數字信號處理課程實驗教學內容改革研究

尹立敏

摘要：實驗教學是《數字信號處理》教學工作的重點，而傳統實驗教學形式單一、教學效果差，難以激發學生的學習興趣。針對該問題提出了增加綜合設計性的實驗教學項目，并對綜合性設計實驗內容進行了詳細設計和驗證，重視基于MATLAB的具有與實際工程實踐相關的數字信號處理實驗教學，提高學生對課程學習的積極性，并提升學生的科研能力。

關鍵詞：實驗教學 綜合設計性 MATLAB

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

隨著通信技術、電子技術和計算機網絡的快速發展，數字信號處理技術已成為眾多領域的重點研究內容。而工科大學數字信號處理課程作為電類專業中重要的專業基礎課，上承高等數學、信號與系統.MATLAB程序設計等課程，下啟DSP原理及應用和數字圖像處理等專業課程，對于學生整個課程體系的建立起著關鍵性作用。但是該課程的理論性和實踐性都很強，要求學生具有較好的數學基礎，很多算法適合在計算機上實現，因此學生在學習該課程的時候，普遍感覺比較抽象，對公式、理論難以理解，學生不知道怎么把該課程的大量公式、理論應用到實際當中去解決一些實際問題，從而無法提高學生對該課程的學習興趣。

1.傳統實驗教學存在的問題

實驗教學在《數字信號處理》課程教學中占有非常重要的位置，通過實驗教學加深學生對基本概念和基本原理的理解，提高學生獨立分析問題和解決問題的能力。目前數字信號處理開設的實驗教學內容主要是數字信號處理基礎實驗和數字濾波器設計實驗。通過基礎性實驗使學生掌握了一定的數字信號處理基本知識，具有了一定的動手能力，通過數字濾波器的設計實驗進一步提高了學生的動手能力。但是這些還都是局限在理論上，對這樣一門既有較強的理論性又有很強的實踐性的課程，就要引導學生如何將所學的理論知識結合學校專業特色在實際應用中找到切入點，使學生的工程實踐能力有一個質的分躍，這些都是傳統實驗教學中所缺少的。根據目前數字信號處理單一實驗的諸多弊端，學院開設了綜合性設計實驗內容。

2.綜合性設計實驗內容設計

綜合性設計實驗可以由指導老師給定實驗目的、設計要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方法并加以實現的實驗。綜合性設計實驗的時間是開放的，內容也是開放的，除了指導老師規定的題目，學生也可以自己根據專業特色，選擇自己感興趣的實驗題目，實驗導師啟發和引導學生完成實驗。

2.1綜合性設計實驗內容

指導老師結合自身教學和科研工作和學校專業特色，提出一定量的適合本科生的綜合設計性的實驗項目，并且及時更新實驗項目。目前，筆者學校的電子信息工程和電子信息科學與技術專業的培養方案的修訂和教學過程中都在不斷地加強和電力系統的結合，這也是筆者學院該專業的特色。而實際上電力系統中應用信號處理地方非常多，例如：諧波檢測、故障檢測、電能質量分析等，所以數字信號處理實驗教學過程中也要加強信號處理技術在電力系統當中的實踐教學，讓學生們真正地體會學有所用。目前學院提供4個實驗項目供學生選擇：語音信號的頻譜分析和變頻設計，電力系統諧波分析與仿真，雷達信號分析，電力系統諧波畸變率計算分析。

下面以電力系統諧波分析與仿真實驗項目為例，說明綜合設計性實驗的設計。

電網穩態的供電電壓波形為工頻正弦波形，其數學表達式為

2.2綜合性設計實驗要求

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

3.結語

數字信號處理課程是一門理論性和實踐性都很強的重要基礎課程，文章在分析傳統實驗教學中的不足，提出結合學校專業特色開展綜合設計性實驗教學，既能加深學生對基礎知識的掌握和鞏固，又能培養學生綜合運用知識的能力，提高學生的工程實踐能力。