信號(hào)處理課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐

摘要：信號(hào)處理是電氣信息類專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課，在本科教學(xué)中占有重要地位。這門課程的特點(diǎn)是理論內(nèi)容多，概念抽象、公式多，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基本功要求較高，學(xué)生掌握起來(lái)比較困難。我校以信號(hào)處理課程教學(xué)改革為立項(xiàng)項(xiàng)目，結(jié)合多年來(lái)信號(hào)處理課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該課程的教學(xué)方法改革進(jìn)行了探索，改善了理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)方式。實(shí)踐效果驗(yàn)證了教改的可行性、有效性，教學(xué)質(zhì)量明顯提高。

關(guān)鍵詞：信號(hào)處理；教學(xué)方法；教學(xué)改革

信號(hào)處理課程包括信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理兩大主干課程，是電氣信息類專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，此類課程的主要特點(diǎn)是內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)、公式多，是學(xué)生較難掌握的一類課程。如果教學(xué)方式不當(dāng)，很容易使學(xué)生感到枯燥無(wú)味，失去學(xué)習(xí)興趣。因此，如何在教學(xué)中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、給學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)的同時(shí)強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力是信號(hào)類課程教學(xué)所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

一、信號(hào)處理課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，信號(hào)處理課程教學(xué)主要存在以下幾方面問(wèn)題：課程內(nèi)容抽象，很多重要公式、定理和性質(zhì)所涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)比較多，這些繁瑣的理論分析和推導(dǎo)，在具體教學(xué)中給學(xué)生的理解和掌握帶來(lái)了一定的困難，使學(xué)生疲于數(shù)學(xué)推導(dǎo)而弱化了對(duì)實(shí)際物理意義的理解，甚至因此對(duì)這類課程的學(xué)習(xí)感到乏味，教學(xué)效果得不到很好的保證。[1]課程教學(xué)方法比較單一，教師板書授課為主，講解理論，公式推導(dǎo)，變換性質(zhì)等，學(xué)生只是被動(dòng)接受知識(shí)，主動(dòng)性學(xué)習(xí)不足，創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力不足。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)偏少，致使學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的實(shí)際能力偏低。

二、信號(hào)處理課程教學(xué)改革具體內(nèi)容

針對(duì)信號(hào)處理課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，我校對(duì)電氣信息類專業(yè)的信號(hào)處理課程進(jìn)行了教學(xué)改革，并在具體教學(xué)過(guò)程中予以實(shí)施，經(jīng)過(guò)最近幾年的嘗試，教改效果比較滿意。能夠從根本上解決問(wèn)題，全面提高學(xué)生綜合能力。

（一）修改教學(xué)大綱，適當(dāng)修改教學(xué)內(nèi)容

為了解決信號(hào)處理課程內(nèi)容抽象、公式多學(xué)生不好理解掌握的問(wèn)題。要不斷修改和更新教學(xué)大綱，適應(yīng)日益發(fā)展的信號(hào)處理技術(shù)。具體說(shuō)可以在教學(xué)中刪減純理論內(nèi)容，注重聯(lián)系實(shí)際，讓復(fù)雜難懂的公式以及性質(zhì)推導(dǎo)變得簡(jiǎn)單，重點(diǎn)讓學(xué)生掌握結(jié)論性的內(nèi)容，并且讓結(jié)論性的理論指導(dǎo)學(xué)生以后的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)。復(fù)雜難懂的知識(shí)簡(jiǎn)單化可以減少學(xué)生對(duì)枯燥理論內(nèi)容的畏懼感，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

（二）改革信號(hào)處理課程的課堂教學(xué)方法

1.采用啟發(fā)式教學(xué)

在講這門課之前，教師應(yīng)該向?qū)W生介紹這門課在人們生產(chǎn)、生活中的作用。讓學(xué)生知道信號(hào)處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用方向。學(xué)生對(duì)信號(hào)處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用有了一定了解之后，可以帶著興趣帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)。此外，在授課過(guò)程中教師應(yīng)該引入相關(guān)課程的知識(shí)，注意各門交叉學(xué)科之間的聯(lián)系，把此課程與其它課程的聯(lián)系傳達(dá)給學(xué)生。

以往的理論課教學(xué)多采用“概念——原理——例題——練習(xí)”的講授模式，這往往使學(xué)生難以理解，因此在教學(xué)中，不是單純將書本內(nèi)容簡(jiǎn)單重復(fù)，而是在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，始終貫穿由實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，激發(fā)引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握解決問(wèn)題的一般方法，使學(xué)生深化知識(shí)內(nèi)容，提高解決問(wèn)題的能力。講授過(guò)程中采取“啟發(fā)式教學(xué)、研究性教學(xué)和主動(dòng)性學(xué)習(xí)”相結(jié)合的教學(xué)方法[2]。從研究問(wèn)題入手，首先提出問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題聽課，將信號(hào)處理的一些重要理論構(gòu)建過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)，以便學(xué)生思考和研究。同時(shí)變單向傳輸式教學(xué)為雙向互動(dòng)式教學(xué)，變灌輸式講授為引導(dǎo)式講授，授課過(guò)程中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2.在教學(xué)中引入多媒體和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)手段

