淺談“數(shù)字信號(hào)處理”的多元化教學(xué)手段

黃國(guó)玉+鄧賢君+陳文波+郭瑋+楊斌

摘要：根據(jù)“數(shù)字信號(hào)處理”課程多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及該課程的特點(diǎn)，從概念和過程可視化、編寫制作精良的課件、跟蹤調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果三方面，采用多元化教學(xué)手段來完善該課程。

關(guān)鍵詞：MATLAB;數(shù)字信號(hào)處理;多元化

“數(shù)字信號(hào)處理”是采用計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理的一門學(xué)科。其作為電子信息、通信類本科專業(yè)的主干專業(yè)課程之一，通常成為同學(xué)們專業(yè)進(jìn)階過程中的攔路虎。主要原因是其牽涉的概念抽象，各種變換以及反變換計(jì)算復(fù)雜，對(duì)應(yīng)的物理意義不容易把握。對(duì)該課程的講授不能僅僅采用理論教學(xué)的方法，必須探索“數(shù)字信號(hào)處理”多元化的教學(xué)方法和教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。根據(jù)“數(shù)字信號(hào)處理”九年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)往屆生的問卷調(diào)查，我們著手從以下方面對(duì)該課程進(jìn)行完善。

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在PC機(jī)平臺(tái)上利用多種軟件實(shí)現(xiàn)“數(shù)字信號(hào)處理”課程中主要概念和過程動(dòng)態(tài)可視化的程序仿真

MATLAB是用于科學(xué)計(jì)算的可視化高性能語言的軟件環(huán)境[1]。它包含數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，擁有友好的界面。其信號(hào)處理工具箱包含了各種經(jīng)典的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常采用MATLAB進(jìn)行仿真驗(yàn)證。以下是教學(xué)過程中的應(yīng)用舉例說明。在MATLAB上驗(yàn)證采樣定理：分別取三個(gè)不用的采樣頻率對(duì)連續(xù)信號(hào)xa（t）=（Ae-at）sin（Ω0t）u（t）進(jìn)行采樣，對(duì)不同采樣頻率的采樣信號(hào)做傅立葉變換求得其頻譜。從程序仿真圖形上可明顯看出，當(dāng)采樣頻率大于等于原信號(hào)最高截止頻率2倍，采樣信號(hào)的頻譜與原連續(xù)信號(hào)的頻譜基本一致;當(dāng)采樣頻率小于原信號(hào)最高截止頻率2倍時(shí)，采樣信號(hào)的頻譜與原連續(xù)信號(hào)的頻譜不一致，因?yàn)轭l譜混疊而發(fā)生失真。在課件制作中使用的Flash動(dòng)畫具有生動(dòng)、逼真的模擬效果，廣受師生的喜愛。它包含逐幀動(dòng)畫、運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫、變形動(dòng)畫等[2]。為促進(jìn)學(xué)生對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”中主要概念的豐富內(nèi)涵和各變換計(jì)算過程中的本質(zhì)物理意義的理解，對(duì)其中一些重點(diǎn)、難點(diǎn)做成Flash動(dòng)畫演示。主要內(nèi)容包括：模擬信號(hào)的采樣過程、序列的離散時(shí)間傅里葉變換和z變換、離散傅里葉變換、快速傅里葉變換、系統(tǒng)的響應(yīng)等過程的動(dòng)態(tài)展現(xiàn);以音頻、視頻信號(hào)為代表的各種數(shù)字信號(hào)及其頻譜的可視化展現(xiàn)。

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編寫以概念和過程動(dòng)態(tài)可視化為特征的“數(shù)字信號(hào)處理”課程課件

本人從任教以來，一直完善并修改課件。課件內(nèi)容豐富，覆蓋了“數(shù)字信號(hào)處理”的大部分內(nèi)容，已實(shí)際應(yīng)用到了本人的“數(shù)字信號(hào)處理”教學(xué)活動(dòng)中。課件色彩生動(dòng)，清晰醒目，對(duì)難點(diǎn)采用動(dòng)畫方式模擬，PPT演示步步深入，邏輯性強(qiáng)，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)質(zhì)量，取得了較好的教學(xué)效果。

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跟蹤已上該課程的學(xué)生對(duì)課程概念的深入理解及對(duì)研究性教學(xué)方法的初步體驗(yàn)

運(yùn)用所編寫“數(shù)字信號(hào)處理”多媒體課件在南華大學(xué)通信工程專業(yè)進(jìn)行教學(xué);通過反饋信息完善多媒體課件。采取座談會(huì)、問卷調(diào)查和走訪調(diào)查等方法對(duì)實(shí)踐教學(xué)模式教學(xué)改革效果調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果修改和完善教學(xué)方案。

“數(shù)字信號(hào)處理”課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、概念抽象、難度大，教學(xué)過程中需要嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。如何將這些枯燥、難懂?dāng)?shù)學(xué)推導(dǎo)用輔助工具形象化、可視化的表達(dá)，是教師教學(xué)過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。采用制作精良、色彩鮮明、步步深入、內(nèi)容豐富的課件以及多種輔助軟件工具對(duì)算法進(jìn)行仿真演示，不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也促進(jìn)了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生擺脫了單一的文字說明、公式推導(dǎo)的教學(xué)方式，從生動(dòng)、逼真、靈活的教學(xué)方式中學(xué)習(xí)到了該課程的知識(shí)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙伶俐淺談MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理課程中的應(yīng)用[J]科技信息，2006（33）：28—29.

[2]王燕淺談Flash課件制作[J]科技教育創(chuàng)新，2008（14）：270—271.