“信號分析與處理”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

劉玲　汪琳娜　劉丁

【摘 要】結(jié)合獨(dú)立學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式和“信號分析與處理”課程的特點(diǎn)，本文提出了“信號分析與處理”課程的教學(xué)改革思路和方案，并進(jìn)行了實(shí)踐。結(jié)果表明，通過教學(xué)改革能夠讓學(xué)生更好地理解、應(yīng)用較抽象、難懂的內(nèi)容，公平公正的考核方式也更好地反映學(xué)生實(shí)際掌握情況。

【關(guān)鍵詞】信號分析與處理 ；教學(xué)改革；應(yīng)用型；考核方式

“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”是電子信息類專業(yè)兩門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是信息類專業(yè)承上啟下的核心課程，其主要任務(wù)是以通信和控制系統(tǒng)的應(yīng)用為背景來研究信號傳輸與處理方面的基本理論和基本分析方法。

近幾年隨著信息科學(xué)發(fā)展日新月異，對相應(yīng)的基礎(chǔ)理論教學(xué)不斷提出更新的要求，“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)正在受到?jīng)_擊。為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和當(dāng)今的教學(xué)規(guī)律，并結(jié)合我?！皯?yīng)用型”人才培養(yǎng)理念，我院采用將“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”這兩門課程整合為一門課程“信號分析與處理”，并率先在應(yīng)用電子專業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)。本文主要論述我院“信號分析與處理”課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式上的改革思路和方案。

1 教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

“信號分析與處理”課程內(nèi)容廣泛、抽象，涉及的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)多。我院專科學(xué)生由于基礎(chǔ)薄弱，很多內(nèi)容不管是從概念的理解還是公式計(jì)算上都會有一定的難度，而且按照教學(xué)大綱要求在規(guī)定的60學(xué)時(shí)內(nèi)把連續(xù)時(shí)間信號和系統(tǒng)分析，離散時(shí)間信號和系統(tǒng)分析，離散傅里葉變換，快速傅里葉變換，數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，包括無限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)和有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的內(nèi)容講述完，是有一定難度的。因此，有必要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，內(nèi)容既不能貪多求全，又不能抽象偏難。

在教學(xué)內(nèi)容改革中，從實(shí)用性出發(fā)，將理論和應(yīng)用相結(jié)合。首先，改變過去的以系統(tǒng)分析為主體，信號分析服從系統(tǒng)分析需要的格局，建立起信號分析為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析與綜合為信號分析與綜合服務(wù)的概念。緊緊抓住信號這條主線，舍棄一些偏理論性且不適用的內(nèi)容，重點(diǎn)介紹信號分析、處理的基本概念、基本原理和基本分析方法。

其次，“信號分析與處理”課程涉及的分析方法較多，如對連續(xù)信號有時(shí)域法、傅立葉變換、拉普拉斯變換，對離散信號有時(shí)域法、離散傅立葉變換、快速傅立葉變換、z變換，如果每種方法都詳細(xì)講述并推導(dǎo)過程，會讓學(xué)生陷于紛繁的公式推導(dǎo)中，讓很多學(xué)生感覺在上一門數(shù)學(xué)課，可以想象這樣的教學(xué)效果肯定不好，也讓學(xué)生感到枯燥乏味。在分析方法教學(xué)內(nèi)容安排上，注重概念的理解和建立，弱化數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，簡化求解運(yùn)算，給學(xué)生講解這些知識點(diǎn)可以解決哪些實(shí)際的問題，培養(yǎng)學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。比如用經(jīng)典法求解系統(tǒng)的微分方程，在“高等數(shù)學(xué)”課程中已花費(fèi)較多時(shí)間學(xué)習(xí)，在“信號與分析”課程中直接應(yīng)用，不再推導(dǎo)；離散狀態(tài)方程的時(shí)域解法對專科班同學(xué)不做要求；把拉普拉斯變換、Z變換作為數(shù)學(xué)工具介紹，告訴學(xué)生如何用這些工具；對傅立葉變換，重點(diǎn)放到對頻譜、振幅譜和相位譜的分析上，讓學(xué)生掌握圖譜所包含的信息。

再有，適當(dāng)增加Matlab軟件應(yīng)用的內(nèi)容?！靶盘柗治雠c處理”是一門理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，通過這門課程，不在乎讓學(xué)生記住多少個(gè)公式、定理，而更在于學(xué)生能否借助這個(gè)工具去分析處理問題。因此，增加了MATLAB在信號分析與處理的內(nèi)容，由于課堂教學(xué)學(xué)時(shí)的限制，這部分內(nèi)容更多地放在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

