“信号分析与处理”课程实践环节的设计思想

齐冬莲,赵光宙

(浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027)

0 引言

信号处理技术业已成为电气、通信、雷达、测试、生物医学和控制等学科和工程领域的重要理论和技术基础[1]。“信号分析与处理”是电气工程专业知识体系中必不可少的知识领域,是电气工程及相关专业的重点课程之一[2]。

实践教学是人才培养的重要环节。如何培养和提高大学生对于信号分析和处理领域的实践能力,是一个值得深入研究的课题[3]。

我们针对电气工程专业学生的特点,全面完善“信号分析与处理”课程的实践教学内容,并在教学实践中设计了一系列综合性和创新性的实验内容,形成了一个完整的实验体系,全面提高了学生的思维能力、动手能力和创新能力[4]。

1 建立跨专业的课程软硬件实验平台

依托国家级实验教学示范中心——“浙江大学电工基础工程训练中心”,我院已建成了开放式、多层次和自主型实践与创新基地,形成了突出学生能力培养与训练,强调课内外自主创新的完整实验体系。对大学生实践能力、工程设计能力、分析和解决实际问题能力和综合应用知识能力,特别是创新思维与创新能力,提供了良好的实践基地与实训平台。

在基地和平台上开展的基本实验内容包括:①信号分析与处理实验基础知识,包括实验预备知识、常用电子仪器介绍、常用电子元器件资料、电子测量技术、实验调试与故障检测技术等内容。②信号分析与处理基础性模拟实验,包括信号的分解与合成、信号的采样与恢复以及有源和无源滤波器设计等实验。③基于Matlab的信号分析与处理实验,介绍Matlab的信号分析与处理工具箱的使用,并给出DFT、FFT和IIR/FIR滤波器等实验。④DSP实验包括信号的发生、FFT、自适应滤波器和语音处理等实验。

这些实验可以让学生能应用所学知识去设计比较复杂的实用电路或系统,尽可能多地采用先进的实验手段和设计方法。这些实验是软件仿真实验和硬件实物实验的结合,使学生能充分体会到信号的软件处理和硬件处理的相互关系,从而对信号分析和处理有一个完整的认识。

2 开展多种实践教学活动

在保证基础性实验的基础上,减少单科性和验证性实验,增加设计性和综合性实验,鼓励学生提出创新性和工程训练性实验,从而形成设计型和开放型实验的创新点。

设计型实验要求学生自主完成信号的分解与合成、声音信号的频谱分析与滤波等系统软、硬件设计,分析结果后撰写实验报告。

开放型实验和学生的课外科技训练相结合,由学生自己选择研究课题和提出实验方案、构建实验系统并完成实验内容,分析结果后撰写小论文。

实践教学的另一内容便是引导学生积极投入大学生科研训练计划SRTP、电子设计竞赛和智能车竞赛等校内外实践活动,使本课程实践教学得以很好的延伸和发展。例如,学生设计的自适应滤波器在交流调速系统中得到了很好的应用;基于DSP的声控系统,结合音频信号分析与处理、滤波器等知识,体现了学生将课程基础知识与动手实践有机结合的能力。

课程组教师结合课程内容,参与指导的大学生课外科技训练SRT P小组达30多项,挑战杯8项,智能车大赛12项。先后获得全国电子设计竞赛一等奖2项、二等奖3项、全国智能车竞赛二等奖1项,优胜奖1项。

3 促进教学与科研的结合

为了提高教学,课程组成员积极开展了各种科学研究活动。

例如:将科研课题中的混沌信号等相关理论引入到教学之中,通过生动有趣的波形信息,给学生展示了一个介于随机信号与确定性信号之间的范例。学生自行设计的Chua混沌电路,将电路分析、滤波器设计和电子技术等技术融于一体。

引导学生加入到“汽车牌照自动识别系统”、“导引机器人”及“后勤支持系统”等研究课题组之中,应用小波理论、自适应信号处理和数字图像处理等新技术,解决新问题。

这些研究活动的参与和产生的成果,使学生深化了对“信号分析与处理”课程中的内容的理解,开阔了视野。

4 结语

通过“信号分析与处理”课程的实践教学,学生不仅顺利地完成了课程的学习,而且为后续课程的学习打下了坚实的基础,能初步运用所学知识解决实际问题。

随着科技的进步,信号分析与处理的内容也在不断的更新,如何及时把握新知识的发展,并将其应用到教学实践中,切实提高大学生的实践能力,是一个值得不断深入研究的课题。

[1] 赵光宙.信号分析与处理[M].北京:机械工业出版社,2006,8

[2] 王松林等.“信号与系统”国家精品课程的建设与实践[J].兰州:高等理科教育,2008,79(3):145-148

[3] 汪雄海,赵光宙.大学生科研训练教育实践[J].武汉:高等工程教育研究,2001,4

[2] 齐冬莲,赵光宙.“信号分析与处理”课程教学实践探讨[J].杭州:浙江大学本科教学改革与实践,2007,10