信號處理類課程交互式和探討式教學研究與實踐

賀州學院機械與電子工程學院 張紅燕 李生華 陳家勇

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信號處理類課程交互式和探討式教學研究與實踐

賀州學院機械與電子工程學院 張紅燕 李生華 陳家勇

【摘要】信號處理類課程具有較強的理論性和實踐性，長期以來學生感覺該課程難學難用，其主要原因是沒有講理論性和實踐性相結合。本文設計了一個基于MATLB的信號處理類課程的仿真實驗平臺，在專業課的教學中，將專業課的知識與相應專業應用軟件相結合，理論聯系實際，重視學生的創新能力培養。該實驗平臺方便學生在個人計算機上使用，我們還鼓勵學生還可以根據自己的愛好和能力進行修改。學生使用該仿真實驗平臺能夠促進學生在知識、能力和素質上的協調發展。

【關鍵詞】信號與系統；仿真實驗；MATLAB

1　引言

電子信息工程和通信工程專業基礎課信號與系統和數字信號處理專業課程一直采用黑板式或者多媒體的教學方式，學生僅依靠做習題來鞏固和理解教學內容，對課程中大量的應用性較強的內容不能實際動手設計、調試、分析，嚴重影響和制約了教學效果。專業課程中，學生自己設計的系統也不能直觀地得到系統特性的可視化測試結果，學生將大量的精力和時間用于繁雜的手工數學運算，而未真正理解所得結果的實際應用。因此，專業課程迫切需要進行教學方法和教學手段的改革。也有很多同行對信號處理類課程進行了積極的教學改革[1][2]，也有同行教師建立了一些實驗平臺[3]，這些都是我們應該學習的。

2　信號處理類課程改革的意義

在專業課的教學中，將專業課的知識與相應專業應用軟件相結合，理論聯系實際，重視學生的創新能力培養。將專業知識與相應軟件分開教學的做法是片面的，不切實際的。突出仿真實驗教學與課堂教學的結合，在保證傳統實驗的基礎上，利用Matlab仿真軟件，實現理論授課與仿真實驗的有機結合；通過Matlab提供大量的虛擬實驗演示實例,學生從中學習到信號與系統的一些基本原理與實際應用；同時也留下了動手實踐的空間，通過改變信號、模塊、仿真子系統等的參數,觀察信號與系統的相應變化，加深對“信號與系統”原理的理解；在課程實踐教學中，借助Matlab軟件可以計算出任何復雜信號的頻譜[3]，以及動態演示實驗結果，從而可以使學生有更多的時間利用所學的基本原理和基本方法去學習新知識，去解決實際問題,并可對實驗的深度和廣度進行拓展，從而更生動、更直接地學習課程內容,培養學生的創新能力和設計能力。

本文探索以信號處理類課程進行課程體系改革，形成較為鮮明的教改特色和課程優勢，在優化教育資源的基礎上 ,完善培養目標和人才規格所要求的學生的認知結構。以培養應用型、創新型人才為主線，培養電子信息類專業信息獲取、傳輸、處理、應用等方面具有較強工程實踐動手能力和綜合應用能力的人才，能夠適應社會發展對電子信息類技術人才的素質需要。同時期待該類課程的教學改革能起到提高電信類專業基礎課和專業課的教學質量并輻射其他專業教改的目的。

3　以信號與系統課程為基礎的Matlab的仿真實驗平臺

我們設計了一個基于MATLAB的信號與系統的仿真實驗平臺，主界面如圖1，對于每個詳細的模塊還有更加詳細的分解，比如圖2是系統的時域分析的相關內容。學生可以在自己電腦上運行，信號與系統課程具有較強的理論性和實踐性，長期以來學生感覺該課程難學難用，其主要原因是沒有講理論性和實踐性相結合。學生使用該仿真實驗平臺能夠促進學生在知識、能力和素質上的協調發展，通過軟件，加深對課本知識的理解，增強了學生的就業競爭能力。另外我們還做了以數字信號處理課程為中心的Matlab仿真實驗平臺，因為篇幅關系就不一一上圖解釋。

圖1　信號與系統仿真實驗平臺主界面

圖2　系統的時域分析界面

4　信號處理類課程的探討式教學研究與實踐

對信號處理類課程進行探討式教學的目的是：

(1)加深對該類課程中基本原理和方法的理解。

(2)鍛煉學生綜合利用所學理論和技術，分析與解決工程實際問題的能力。

我們的具體做法是：把跟該類課程緊密相連的實際問題制作成相關的題目，每組練習中至少有三個題目，這三個題目難度逐漸增大，讓學生自由組合分工合作，以團隊的形式來完成，每組3到4人。在每個題目的后面，給出解答問題的框架型結構，讓學生知道該從何入手。比如：求解該問題涉及到的知識點；溫馨提示：求解該問題在Matlab中應用什么函數等；仿真程序；仿真結果；結果分析；自主學習的內容和參考文獻；以及在解決該問題時又發現什么問題；以及后續的問題探究。

有了這些框架之后，學生就知道該從何入手，去解決問題，發現問題，自主學習等。通過這種半成品、框架式結構的問題設計，使學生對信號處理類課程知識的了解與掌握不再只是課本知識問題的求解，而是上升到了綜合利用所學理論和技術，提高分析與解決工程實際問題的能力。

5　總結

我們對于信號處理類課程交互式和探討式教學研究與實踐做了一些工作，設計了一個基于MATLB的信號處理類課程的仿真實驗平臺，在專業課的教學中，將專業課的知識與相應專業應用軟件相結合，理論聯系實際，重視學生的創新能力培養；另外，還把信號處理類課程緊密相連的實際問題制作成相關的題目，設計了求解問題的框架等。通過這些手段確實能夠在學生學習信號處理類課程中受

益匪淺，提高了學習的興趣，鍛煉了分析與解決工程實際問題的能力。但是隨著新的科學技術和科技手段的創新，我們還需進一步解放思想，提高接受新事物的能力，并且把這些新的技術引入到課堂中來，比如現在在全世界都很熱門的電子書，利用蘋果公司提供的iBooks Author軟件，我們也正在著手編寫基于MATLAB的信號處理類電子書，可以在手機和iPAD上閱讀。

參考文獻

[1]羅忠亮.“數字信號處理”課程教學改革實踐探索[J].教育評論,2015(02).

[2]張安清,林洪文,陳洪泉.《數字信號處理》課程教學改革與方法研究[J].高等教育研究學報,2013(04).

[3]趙力.語音信號處理嵌入式教學實驗平臺的研究與開發[J].信息化研究,2014(01).

張紅燕（1978－），女，山東臨清人，副教授，主要從事電子通信系統設計和數字圖像處理技術的應用等。

李生華（1979－），男，廣西人，講師，主要從事電子通信系統設計。

陳家勇，賀州學院機械與電子工程學院2013級通信工程專業學生。

作者簡介：

基金項目：本文系自治區教育廳教改項目《信號處理類課程交互式和探討式教學研究與實踐》（編號：2014JGB237）、賀州學院教改項目《電子工程類專業應用型人才培養模式創新實驗區》（編號：hzxyxyq201304）和自治區大學生創新創業項目《基于微信平臺的賀州溫情公益協會公眾號的設計》（編號：201511838072）支持。