数字信号处理课程实验教学内容改革研究

尹立敏

摘要：实验教学是《数字信号处理》教学工作的重点，而传统实验教学形式单一、教学效果差，难以激发学生的学习兴趣。针对该问题提出了增加综合设计性的实验教学项目，并对综合性设计实验内容进行了详细设计和验证，重视基于MATLAB的具有与实际工程实践相关的数字信号处理实验教学，提高学生对课程学习的积极性，并提升学生的科研能力。

关键词：实验教学 综合设计性 MATLAB

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（a）-0084-02

随着通信技术、电子技术和计算机网络的快速发展，數字信号处理技术已成为众多领域的重点研究内容。而工科大学数字信号处理课程作为电类专业中重要的专业基础课，上承高等数学、信号与系统.MATLAB程序设计等课程，下启DSP原理及应用和数字图像处理等专业课程，对于学生整个课程体系的建立起着关键性作用。但是该课程的理论性和实践性都很强，要求学生具有较好的数学基础，很多算法适合在计算机上实现，因此学生在学习该课程的时候，普遍感觉比较抽象，对公式、理论难以理解，学生不知道怎么把该课程的大量公式、理论应用到实际当中去解决一些实际问题，从而无法提高学生对该课程的学习兴趣。

1.传统实验教学存在的问题

实验教学在《数字信号处理》课程教学中占有非常重要的位置，通过实验教学加深学生对基本概念和基本原理的理解，提高学生独立分析问题和解决问题的能力。目前数字信号处理开设的实验教学内容主要是数字信号处理基础实验和数字滤波器设计实验。通过基础性实验使学生掌握了一定的数字信号处理基本知识，具有了一定的动手能力，通过数字滤波器的设计实验进一步提高了学生的动手能力。但是这些还都是局限在理论上，对这样一门既有较强的理论性又有很强的实践性的课程，就要引导学生如何将所学的理论知识结合学校专业特色在实际应用中找到切入点，使学生的工程实践能力有一个质的分跃，这些都是传统实验教学中所缺少的。根据目前数字信号处理单一实验的诸多弊端，学院开设了综合性设计实验内容。

2.综合性设计实验内容设计

综合性设计实验可以由指导老师给定实验目的、设计要求和实验条件，由学生自行设计实验方法并加以实现的实验。综合性设计实验的时间是开放的，内容也是开放的，除了指导老师规定的题目，学生也可以自己根据专业特色，选择自己感兴趣的实验题目，实验导师启发和引导学生完成实验。

2.1综合性设计实验内容

指导老师结合自身教学和科研工作和学校专业特色，提出一定量的适合本科生的综合设计性的实验项目，并且及时更新实验项目。目前，笔者学校的电子信息工程和电子信息科学与技术专业的培养方案的修订和教学过程中都在不断地加强和电力系统的结合，这也是笔者学院该专业的特色。而实际上电力系统中应用信号处理地方非常多，例如：谐波检测、故障检测、电能质量分析等，所以数字信号处理实验教学过程中也要加强信号处理技术在电力系统当中的实践教学，让学生们真正地体会学有所用。目前学院提供4个实验项目供学生选择：语音信号的频谱分析和变频设计，电力系统谐波分析与仿真，雷达信号分析，电力系统谐波畸变率计算分析。

下面以电力系统谐波分析与仿真实验项目为例，说明综合设计性实验的设计。

电网稳态的供电电压波形为工频正弦波形，其数学表达式为

2.2综合性设计实验要求

对于电力谐波分析中采样频率的选择很主要，在实验指导过程中要引导学生对50 Hz、100 Hz、150 Hz等频率成分进行分析，那么采样频率和采样的数据长度怎么选择是正确的。该实验要求学生利用MATLAB对整个系统的软件进行仿真实现，并且完成实验报告，在实验报告中学生要给实验原理、实验方案、程序设计和仿真结果和分析（实验图和表）。

3.结语

数字信号处理课程是一门理论性和实践性都很强的重要基础课程，文章在分析传统实验教学中的不足，提出结合学校专业特色开展综合设计性实验教学，既能加深学生对基础知识的掌握和巩固，又能培养学生综合运用知识的能力，提高学生的工程实践能力。