信號(hào)處理系列課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

張愛(ài)華,董秀潔,高 輝

(中原工學(xué)院電信學(xué)院,河南鄭州450007)

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展,原有的信號(hào)處理系列課程體系和教學(xué)內(nèi)容相對(duì)比較滯后,難以滿足人才培養(yǎng)的要求。根據(jù)國(guó)內(nèi)外高等教育的發(fā)展趨勢(shì)和多年的教學(xué)研究,我院課程組在信號(hào)處理系列課程的教育理念、課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源等方面進(jìn)行較為系統(tǒng)的改革與探索,取得了顯著成績(jī)[1]。

2005年起我院本科按大類(lèi)招生,調(diào)整了原有的按專(zhuān)業(yè)招生的培養(yǎng)計(jì)劃,這就需要信號(hào)處理系列課程做出相應(yīng)的改革,適應(yīng)新的教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整,首先需要在原有基礎(chǔ)上加強(qiáng)課程體系的建設(shè)。

我們以信號(hào)處理課群為背景重構(gòu)信號(hào)處理系列課程體系,及時(shí)引入高等工程教育的教研與科研成果,更新教學(xué)內(nèi)容;構(gòu)建良好的教學(xué)環(huán)境,建立可持續(xù)發(fā)展的良好機(jī)制;在教學(xué)和科研的實(shí)踐中,建設(shè)優(yōu)秀和精品課程;構(gòu)建完善的實(shí)踐教學(xué)體系[2]。

1 課程體系的重構(gòu)與優(yōu)化

我們構(gòu)建了新的信號(hào)處理系列課程體系,確定以“信號(hào)與系統(tǒng)”、“隨機(jī)信號(hào)分析”和“數(shù)字信號(hào)處理”等基礎(chǔ)理論課程為核心,“DSP原理與應(yīng)用”、“數(shù)字圖像處理”和“語(yǔ)音信號(hào)處理”為應(yīng)用課程的課程體系,將系列課程綜合在一起,設(shè)計(jì)出方向組實(shí)驗(yàn)課程和方向組課程設(shè)計(jì)。所有的改革和探索,旨在全面提高學(xué)生在信號(hào)處理領(lǐng)域的綜合應(yīng)用能力。總的來(lái)看,該系列課程體系具有以下特點(diǎn)。

(1)課程體系重點(diǎn)突出

我們?cè)凇靶盘?hào)與系統(tǒng)”中,突出基本原理與概念,在“數(shù)字信號(hào)處理”中突出數(shù)字化方法與技術(shù),在“DSP原理與應(yīng)用”、“數(shù)字圖像處理”和“語(yǔ)音信號(hào)處理”中突出軟硬件實(shí)現(xiàn)與實(shí)際應(yīng)用。

(2)教學(xué)內(nèi)容引入實(shí)際

我們?cè)诨A(chǔ)課程中引入計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法,在應(yīng)用課程中引入實(shí)際的設(shè)計(jì)案例。

(3)實(shí)踐教學(xué)體系的完善

我們施行方向塊實(shí)驗(yàn)和方向塊課程設(shè)計(jì),以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí),促進(jìn)學(xué)生更好地掌握專(zhuān)業(yè)技能。

信號(hào)處理課程體系如圖1所示,該體系體現(xiàn)了原理、方法和應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合。

圖1 信號(hào)處理系列課程體系結(jié)構(gòu)

2 教學(xué)內(nèi)容的整合與更新

“信號(hào)與系統(tǒng)”課程涉及信號(hào)分析與系統(tǒng)分析,信號(hào)分析是基礎(chǔ),突出信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析和變換域分析的物理概念和工程概念。教學(xué)內(nèi)容突出經(jīng)典方法與Matlab計(jì)算相結(jié)合的教學(xué)方式。我們?cè)贛atlab實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)相結(jié)合。

“數(shù)字信號(hào)處理”課程涉及數(shù)字信號(hào)分析和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。離散付里葉變換DFT是實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)字化分析的核心技術(shù),FFT是提高DFT運(yùn)算效率的重要算法。信號(hào)分析是信號(hào)處理的基礎(chǔ),而數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)則是信號(hào)處理的具體實(shí)現(xiàn)。

