信号处理系列课程的教学改革与实践

张爱华,董秀洁,高 辉

(中原工学院电信学院,河南郑州450007)

0 引言

随着信息技术的发展,原有的信号处理系列课程体系和教学内容相对比较滞后,难以满足人才培养的要求。根据国内外高等教育的发展趋势和多年的教学研究,我院课程组在信号处理系列课程的教育理念、课程体系、教学内容和教学资源等方面进行较为系统的改革与探索,取得了显著成绩[1]。

2005年起我院本科按大类招生,调整了原有的按专业招生的培养计划,这就需要信号处理系列课程做出相应的改革,适应新的教学计划的调整,首先需要在原有基础上加强课程体系的建设。

我们以信号处理课群为背景重构信号处理系列课程体系,及时引入高等工程教育的教研与科研成果,更新教学内容;构建良好的教学环境,建立可持续发展的良好机制;在教学和科研的实践中,建设优秀和精品课程;构建完善的实践教学体系[2]。

1 课程体系的重构与优化

我们构建了新的信号处理系列课程体系,确定以“信号与系统”、“随机信号分析”和“数字信号处理”等基础理论课程为核心,“DSP原理与应用”、“数字图像处理”和“语音信号处理”为应用课程的课程体系,将系列课程综合在一起,设计出方向组实验课程和方向组课程设计。所有的改革和探索,旨在全面提高学生在信号处理领域的综合应用能力。总的来看,该系列课程体系具有以下特点。

(1)课程体系重点突出

我们在“信号与系统”中,突出基本原理与概念,在“数字信号处理”中突出数字化方法与技术,在“DSP原理与应用”、“数字图像处理”和“语音信号处理”中突出软硬件实现与实际应用。

(2)教学内容引入实际

我们在基础课程中引入计算机实现的方法,在应用课程中引入实际的设计案例。

(3)实践教学体系的完善

我们施行方向块实验和方向块课程设计,以加强学生对本专业知识的学习,促进学生更好地掌握专业技能。

信号处理课程体系如图1所示,该体系体现了原理、方法和应用的有机结合。

图1 信号处理系列课程体系结构

2 教学内容的整合与更新

“信号与系统”课程涉及信号分析与系统分析,信号分析是基础,突出信号与系统的时域分析和变换域分析的物理概念和工程概念。教学内容突出经典方法与Matlab计算相结合的教学方式。我们在Matlab实现的过程中,实现图形数据相结合。

“数字信号处理”课程涉及数字信号分析和数字滤波器设计。离散付里叶变换DFT是实现信号数字化分析的核心技术,FFT是提高DFT运算效率的重要算法。信号分析是信号处理的基础,而数字滤波器设计则是信号处理的具体实现。

3 实践教学体系的建立

信号处理系列课程的教学改革的一项重要内容便是,确定了信号处理方向块实验内容和方向块课程设计。

1)方向块实验

在方向块实验教学内容中,就信号处理软、硬件实验如何定位问题进行了较为深入的研究,明确了软件实验基于Matlab环境仿真,主要侧重分析和解决问题的原理及方法:硬件实验基于DSP系统环境,主要侧重仿真分析基础上的硬件实现,实验内容面向实际项目,还编写了较为系统的信号处理系列课程实验教材。

该实验教材包括四个方面的内容:

(1)信号分析与处理主要包括:信号产生、时域抽样和频域抽样等六部分的基本内容。涵盖“信号与系统”、“随机信号分析”和“数字信号处理”课程的基本知识点。

(2)系统分析与设计主要包括:连续系统分析和离散系统分析等五部分同系统相关的内容。

(3)信号处理综合应用主要包括:信号幅度调制与解调、电话拨号音合成与识别等部分内容,涵盖“随机信号分析”、“数字信号处理”和“语音信号处理”课程的重要知识点。

(4)信号处理软硬件实现主要包括:DSP系统定时器应用、语音信号的压缩与回放和图像信号的灰度处理等方面的内容。

2)方向块课程设计

方向块课程设计就是把“DSP原理与应用”、“语音信号处理”或“数字图象处理”课程融合在一起开设的系列课程设计。课程设计要能解决下列的三个问题:

(1)设计内容突出信号处理的理论和技术的综合应用。如在信号滤波实验中,在语音信号中混有噪声,要求滤除该语音信号中的噪声。学生首先要进行信号谱分析、然后选择滤波器类型,再确定滤波器参数,最后进行滤波器设计与应用。

(2)如何将“DSP原理与应用”、“语音信号处理”或“数字图象处理”课程有机的结合起来,设计一个实际的应用系统。

(3)结合实际工程需要,将DSP和CPLD结合起来,开设通信系统设计的课题。

4 结语

本文介绍的信号处理系列课程的教学改革有以下创新点:

(1)我们将三门基础课程和三门应用课程作为一个整体对待,使各课程之间的衔接更紧密。这样,能够有效地避免各门课程涵盖的知识之间不连贯的问题。

(2)我们根据基础课程和专业应用课程的分类,确定了相应的系列实验和课程设计。

(3)我们制定了信号处理系列课程理论教学大纲和实践体系教学大纲。

信号处理系列课程建设在教学理念探索、课程体系与内容优化以及教学资源建设等方面取得了丰硕的成果。

[1] 韩萍,倪育德等.信号类课群建设与实践[J].南京:电气电子教学学报,2009,31(1):10-11

[2] 卢德鑫.研究型教学20年-理念、实践、物理[M].北京:清华大学出版社,2008