數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)方法探討

[摘 要] 數(shù)字信號(hào)處理是工科院校本科階段一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)必修課，課程概念抽象，公式繁多，內(nèi)容枯燥，傳統(tǒng)教學(xué)方法的教學(xué)效果較差。為了取得較好的教學(xué)效果，從教學(xué)方法、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等方面進(jìn)行了探討。這些措施的實(shí)施能夠激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)字信號(hào)處理;教學(xué)方法;教學(xué)效果

[基金項(xiàng)目] 鄭州輕工業(yè)大學(xué)第十一批教學(xué)改革與研究項(xiàng)目

[作者簡(jiǎn)介] 楊永雙，女，河南人，鄭州輕工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院講師，研究方向：信息處理。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.4? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）31-0273-02? ? [收稿日期] 2020-02-05

數(shù)字信號(hào)處理是工科院校本科階段一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)必修課，是一門(mén)理論與實(shí)踐結(jié)合性很強(qiáng)的學(xué)科，同時(shí)也是學(xué)生考研的學(xué)科之一，因此，數(shù)字信號(hào)處理在各個(gè)學(xué)校的專(zhuān)業(yè)教學(xué)中都具有十分重要的地位，受到相當(dāng)?shù)闹匾暋Ｔ撜n程總體上概念抽象，公式繁多，內(nèi)容枯燥，學(xué)時(shí)間一般較短，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)這門(mén)課學(xué)習(xí)興趣不足，學(xué)習(xí)效果較差。

一、數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)方法

1.采用對(duì)比的教學(xué)方法。由于數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)點(diǎn)包含了時(shí)域離散信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域與頻域分析，這部分內(nèi)容與信號(hào)與系統(tǒng)中的時(shí)域連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域與頻域分析幾乎是一一對(duì)應(yīng)的，比如，在數(shù)字信號(hào)處理中的時(shí)域離散系統(tǒng)的響應(yīng)用差分方程來(lái)描述和分析，在信號(hào)與系統(tǒng)中的時(shí)域連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng)用微分方程來(lái)描述和分析;在數(shù)字信號(hào)處理中的頻域分析中包含了序列的傅里葉變換、序列的Z變換、周期序列的傅里葉級(jí)數(shù)等等，這些知識(shí)點(diǎn)都與信號(hào)與系統(tǒng)的信號(hào)的傅里葉變換、信號(hào)的拉氏變換、周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)的學(xué)習(xí)方法、思路乃至一些性質(zhì)都完全相同，因此在學(xué)習(xí)這些知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，我們可以通過(guò)對(duì)比的方法去學(xué)習(xí)這部分知識(shí)，從而快速理解掌握這部分知識(shí)。

2.強(qiáng)調(diào)數(shù)字信號(hào)處理概念的物理意義和工程應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理課程中含有大量的概念和公式，概念抽象，并且課程中大量的理論和結(jié)論也都是通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)方式得出，因此，繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算使學(xué)生感到難學(xué)、難懂，并且學(xué)了也不知道如何去用，導(dǎo)致學(xué)生過(guò)于注重公式推導(dǎo)或證明而不去理解其實(shí)質(zhì)和用途。針對(duì)上述情況，在課堂教學(xué)中，應(yīng)簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，著重講解物理意義、實(shí)際應(yīng)用等。例如：序列的單位脈沖分解定理

此式就表明任意一個(gè)時(shí)域序列都可用單位脈沖序列的加權(quán)移位和得到，因此，在時(shí)域中，單位脈沖序列就是一個(gè)基本序列，它就像我們的任何整數(shù)都是由數(shù)字1組成一樣。

在時(shí)域中有這樣的分解定理，同樣在頻域中也有這樣的分解定理。例如：逆傅里葉變換的定義式

3.案例的導(dǎo)入。由于數(shù)字信號(hào)處理本身就是一門(mén)理論與實(shí)際聯(lián)系緊密的課程，而且概念抽象，公式繁多，內(nèi)容枯燥，僅僅從理論上進(jìn)行對(duì)比分析學(xué)習(xí)來(lái)改進(jìn)教學(xué)，有時(shí)候?qū)W生們?nèi)匀徊荒苌钊肜斫?，達(dá)不到較好的教學(xué)效果，因此我們還要理論結(jié)合實(shí)際。

比如，將我們自己的語(yǔ)音信號(hào)引入課程。首先，將我們的語(yǔ)音信號(hào)錄入，通過(guò)matlab軟件中的讀取函數(shù)[x，fs]=audioread（‘A.wav）讀取語(yǔ)音信號(hào)，并獲得采樣頻率fs，通過(guò)sound（x，fs）函數(shù)，把我們錄入的語(yǔ)音信號(hào)播放出來(lái)，可以直觀地看到我們自己的語(yǔ)音信號(hào)（圖1），同時(shí)也可以了解采樣頻率以及采樣位數(shù)的概念，還可以對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的頻譜進(jìn)行分析，我們可以知道，我們自己的聲音在那個(gè)頻域范圍。

