自己的学习对策,从而总结出自己的英语学习方法,提高学习效率。

3 结语
了解这三种英语学习模式,并在语言学习摸索中根据自身情况形成有个人特色的语言学习风格,在应试英语学习的大环境中摆脱困境,提高自己的语言应用能力和篇章分析能力,为提高自身的“听说读写译”能力打下坚实的基础。

参考文献
[1] 边红丽.创新、创新教育和人才培养[J].兰州交通大学学
报,2013,22(12):30-33.
[2] Joy M Reid.Learning styles in the ESL/EFL
[M].北京:外语教学与研究出版社,2012.
[3] 周绵绵,余笑.叶长彬编著英语学习策略[M].北京：科学
出版社,2011.
成D S P各个模块的实验;该实验系统全面支持T I公司的C2000,C5000,C6000等系列DSP,可开设出算术运算类、数字信号处理理论类、芯片原理类、DSP/BIOS、信号与系统类、控制类,以及硬件扩展设计实验等实验项目。

为此,在现有的实验项目基础上,借助于试验箱及其CCS编程环境,学生可以在CCS图形窗口观察信号的时域和频域曲线,观察原始信号和滤波后信号的曲线。

这样,可有机地将硬件和软件相结合进行实验,将数字信号处理理论与D SP控制器使用编程融为一体,真正地讲数字信号处理理论应用到实际工程中,达到理论与实践相统一的目的,学生在实验与编程环节中达到“知其然,更知其所以然”。

我院将全部实验室对外开放,学生可以主动联系实验室,可以在实验室无教学任务的情况下,自行练习教材或课堂上的程序,也可以自己提出要研究的课题,进行论证编程。

通过实践实验环节的锻炼,达到从教学实验锻炼到工程实践的逐层深化和提高,从而有助于学生具有自助学习探究的态度,以及创新创业的精神,以适应当前多元化的社会对综合人才的需求[5]。

4 结语
通过对数字信号处理的课程大纲、课堂教学、实践教学等方面的系列改革,在实际的教学中取得了令人满意的教学效果,不仅激发了学生的学习兴趣和积极性,让学生更为深刻地理解了信号处理的思想和基本理论,而且培养了学生思考与钻研能力。

希望通过进一步地教学改革和尝试,带动应用型本科院校数字信号处理教学质量再上一个台阶。

参考文献
[1] 王秋生,袁海斌．“数字信号处理"教学方法的探索与实
践[J]．电气电子教学学报,2008,30(4)：87-89．
[2] 王冬霞,李波,孙福明,等．应用型本科院校《数字信号处
理》的教学改革与探索[J]．辽宁工业大学学报(社会科学版),2010,12(6)：30-31．
[3] 毛伊敏,钟文涛．数字信号处理课程研究型教学方法研
究[J]．中国电力教育,2008(11)：79-80．
[4] 沈媛媛,刘益成．数字信号处理课程教学改革探讨[J]．中
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[5] 王艳芬,王刚,张晓光,等．《数字信号处理》研究性课程
建设与探索[J]．实验科学与技术,2008(4)：80-82.
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