淺談“數字信號處理”的多元化教學手段

黃國玉+鄧賢君+陳文波+郭瑋+楊斌

摘要：根據“數字信號處理”課程多年的教學經驗以及該課程的特點，從概念和過程可視化、編寫制作精良的課件、跟蹤調查學生的學習效果三方面，采用多元化教學手段來完善該課程。

關鍵詞：MATLAB;數字信號處理;多元化

“數字信號處理”是采用計算方法實現信號處理的一門學科。其作為電子信息、通信類本科專業的主干專業課程之一，通常成為同學們專業進階過程中的攔路虎。主要原因是其牽涉的概念抽象，各種變換以及反變換計算復雜，對應的物理意義不容易把握。對該課程的講授不能僅僅采用理論教學的方法，必須探索“數字信號處理”多元化的教學方法和教學手段，培養學生分析問題和解決問題的能力。根據“數字信號處理”九年的教學經驗，以及對往屆生的問卷調查，我們著手從以下方面對該課程進行完善。

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在PC機平臺上利用多種軟件實現“數字信號處理”課程中主要概念和過程動態可視化的程序仿真

MATLAB是用于科學計算的可視化高性能語言的軟件環境[1]。它包含數值分析、矩陣計算、信號處理和圖形顯示于一體，擁有友好的界面。其信號處理工具箱包含了各種經典的數字信號處理技術。在理論和實驗教學中，通常采用MATLAB進行仿真驗證。以下是教學過程中的應用舉例說明。在MATLAB上驗證采樣定理：分別取三個不用的采樣頻率對連續信號xa（t）=（Ae-at）sin（Ω0t）u（t）進行采樣，對不同采樣頻率的采樣信號做傅立葉變換求得其頻譜。從程序仿真圖形上可明顯看出，當采樣頻率大于等于原信號最高截止頻率2倍，采樣信號的頻譜與原連續信號的頻譜基本一致;當采樣頻率小于原信號最高截止頻率2倍時，采樣信號的頻譜與原連續信號的頻譜不一致，因為頻譜混疊而發生失真。在課件制作中使用的Flash動畫具有生動、逼真的模擬效果，廣受師生的喜愛。它包含逐幀動畫、運動動畫、變形動畫等[2]。為促進學生對“數字信號處理”中主要概念的豐富內涵和各變換計算過程中的本質物理意義的理解，對其中一些重點、難點做成Flash動畫演示。主要內容包括：模擬信號的采樣過程、序列的離散時間傅里葉變換和z變換、離散傅里葉變換、快速傅里葉變換、系統的響應等過程的動態展現;以音頻、視頻信號為代表的各種數字信號及其頻譜的可視化展現。

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編寫以概念和過程動態可視化為特征的“數字信號處理”課程課件

本人從任教以來，一直完善并修改課件。課件內容豐富，覆蓋了“數字信號處理”的大部分內容，已實際應用到了本人的“數字信號處理”教學活動中。課件色彩生動，清晰醒目，對難點采用動畫方式模擬，PPT演示步步深入，邏輯性強，增強了學生的學習興趣，提高了教學質量，取得了較好的教學效果。

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跟蹤已上該課程的學生對課程概念的深入理解及對研究性教學方法的初步體驗

運用所編寫“數字信號處理”多媒體課件在南華大學通信工程專業進行教學;通過反饋信息完善多媒體課件。采取座談會、問卷調查和走訪調查等方法對實踐教學模式教學改革效果調查，并根據調查結果修改和完善教學方案。

“數字信號處理”課程的特點是理論性強、概念抽象、難度大，教學過程中需要嚴密的數學推導。如何將這些枯燥、難懂數學推導用輔助工具形象化、可視化的表達，是教師教學過程中的重點、難點。采用制作精良、色彩鮮明、步步深入、內容豐富的課件以及多種輔助軟件工具對算法進行仿真演示，不但能激發學生的學習興趣，同時也促進了學生對該課程的學習效果。學生擺脫了單一的文字說明、公式推導的教學方式，從生動、逼真、靈活的教學方式中學習到了該課程的知識點。

參考文獻：

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

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