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数字信号处理实验教学探索

摘要:“数字信号处理”是电子信息类专业的重要课程,其相关原理和技术是通信与控制等诸多学科的基础。本文主要探讨实验方面的教学改革,结合近几年学生上机实验中的经验及教训,提出从实验内容和教学方法两方面进行改革。优化教学内容,编写适合本校学生特点的实验题目,每次实验,学生可根据自身能力和兴趣选题来做,从而激发其学习主动性,提高其动手能力,避免出现较多抄袭现象。目前,数字信号处理实验教学改革处在试行和探索阶段,并已经取得了一定成效。

关键词:数字信号处理;实验;改革

数字信号处理是电子与电气信息类学科专业的核心课程,相关原理和技术是通信与控制等诸多学科的基础。因此,除了通信和电子技术等专业,数字信号处理作为必修课程,在自动控制,电气工程和医学处理等专业,数字信号处理也作为选修课程,随着电子通信技术的飞速发展,其在高等院校理工科教学体系中的地位日显重要。然而,在本校教师讲授数字信号处理的过程中,我们发现大多数学生学习此课程感觉很吃力,后期更是望而生畏,究其原因,主要有以下三点:一是课程理论性强,概念抽象,公式繁琐,并且需要较好的数学基础;二是MATLAB软件应用不熟练;三是无法用相关的理论知识指导实验操作,动手困难。针对这些问题,本文主要从实验促进教学方面进行探讨,给出实验教学改革的一些思路。

一实验教学中出现的问题

(一)课时不足。本校通信工程和电子信息科学与技术两个专业在大二下学期开设数字信号处理课程,总学时48,其中理论授课38学时,剩下10个学时为上机实验。数字信号处理中涉及傅里叶变换、快速傅里叶变换、线性卷积、圆周卷积、IIR和FIR滤波器的设计,如果以4学时为一次上机课时,很显然,10个学时不够用,因此,只能选取部分内容作为上机实验,无法涵盖所有知识点,这就造成了学生只对实验中用到的理论知识理解较为透彻。(二)教学方法不适应。一直以来,数字信号处理每次实验都是所有学生同做一个实验题目,开始的实验较为简单,大部分学生都能完成,随着授课知识的逐渐深入,题目的难度也逐渐加大,这时,差距就显露出来,平时学的较好或能力较强的学生通过分析题目、查阅资料,较好的完成了实验,但大部分学生却难以下手,最后只能以抄袭报告的形式向老师交差。这种现象一方面不利于学生的培养,部分能力较差的学生丧失自信,陷入越差越不想学的恶性循环;另一方面,也给教师对学生的考核带来了很大困难。从以上问题中不难发现,实验课程的改革不仅仅是加大课时的比重,更重要是针对不同的学生选择合适的实验内容,改革教学方法,使更多的学生真正参与到实验中,通过实验,加强学生对理论知识的理解,提高其动手能力,并从实验中体会到学习的乐趣。根据多年以来的教学经验,并结合本专业学生的特点,我们提出适应他们的实验教学方法,达到因材施教的目的。

二实验教学的改革

(一)教学内容的改革。以往实验大纲的内容都是选择授课教材里面的上机实验题目,而这些被选的优秀教材基本都是针对一本和二本高校,有些实验题目的难度超出了三本院校大部分学生的接受度,因此,从一些优秀教材中选择适合本校学生的实验内容并进行适当的修改是改革的首要任务。由于本校电信类专业大部分学生基础较薄弱,实验内容应主要以验证性实验为主,例如,可以设置典型信号的图形显示、利用filter函数和线性卷积两种方法求系统响应、计算两个信号的圆周卷积、信号的频谱分析等等,这些实验目标明确,在教材上一般能找到类似的例题作为借鉴,大部分学生都能独立完成。对于一些基础较好或能力较强的学生,这些题目并不能满足他们的求知欲,因此,设置一些设计性或综合性的实验题目也非常有必要,例如:各种滤波器的设计、对一段包含噪声的语音信号进行去噪处理、图形的噪声处理等等。通过教学内容的改革,让大部分学生都能独立完成实验,在实验中慢慢增强自信心,进而提高动手能力。(二)教学方法的改革。传统的教学通常是每次实验课,所有学生同做一个实验题目,这就造成了,当题目较简单时,无法满足学习能力较强学生的需求;当题目较难时,大部分学生动手困难,最后只能抄袭他人报告交差。这种“一刀切”的模式无法适应本校学生的特点,不能让绝大多数的学生得到较好的培养。因此,应该改变教学思路,根据学生能力的区别,让他们选作不同的题目。按照10学时的实验课时,一般设置三次实验,并且实验多以验证性实验为主。第一次实验2个学时,内容主要是典型信号的图形显示,难度较小,学生上手容易,便于让他们建立起学好该课程的信心,第二次实验用时4个学时,选择系统响应及稳定性,线性卷积和圆周卷积的比较为上机内容,第三次实验也是4个学时,主要设计IIR和FIR数字低通滤波器。三次实验大约涵盖了80%的教材内容。第二次实验和第三次实验都是包含了两个方面的内容。因此,每个学生均可根据自己的能力和兴趣从中选择一个在规定时间内完成,未选的内容以课后作业的形式完成。部分能力较强的学生可选择完成全部实验内容。通过这种改变,一方面降低了实验难度,提高了学生的自信心;另一方面,由于每次都是两个内容择其一完成,提交报告的重复率降低,抄袭现象也得到了一定的遏制。此外,为了满足不同层次学生的需求,我们也设置了一些综合性实验,选做一个综合性实验的同学可免做验证性实验2或3,选做两个综合性实验的可免做后两次验证性实验。通过这种改革,保证绝大多数学生都能真正地参与到实验中来,避免出现少数学生做实验,多数学生抄袭的现象,同时,也有利于选拨优秀的学生参与全校甚至全国的各种学科竞赛,对有意报考研究生的学生提供了锻炼机会。

三结束语

数字信号处理是电子信息类专业的专业基础课,也是一些学校考研的必考课程,其重要性显而易见。我们总结了近几年学生在上实验课程中的情况,提出了从实验内容和教学方法两方面进行改革,一方面优化实验内容,主要以验证性实验为主,综合性实验作为选作实验,满足能力较强学生的需求;另一方面,改革教学方法,以学生为主体,让学生根据兴趣和能力选择实验来做,从而提高其学习主动性和动手能力,减少抄袭现象。目前,改革还在试行和探索阶段,并取得了一定成效。

参考文献

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作者:刘芳 单位:文华学院

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