信号处理类课程交互式和探讨式教学研究与实践

贺州学院机械与电子工程学院 张红燕 李生华 陈家勇



信号处理类课程交互式和探讨式教学研究与实践

贺州学院机械与电子工程学院 张红燕 李生华 陈家勇

【摘要】信号处理类课程具有较强的理论性和实践性，长期以来学生感觉该课程难学难用，其主要原因是没有讲理论性和实践性相结合。本文设计了一个基于MATLB的信号处理类课程的仿真实验平台，在专业课的教学中，将专业课的知识与相应专业应用软件相结合，理论联系实际，重视学生的创新能力培养。该实验平台方便学生在个人计算机上使用，我们还鼓励学生还可以根据自己的爱好和能力进行修改。学生使用该仿真实验平台能够促进学生在知识、能力和素质上的协调发展。

【关键词】信号与系统；仿真实验；MATLAB

1　引言

电子信息工程和通信工程专业基础课信号与系统和数字信号处理专业课程一直采用黑板式或者多媒体的教学方式，学生仅依靠做习题来巩固和理解教学内容，对课程中大量的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试、分析，严重影响和制约了教学效果。专业课程中，学生自己设计的系统也不能直观地得到系统特性的可视化测试结果，学生将大量的精力和时间用于繁杂的手工数学运算，而未真正理解所得结果的实际应用。因此，专业课程迫切需要进行教学方法和教学手段的改革。也有很多同行对信号处理类课程进行了积极的教学改革[1][2]，也有同行教师建立了一些实验平台[3]，这些都是我们应该学习的。

2　信号处理类课程改革的意义

在专业课的教学中，将专业课的知识与相应专业应用软件相结合，理论联系实际，重视学生的创新能力培养。将专业知识与相应软件分开教学的做法是片面的，不切实际的。突出仿真实验教学与课堂教学的结合，在保证传统实验的基础上，利用Matlab仿真软件，实现理论授课与仿真实验的有机结合；通过Matlab提供大量的虚拟实验演示实例,学生从中学习到信号与系统的一些基本原理与实际应用；同时也留下了动手实践的空间，通过改变信号、模块、仿真子系统等的参数,观察信号与系统的相应变化，加深对“信号与系统”原理的理解；在课程实践教学中，借助Matlab软件可以计算出任何复杂信号的频谱[3]，以及动态演示实验结果，从而可以使学生有更多的时间利用所学的基本原理和基本方法去学习新知识，去解决实际问题,并可对实验的深度和广度进行拓展，从而更生动、更直接地学习课程内容,培养学生的创新能力和设计能力。

本文探索以信号处理类课程进行课程体系改革，形成较为鲜明的教改特色和课程优势，在优化教育资源的基础上 ,完善培养目标和人才规格所要求的学生的认知结构。以培养应用型、创新型人才为主线，培养电子信息类专业信息获取、传输、处理、应用等方面具有较强工程实践动手能力和综合应用能力的人才，能够适应社会发展对电子信息类技术人才的素质需要。同时期待该类课程的教学改革能起到提高电信类专业基础课和专业课的教学质量并辐射其他专业教改的目的。

3　以信号与系统课程为基础的Matlab的仿真实验平台

我们设计了一个基于MATLAB的信号与系统的仿真实验平台，主界面如图1，对于每个详细的模块还有更加详细的分解，比如图2是系统的时域分析的相关内容。学生可以在自己电脑上运行，信号与系统课程具有较强的理论性和实践性，长期以来学生感觉该课程难学难用，其主要原因是没有讲理论性和实践性相结合。学生使用该仿真实验平台能够促进学生在知识、能力和素质上的协调发展，通过软件，加深对课本知识的理解，增强了学生的就业竞争能力。另外我们还做了以数字信号处理课程为中心的Matlab仿真实验平台，因为篇幅关系就不一一上图解释。

图1　信号与系统仿真实验平台主界面

图2　系统的时域分析界面

4　信号处理类课程的探讨式教学研究与实践

对信号处理类课程进行探讨式教学的目的是：

(1)加深对该类课程中基本原理和方法的理解。

(2)锻炼学生综合利用所学理论和技术，分析与解决工程实际问题的能力。

我们的具体做法是：把跟该类课程紧密相连的实际问题制作成相关的题目，每组练习中至少有三个题目，这三个题目难度逐渐增大，让学生自由组合分工合作，以团队的形式来完成，每组3到4人。在每个题目的后面，给出解答问题的框架型结构，让学生知道该从何入手。比如：求解该问题涉及到的知识点；温馨提示：求解该问题在Matlab中应用什么函数等；仿真程序；仿真结果；结果分析；自主学习的内容和参考文献；以及在解决该问题时又发现什么问题；以及后续的问题探究。

有了这些框架之后，学生就知道该从何入手，去解决问题，发现问题，自主学习等。通过这种半成品、框架式结构的问题设计，使学生对信号处理类课程知识的了解与掌握不再只是课本知识问题的求解，而是上升到了综合利用所学理论和技术，提高分析与解决工程实际问题的能力。

5　总结

我们对于信号处理类课程交互式和探讨式教学研究与实践做了一些工作，设计了一个基于MATLB的信号处理类课程的仿真实验平台，在专业课的教学中，将专业课的知识与相应专业应用软件相结合，理论联系实际，重视学生的创新能力培养；另外，还把信号处理类课程紧密相连的实际问题制作成相关的题目，设计了求解问题的框架等。通过这些手段确实能够在学生学习信号处理类课程中受

益匪浅，提高了学习的兴趣，锻炼了分析与解决工程实际问题的能力。但是随着新的科学技术和科技手段的创新，我们还需进一步解放思想，提高接受新事物的能力，并且把这些新的技术引入到课堂中来，比如现在在全世界都很热门的电子书，利用苹果公司提供的iBooks Author软件，我们也正在着手编写基于MATLAB的信号处理类电子书，可以在手机和iPAD上阅读。

参考文献

[1]罗忠亮.“数字信号处理”课程教学改革实践探索[J].教育评论,2015(02).

[2]张安清,林洪文,陈洪泉.《数字信号处理》课程教学改革与方法研究[J].高等教育研究学报,2013(04).

[3]赵力.语音信号处理嵌入式教学实验平台的研究与开发[J].信息化研究,2014(01).

张红燕（1978－），女，山东临清人，副教授，主要从事电子通信系统设计和数字图像处理技术的应用等。

李生华（1979－），男，广西人，讲师，主要从事电子通信系统设计。

陈家勇，贺州学院机械与电子工程学院2013级通信工程专业学生。

作者简介：

基金项目：本文系自治区教育厅教改项目《信号处理类课程交互式和探讨式教学研究与实践》（编号：2014JGB237）、贺州学院教改项目《电子工程类专业应用型人才培养模式创新实验区》（编号：hzxyxyq201304）和自治区大学生创新创业项目《基于微信平台的贺州温情公益协会公众号的设计》（编号：201511838072）支持。