3 實(shí)踐教學(xué)體系的建立

信號(hào)處理系列課程的教學(xué)改革的一項(xiàng)重要內(nèi)容便是,確定了信號(hào)處理方向塊實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方向塊課程設(shè)計(jì)。

1)方向塊實(shí)驗(yàn)

在方向塊實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中,就信號(hào)處理軟、硬件實(shí)驗(yàn)如何定位問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究,明確了軟件實(shí)驗(yàn)基于Matlab環(huán)境仿真,主要側(cè)重分析和解決問(wèn)題的原理及方法:硬件實(shí)驗(yàn)基于DSP系統(tǒng)環(huán)境,主要側(cè)重仿真分析基礎(chǔ)上的硬件實(shí)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容面向?qū)嶋H項(xiàng)目,還編寫(xiě)了較為系統(tǒng)的信號(hào)處理系列課程實(shí)驗(yàn)教材。

該實(shí)驗(yàn)教材包括四個(gè)方面的內(nèi)容:

(1)信號(hào)分析與處理主要包括:信號(hào)產(chǎn)生、時(shí)域抽樣和頻域抽樣等六部分的基本內(nèi)容。涵蓋“信號(hào)與系統(tǒng)”、“隨機(jī)信號(hào)分析”和“數(shù)字信號(hào)處理”課程的基本知識(shí)點(diǎn)。

(2)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)主要包括:連續(xù)系統(tǒng)分析和離散系統(tǒng)分析等五部分同系統(tǒng)相關(guān)的內(nèi)容。

(3)信號(hào)處理綜合應(yīng)用主要包括:信號(hào)幅度調(diào)制與解調(diào)、電話撥號(hào)音合成與識(shí)別等部分內(nèi)容,涵蓋“隨機(jī)信號(hào)分析”、“數(shù)字信號(hào)處理”和“語(yǔ)音信號(hào)處理”課程的重要知識(shí)點(diǎn)。

(4)信號(hào)處理軟硬件實(shí)現(xiàn)主要包括:DSP系統(tǒng)定時(shí)器應(yīng)用、語(yǔ)音信號(hào)的壓縮與回放和圖像信號(hào)的灰度處理等方面的內(nèi)容。

2)方向塊課程設(shè)計(jì)

方向塊課程設(shè)計(jì)就是把“DSP原理與應(yīng)用”、“語(yǔ)音信號(hào)處理”或“數(shù)字圖象處理”課程融合在一起開(kāi)設(shè)的系列課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)要能解決下列的三個(gè)問(wèn)題:

(1)設(shè)計(jì)內(nèi)容突出信號(hào)處理的理論和技術(shù)的綜合應(yīng)用。如在信號(hào)濾波實(shí)驗(yàn)中,在語(yǔ)音信號(hào)中混有噪聲,要求濾除該語(yǔ)音信號(hào)中的噪聲。學(xué)生首先要進(jìn)行信號(hào)譜分析、然后選擇濾波器類(lèi)型,再確定濾波器參數(shù),最后進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

(2)如何將“DSP原理與應(yīng)用”、“語(yǔ)音信號(hào)處理”或“數(shù)字圖象處理”課程有機(jī)的結(jié)合起來(lái),設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)。

(3)結(jié)合實(shí)際工程需要,將DSP和CPLD結(jié)合起來(lái),開(kāi)設(shè)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課題。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的信號(hào)處理系列課程的教學(xué)改革有以下創(chuàng)新點(diǎn):

(1)我們將三門(mén)基礎(chǔ)課程和三門(mén)應(yīng)用課程作為一個(gè)整體對(duì)待,使各課程之間的銜接更緊密。這樣,能夠有效地避免各門(mén)課程涵蓋的知識(shí)之間不連貫的問(wèn)題。

(2)我們根據(jù)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)應(yīng)用課程的分類(lèi),確定了相應(yīng)的系列實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。

(3)我們制定了信號(hào)處理系列課程理論教學(xué)大綱和實(shí)踐體系教學(xué)大綱。

信號(hào)處理系列課程建設(shè)在教學(xué)理念探索、課程體系與內(nèi)容優(yōu)化以及教學(xué)資源建設(shè)等方面取得了豐碩的成果。

[1] 韓萍,倪育德等.信號(hào)類(lèi)課群建設(shè)與實(shí)踐[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(1):10-11

[2] 盧德鑫.研究型教學(xué)20年-理念、實(shí)踐、物理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008