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      數(shù)字信號處理課程教學(xué)探索

      2019-04-22 03:07:06芮雄麗陳瑞
      關(guān)鍵詞:課程結(jié)構(gòu)問題引導(dǎo)數(shù)字信號處理

      芮雄麗 陳瑞

      【摘 要】數(shù)字信號處理課程具有公式多、概念抽象、掌握難度大等特點(diǎn)。從了解課程結(jié)構(gòu)、知識點(diǎn)歸納比對、問題引導(dǎo)、興趣推動等幾個方面進(jìn)行教學(xué)探索。教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明,該方法對提高課堂教學(xué)效果,提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有積極的作用。

      【關(guān)鍵詞】數(shù)字信號處理;課程結(jié)構(gòu);問題引導(dǎo);歸納比較;教學(xué)

      【中圖分類號】G423 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

      【文章編號】2095-3089(2019)08-0020-01

      引言

      “數(shù)字信號處理”這門課程在高校眾多專業(yè)中開設(shè),是通信信息類課中一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。另一方面,師生們普遍反映這門課難學(xué),難教。究其原因,主要表現(xiàn)在兩個方面,其一是公式多。從課程體系來看,數(shù)字信號處理的先修課程包括信號與系統(tǒng)等數(shù)學(xué)要求相對較高的課程,在此基礎(chǔ)上再搭建數(shù)字信號處理的知識,因此,對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不扎實(shí)的學(xué)生來說,掌握課程中的公式是一個難點(diǎn)。其二是知識點(diǎn)抽象,要用一些手段才能將其感受出來,如信息需通過聲、光、熱、磁等來傳遞,同時要用一些抽象的變換進(jìn)行分析、提取等。這種抽象對于知識點(diǎn)的理解是個難點(diǎn)。因此,教師們對這門課的教學(xué)一直在探索,提出微課教學(xué)、基于問題引導(dǎo)、案例教學(xué)等切實(shí)可行的方法[1-4]。

      一、了解課程結(jié)構(gòu)

      所謂“知己知彼,百戰(zhàn)不殆”,了解課程結(jié)構(gòu),對課程有個概貌認(rèn)知,有助于學(xué)生了解課程任務(wù)和內(nèi)容,以便了解當(dāng)前課程進(jìn)度,不會在公式中迷失。經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),這有助于學(xué)生消除對課程的“害怕”情緒。教學(xué)中,利用角色代入手法,讓學(xué)生把自己當(dāng)成即將對某信號進(jìn)行處理(如對帶噪音語音進(jìn)行濾波)的工程師,由此引出系列問題,如:信號如何表示?系統(tǒng)如何表示?頻譜分布情況如何?采用什么濾波器?濾波器如何設(shè)計(jì)?設(shè)計(jì)出來后如何實(shí)現(xiàn)?問完這些問題,數(shù)字信號處理課程的主要結(jié)構(gòu)也就出來了。

      二、歸納比對

      利用公式和圖形比對的方法幫助理解課程中較難學(xué)的知識點(diǎn)。DTFT、DFS和DFT是數(shù)字信號處理中的幾種變換,它們之間的關(guān)系往往是學(xué)生不易掌握的難點(diǎn)之一。此時,把這幾種變換公式列在一起進(jìn)行比對,比較其中各符號含義和對信號的要求。如DTFT對輸入序列長度沒要求;DFS用于分析周期序列;DFT用于分析有限長序列。假如某一時域有限長序列x(n)的Z變換收斂域包含單位圓,則借助Z變換復(fù)平面,可以把x(n)的DTFT和DFT以及其周期延拓序列x((n))N的DFS之間的關(guān)系用圖形描述出來。x(n)的Z變換在單位圓上的變換就是其DTFT,而在該單位圓上等間隔采樣一圈得該序列N點(diǎn)DFTN;若循環(huán)采樣不停歇,則得到x((n))N的DFS。

      歸納比對方法在圓周卷積的學(xué)習(xí)和應(yīng)用也很有幫助。線性時不變系統(tǒng)中,輸入序列和輸出序列之間的關(guān)系是線性卷積,而在實(shí)際應(yīng)用中,往往采用圓周卷積計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)表明,把兩種卷積的過程用圖形的方式列出,比較其計(jì)算結(jié)果長度有利于學(xué)生輕松理解和掌握該知識點(diǎn)。

      三、問題引導(dǎo)

      問題引導(dǎo)在數(shù)字信號處理課程中尤其重要。由于課程的抽象性,學(xué)生很難把知識點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來,這時候就需要合適的問題來引導(dǎo),為什么要學(xué)這個知識點(diǎn)。比如濾波器結(jié)構(gòu)這個知識點(diǎn)。IIR濾波器設(shè)計(jì)的結(jié)果是獲得其系統(tǒng)函數(shù),而此時僅僅是理論設(shè)計(jì)的結(jié)果,具體軟件或者硬件實(shí)現(xiàn)過程中就會遇到一些問題,如參數(shù)存儲、計(jì)算過程中結(jié)果保存等受到有限字長限制時系統(tǒng)性能會有什么影響?濾波器系統(tǒng)函數(shù)各種變形對系統(tǒng)頻率響應(yīng)調(diào)整、運(yùn)行速率、噪聲功率等性能有什么影響?順著這些問題,可以把有限字長限制,各種濾波器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)等知識點(diǎn)引出。經(jīng)驗(yàn)表明,帶著問題學(xué)習(xí)知識點(diǎn)能使學(xué)生注意力更集中。

      四、興趣推動

      公式繁雜、概念抽象等特點(diǎn),使數(shù)字信號處理課程學(xué)習(xí)過程枯燥無趣,很難引起學(xué)生興趣。因此,應(yīng)利用學(xué)生對多媒體的興趣設(shè)計(jì)些有趣的應(yīng)用,激發(fā)其興趣,推動知識點(diǎn)學(xué)習(xí)。如濾波器這個知識點(diǎn),利用多媒體設(shè)備,請學(xué)生錄簡短的語音文件,課程中利用Matlab演示該段語音的頻譜,在不同頻率區(qū)域上添加噪音,利用audioplayer函數(shù)播放添加前后的音頻,在時域和頻域比較其差別,就噪聲在頻譜中的位置展開討論,目的是將其去除。在這個應(yīng)用中,學(xué)生可自然地理解濾波器的作用、經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器的概念及其差別以及經(jīng)典濾波器的分類和用途。圖1是應(yīng)用中使用演示圖。

      五、結(jié)束語

      本文利用多年一線教學(xué)心得,從課程結(jié)構(gòu)出發(fā),利用相關(guān)知識點(diǎn)歸納比較避免知識點(diǎn)混淆、設(shè)置實(shí)用問題引出重要知識點(diǎn)、利用多媒體設(shè)計(jì)應(yīng)用示例激發(fā)興趣等方法,對課程的教學(xué)做了探索,使學(xué)生能夠更好學(xué)習(xí)這門課程。

      參考文獻(xiàn)

      [1]張曉光,湯文豪,王艷芬,等.數(shù)字信號處理案例教學(xué)法研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2018(5):214-217.

      [2]楊智明,彭喜元,俞洋.數(shù)字信號處理課程實(shí)踐型教學(xué)方法研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2014,33(9):180-183.

      [3]趙素文.基于微課的數(shù)字信號處理課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)[J].西部素質(zhì)教育,2018(6):94.

      [4]陳海燕,何繼愛,藺瑩.基于問題引導(dǎo)的“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)方法研究與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇,2018(4):173-174.

      基金項(xiàng)目:南京工程學(xué)院高等教育研究課題,2018YB19。

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