2 教學(xué)手段的多樣性

2.1 靈活性教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)次序是先講連續(xù)時(shí)間信號與系統(tǒng)的分析，再講離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的分析。鑒于兩部分內(nèi)容之間的相互關(guān)系，教學(xué)次序上先信號后系統(tǒng)，先連續(xù)后離散。什么是信號？什么是連續(xù)信號和離散信號？兩者有什么區(qū)別和聯(lián)系？兩者的分析方法又有什么的異同？系統(tǒng)是為了達(dá)到特定目的對信號進(jìn)行處理、變換的器件、裝置、設(shè)備及其組合。為了處理不同的信號，對應(yīng)系統(tǒng)的分析方法又有什么異同？在教學(xué)上把注意力放在它們之間的類同點(diǎn)和不同點(diǎn)上，對分析方法和過程進(jìn)行類比推導(dǎo)講授，這樣既能幫助學(xué)生梳理課程的脈絡(luò)結(jié)構(gòu)，又能加深對知識點(diǎn)的理解。

2.2 板書和多媒體教學(xué)有機(jī)結(jié)合

改革傳統(tǒng)的黑板式單一教學(xué)模式，在課堂教學(xué)過程中按講授內(nèi)容靈活使用黑板和PowerPoint?！靶盘柗治雠c處理”課程中包含大量的數(shù)學(xué)公式和理論推導(dǎo)，如果單純應(yīng)用板書，公式的推導(dǎo)和圖形繪制會占用大量的時(shí)間和精力，可充分利用多媒體的教學(xué)優(yōu)勢，對已知的公式和易懂的內(nèi)容快速顯示，而重點(diǎn)和難點(diǎn)的地方又可應(yīng)用板書予以補(bǔ)充，增加知識保留時(shí)間，有利于師生交流的融合。借助于多媒體，還可以把課程中難以理解的概念形象化，加深學(xué)生的理解。比如卷積積分、卷積和，信號的采樣和恢復(fù)等內(nèi)容的教學(xué)，可以借助多媒體把復(fù)雜的求解過程，以圖形方式演示出來，中間過程一目了然，這種方式能夠加深他們對于信號的理解和掌握。因此，在課堂教學(xué)中，要做好板書書寫和多媒體播放的完美結(jié)合，充分發(fā)揮兩種教學(xué)手段的優(yōu)勢，增進(jìn)學(xué)生對課程的理解和掌握。

2.3 將Matlab引入課程教學(xué)

Matlab 軟件提供了數(shù)據(jù)采集工具箱、信號處理工具箱以及時(shí)頻工具箱等相關(guān)命令和函數(shù)。用戶不僅可以使用Matlab語言靈活方便地編寫應(yīng)用程序，也可以通過Simulink軟件包對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真以及分析。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中側(cè)重于MATLAB在信號分析與處理的應(yīng)用，在課程教學(xué)中則是借助Matlab加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解。如連續(xù)信號的時(shí)域運(yùn)算，如果按照常規(guī)的課堂板書推導(dǎo)計(jì)算方法，學(xué)生是很難想象信號如何進(jìn)行運(yùn)算的。為此我們通過Matlab環(huán)境編寫了連續(xù)信號的時(shí)域運(yùn)算的演示環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生理解信號時(shí)域運(yùn)算的每個(gè)環(huán)節(jié)和步驟。通過Matlab演示，一方面能加深學(xué)生對已學(xué)概念、原理的理解，另一方面也為信號分析方法的研究、信號處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

3 考核方式的改革

考試在一定程度上是學(xué)生學(xué)習(xí)的指揮棒，為避免學(xué)生為了考試而學(xué)，為了考試而背，臨時(shí)抱佛腳的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)方法。在新的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)思想的指導(dǎo)下，對當(dāng)前的考試方法及考試內(nèi)容進(jìn)行了改革?？荚噧?nèi)容不再過多地注重公式記憶和單調(diào)的公式計(jì)算，而是側(cè)重在問題的分析方法，強(qiáng)調(diào)基本內(nèi)容、基本概念及知識的綜合應(yīng)用能力?？己丝傇u成績不再單一是期末的卷面成績，而是由卷面成績、平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)成績?nèi)齻€(gè)部分組成，并提高實(shí)驗(yàn)比例，占到了總評成績的百分之三十。平時(shí)成績包括學(xué)生出勤情況、作業(yè)情況、答疑情況等，如果有與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的論文發(fā)表，可以適當(dāng)調(diào)高總評成績。

4 結(jié)束語

“信號分析與處理”是工科院校中一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為了提高該門課程的教和學(xué)的質(zhì)量，我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面對課程進(jìn)行了改革，實(shí)踐證明這些改革是切實(shí)有效的，學(xué)生對信號分析與處理的應(yīng)用能力都得到了加強(qiáng)。教學(xué)改革是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，雖然取得了一定的進(jìn)步和成績，但在各個(gè)環(huán)節(jié)還需要繼續(xù)的探索，還要加強(qiáng)教學(xué)研究和與其他學(xué)校的交流，努力把它建設(shè)成為學(xué)生愿意學(xué)習(xí)并真正能夠應(yīng)用到實(shí)踐中去解決實(shí)際問題的課程。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙光宙，齊冬蓮.“信號分析與處理”課程教學(xué)改革與思考[J].2007年中國自動化教育學(xué)術(shù)年會，2007：379-382.

[2]趙光宙.信號分析與處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006.

[責(zé)任編輯：湯靜]