利用計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)，電子教案的好壞直接影響著教學(xué)的效果。所以需要教師課前做好高質(zhì)量的電子教案。要防止出現(xiàn)授課內(nèi)容僅僅是課本內(nèi)容重現(xiàn)，授課方式僅僅是播放幻燈片。由于信號(hào)處理課程的自身特點(diǎn)，授課時(shí)教師應(yīng)該采取傳統(tǒng)板書和多媒體相結(jié)合的教學(xué)手段。在必要的時(shí)候，還要利用黑板、粉筆這些傳統(tǒng)的教學(xué)工具。也要注意學(xué)生上課時(shí)的信息反饋，通過(guò)觀察學(xué)生的表情、動(dòng)作等行為，領(lǐng)會(huì)學(xué)生的理解程度，及時(shí)調(diào)整授課速度，防止教學(xué)變成“加倍的灌輸”。只有保持認(rèn)真的教學(xué)態(tài)度并充分利用先進(jìn)設(shè)備才能達(dá)到滿意的教學(xué)效果。[3]講解基本理論和性質(zhì)定理時(shí)可以采用多媒體，對(duì)于某些定理的驗(yàn)證，教師可以提前用MATLAB和LabVIEW編程，課上運(yùn)行程序，讓學(xué)生更好的加深對(duì)定理的理解。但是在講解例題、習(xí)題時(shí)，最好使用傳統(tǒng)的板書方法，方便學(xué)生理解練習(xí)題的求解過(guò)程。

為了實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)內(nèi)容資源共享、時(shí)空開放、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)互動(dòng)性，應(yīng)該建立信號(hào)處理課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)師生教育資源共享，完成知識(shí)構(gòu)建。這樣可以使學(xué)生信息獲取的途徑從單一性向多樣性轉(zhuǎn)變，由課堂教師灌輸式教學(xué)向?qū)W生自主探究知識(shí)轉(zhuǎn)變。教師將自己的電子版授課教案，收集的與信號(hào)處理技術(shù)相關(guān)的資料文獻(xiàn)，可以服務(wù)于該門課程的應(yīng)用軟件等放置在網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)上，方便學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)使用。

3.建設(shè)一個(gè)高水平的信號(hào)處理綜合實(shí)驗(yàn)室

學(xué)好信號(hào)處理技術(shù)的理論基礎(chǔ)是根本，掌握了扎實(shí)的理論就可以指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐了。當(dāng)然，理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐鍛煉是相互促進(jìn)相互補(bǔ)充的過(guò)程。我校經(jīng)過(guò)多年的積累已經(jīng)建設(shè)起了比較完善的信號(hào)處理綜合實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室既包括傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備也包括可以服務(wù)于信號(hào)處理課程的強(qiáng)大的軟件平臺(tái)。硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱，DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，傳感器檢測(cè)信息群綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等。軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括MATLAB和LabVIEW等先進(jìn)的實(shí)用軟件。在信號(hào)處理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中引入MATLAB和LabVIEW軟件加以輔助教學(xué)，可以使學(xué)生加深對(duì)抽象概念的理解，鞏固課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，并能很好地理解與掌握課程中的基本概念、基本原理、基本方法，方便地對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。有了功能強(qiáng)大的信號(hào)處理綜合實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐動(dòng)手能力大大提高。對(duì)于傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用在此不做詳細(xì)論述，本文只以將LabVIEW軟件應(yīng)用于信號(hào)處理課程教學(xué)作為教改實(shí)例。

LabVIEW是由美國(guó)國(guó)家儀器公司(National instruments，NI)創(chuàng)立的一個(gè)功能強(qiáng)大而又靈活的儀器和分析應(yīng)用開發(fā)工具，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)大的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。該軟件具有通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成復(fù)雜編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。

理論課中求解信號(hào)卷積是學(xué)生必須掌握的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)課可以讓學(xué)生用LabVIEW軟件編程，做出信號(hào)卷積實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)的功能：通過(guò)兩個(gè)波形發(fā)生器產(chǎn)生兩個(gè)波，y波和x波。y波和x波可以通過(guò)參數(shù)調(diào)解頻率、幅值、以及相位，也可以自主選擇信號(hào)類型。確定好y波和x波后，將y波和x波卷積并輸出。

三、結(jié)論

本文結(jié)合我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的辦學(xué)目標(biāo)，針對(duì)信號(hào)處理課程教學(xué)面臨的問(wèn)題，從改革教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面具體探討了信號(hào)處理課程教學(xué)改革措施。經(jīng)過(guò)幾年的教改探索，我校信號(hào)處理課程教學(xué)模式不斷完善，取得了較好的教學(xué)效果，提升了學(xué)生綜合能力。如何更有效地提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，是每一位任課教師應(yīng)該努力完成的任務(wù)，這就需要我們不斷努力探索，開拓創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：姜欣悅]