數(shù)字信號處理課程實驗教學(xué)內(nèi)容改革研究

尹立敏

摘要：實驗教學(xué)是《數(shù)字信號處理》教學(xué)工作的重點(diǎn)，而傳統(tǒng)實驗教學(xué)形式單一、教學(xué)效果差，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。針對該問題提出了增加綜合設(shè)計性的實驗教學(xué)項目，并對綜合性設(shè)計實驗內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計和驗證，重視基于MATLAB的具有與實際工程實踐相關(guān)的數(shù)字信號處理實驗教學(xué)，提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的積極性，并提升學(xué)生的科研能力。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué) 綜合設(shè)計性 MATLAB

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（a）-0084-02

隨著通信技術(shù)、電子技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)已成為眾多領(lǐng)域的重點(diǎn)研究內(nèi)容。而工科大學(xué)數(shù)字信號處理課程作為電類專業(yè)中重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，上承高等數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng).MATLAB程序設(shè)計等課程，下啟DSP原理及應(yīng)用和數(shù)字圖像處理等專業(yè)課程，對于學(xué)生整個課程體系的建立起著關(guān)鍵性作用。但是該課程的理論性和實踐性都很強(qiáng)，要求學(xué)生具有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，很多算法適合在計算機(jī)上實現(xiàn)，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程的時候，普遍感覺比較抽象，對公式、理論難以理解，學(xué)生不知道怎么把該課程的大量公式、理論應(yīng)用到實際當(dāng)中去解決一些實際問題，從而無法提高學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣。

1.傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的問題

實驗教學(xué)在《數(shù)字信號處理》課程教學(xué)中占有非常重要的位置，通過實驗教學(xué)加深學(xué)生對基本概念和基本原理的理解，提高學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。目前數(shù)字信號處理開設(shè)的實驗教學(xué)內(nèi)容主要是數(shù)字信號處理基礎(chǔ)實驗和數(shù)字濾波器設(shè)計實驗。通過基礎(chǔ)性實驗使學(xué)生掌握了一定的數(shù)字信號處理基本知識，具有了一定的動手能力，通過數(shù)字濾波器的設(shè)計實驗進(jìn)一步提高了學(xué)生的動手能力。但是這些還都是局限在理論上，對這樣一門既有較強(qiáng)的理論性又有很強(qiáng)的實踐性的課程，就要引導(dǎo)學(xué)生如何將所學(xué)的理論知識結(jié)合學(xué)校專業(yè)特色在實際應(yīng)用中找到切入點(diǎn)，使學(xué)生的工程實踐能力有一個質(zhì)的分躍，這些都是傳統(tǒng)實驗教學(xué)中所缺少的。根據(jù)目前數(shù)字信號處理單一實驗的諸多弊端，學(xué)院開設(shè)了綜合性設(shè)計實驗內(nèi)容。

2.綜合性設(shè)計實驗內(nèi)容設(shè)計

綜合性設(shè)計實驗可以由指導(dǎo)老師給定實驗?zāi)康?、設(shè)計要求和實驗條件，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方法并加以實現(xiàn)的實驗。綜合性設(shè)計實驗的時間是開放的，內(nèi)容也是開放的，除了指導(dǎo)老師規(guī)定的題目，學(xué)生也可以自己根據(jù)專業(yè)特色，選擇自己感興趣的實驗題目，實驗導(dǎo)師啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生完成實驗。

2.1綜合性設(shè)計實驗內(nèi)容

指導(dǎo)老師結(jié)合自身教學(xué)和科研工作和學(xué)校專業(yè)特色，提出一定量的適合本科生的綜合設(shè)計性的實驗項目，并且及時更新實驗項目。目前，筆者學(xué)校的電子信息工程和電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案的修訂和教學(xué)過程中都在不斷地加強(qiáng)和電力系統(tǒng)的結(jié)合，這也是筆者學(xué)院該專業(yè)的特色。而實際上電力系統(tǒng)中應(yīng)用信號處理地方非常多，例如：諧波檢測、故障檢測、電能質(zhì)量分析等，所以數(shù)字信號處理實驗教學(xué)過程中也要加強(qiáng)信號處理技術(shù)在電力系統(tǒng)當(dāng)中的實踐教學(xué)，讓學(xué)生們真正地體會學(xué)有所用。目前學(xué)院提供4個實驗項目供學(xué)生選擇：語音信號的頻譜分析和變頻設(shè)計，電力系統(tǒng)諧波分析與仿真，雷達(dá)信號分析，電力系統(tǒng)諧波畸變率計算分析。

下面以電力系統(tǒng)諧波分析與仿真實驗項目為例，說明綜合設(shè)計性實驗的設(shè)計。

電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的供電電壓波形為工頻正弦波形，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

2.2綜合性設(shè)計實驗要求

對于電力諧波分析中采樣頻率的選擇很主要，在實驗指導(dǎo)過程中要引導(dǎo)學(xué)生對50 Hz、100 Hz、150 Hz等頻率成分進(jìn)行分析，那么采樣頻率和采樣的數(shù)據(jù)長度怎么選擇是正確的。該實驗要求學(xué)生利用MATLAB對整個系統(tǒng)的軟件進(jìn)行仿真實現(xiàn)，并且完成實驗報告，在實驗報告中學(xué)生要給實驗原理、實驗方案、程序設(shè)計和仿真結(jié)果和分析（實驗圖和表）。

3.結(jié)語

數(shù)字信號處理課程是一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的重要基礎(chǔ)課程，文章在分析傳統(tǒng)實驗教學(xué)中的不足，提出結(jié)合學(xué)校專業(yè)特色開展綜合設(shè)計性實驗教學(xué)，既能加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握和鞏固，又能培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力，提高學(xué)生的工程實踐能力。