數(shù)字信號(hào)處理課程的后部分內(nèi)容是濾波器的設(shè)計(jì)。我們可以在一個(gè)噪雜的環(huán)境中錄入自己的語(yǔ)音信號(hào)，進(jìn)行時(shí)域頻域分析顯示，之后再通過(guò)設(shè)計(jì)的濾波器，把我們的聲音信號(hào)通過(guò)所設(shè)計(jì)的濾波器之后進(jìn)行頻譜分析，并與之前的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，看看前后其頻譜的變化情況，從而來(lái)驗(yàn)證濾波器設(shè)計(jì)得好壞。因此，通過(guò)一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)的引入，能夠?qū)⒄麄€(gè)數(shù)字信號(hào)處理的教學(xué)過(guò)程貫穿起來(lái)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及學(xué)習(xí)效果。

4.改進(jìn)課后作業(yè)模式。為了讓學(xué)生能夠及時(shí)掌握每章節(jié)所學(xué)內(nèi)容，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)的能力，除了正常的作業(yè)之外，在每個(gè)章結(jié)束后要求對(duì)本章知識(shí)進(jìn)行梳理總結(jié)，讓學(xué)生除了掌握細(xì)節(jié)內(nèi)容之外，對(duì)整個(gè)章節(jié)內(nèi)容有一個(gè)整體的理解，從而了解學(xué)生學(xué)習(xí)的基本狀態(tài)。

5.培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。由于數(shù)字信號(hào)處理具有概念抽象，公式繁多，內(nèi)容枯燥等特點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)這門(mén)課學(xué)習(xí)興趣不足，因此，除了使用上面的教學(xué)方法之外，我們還必須培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，把日常生活中的應(yīng)用加入課程里面。

二、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

任務(wù)驅(qū)動(dòng)法是以任務(wù)為主線(xiàn)，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體的教學(xué)方法。例如：我們?cè)谡n堂上引入了生活中的語(yǔ)音實(shí)例，在課堂上直觀看到了語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域頻域圖形，當(dāng)然我們還可以對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行放大和衰減、對(duì)錄音內(nèi)容倒播放、進(jìn)行變調(diào)處理、實(shí)現(xiàn)混音效果、實(shí)現(xiàn)回音效果，等等。

這些內(nèi)容我們可以在課堂上展示其中的一部分，其余的以任務(wù)的形式布置給學(xué)生，讓學(xué)生通過(guò)查找資料解決學(xué)習(xí)的內(nèi)容，通過(guò)這種方式，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，從而提升利用數(shù)字信號(hào)處理的方法分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

三、組織學(xué)生參與各種創(chuàng)新項(xiàng)目或者競(jìng)賽

現(xiàn)在針對(duì)大學(xué)生的電子類(lèi)競(jìng)賽有很多，積極組織學(xué)生參與各種創(chuàng)新項(xiàng)目或者競(jìng)賽，有助于激發(fā)自主學(xué)習(xí)的熱情，在這些項(xiàng)目或者比賽中，學(xué)生從過(guò)去的“要我學(xué)”變成“我要學(xué)”，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)，學(xué)生要完成這些項(xiàng)目或者競(jìng)賽需要自己查閱資料，積極思考，認(rèn)真分析，提出自己的觀點(diǎn)，相互討論，并完成相應(yīng)的內(nèi)容。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生不僅提高了學(xué)習(xí)主動(dòng)性，同時(shí)也提高了創(chuàng)新能力，這也順應(yīng)了當(dāng)前新工科背景下課程教改的發(fā)展方向。

四、給學(xué)生營(yíng)造更多的學(xué)習(xí)和討論空間

在信息化的時(shí)代，好的方法也是在不斷變化的，為了給學(xué)生營(yíng)造更多的學(xué)習(xí)和討論的空間，我們不僅要有學(xué)校的精品課程，還要有校內(nèi)的在線(xiàn)作業(yè)、在線(xiàn)測(cè)試、在線(xiàn)討論，等等，同時(shí)還有專(zhuān)門(mén)針對(duì)學(xué)生建立的qq群、微信群，學(xué)生們可以隨時(shí)把有疑問(wèn)的內(nèi)容提出來(lái)，隨時(shí)進(jìn)行解答，從而做到有問(wèn)題不積累，以便后面更好的學(xué)習(xí)。

五、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字信號(hào)處是電子通信等工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，由于其自身的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)積極性較差。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到較好的教學(xué)效果，從教學(xué)方法、培養(yǎng)學(xué)生興趣、鼓勵(lì)學(xué)生積極參與各種創(chuàng)新項(xiàng)目或者競(jìng)賽等方面著手，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得的成就感，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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