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“信号分析与处理”课程的教学改革与实践

时间:2016-05-16  作者:佚名

【摘要】结合独立学院应用型人才培养模式和“信号分析与处理”课程的特点,本文提出了“信号分析与处理”课程的教学改革思路和方案,并进行了实践。结果表明,通过教学改革能够让学生更好地理解、应用较抽象、难懂的内容,公平公正的考核方式也更好地反映学生实际掌握情况。
论文关键词:信号分析与处理,教学改革,应用型,考核方式

近几年随着信息科学发展日新月异,对相应的基础理论教学不断提出更新的要求,“信号与系统”和“数字信号处理”课程的教学正在受到冲击。为适应科学技术的发展和当今的教学规律,并结合我校“应用型”人才培养理念,我院采用将“信号与系统”和“数字信号处理”这两门课程整合为一门课程“信号分析与处理”,并率先在应用电子专业进行试点。本文主要论述我院“信号分析与处理”课程在教学内容、教学手段和考核方式上的改革思路和方案。

1 教学内容的调整

“信号分析与处理”课程内容广泛、抽象,涉及的数学基础多。我院专科学生由于基础薄弱,很多内容不管是从概念的理解还是公式计算上都会有一定的难度,而且按照教学大纲要求在规定的60学时内把连续时间信号和系统分析,离散时间信号和系统分析,离散傅里叶变换,快速傅里叶变换,数字滤波器的设计,包括无限冲激响应数字滤波器设计和有限冲激响应数字滤波器设计的内容讲述完,是有一定难度的。因此,有必要对教学内容进行调整,内容既不能贪多求全,又不能抽象偏难。

在教学内容改革中,从实用性出发,将理论和应用相结合。首先,改变过去的以系统分析为主体,信号分析服从系统分析需要的格局,建立起信号分析为基础,系统分析与综合为信号分析与综合服务的概念。紧紧抓住信号这条主线,舍弃一些偏理论性且不适用的内容,重点介绍信号分析、处理的基本概念、基本原理和基本分析方法。

其次,“信号分析与处理”课程涉及的分析方法较多,如对连续信号有时域法、傅立叶变换、拉普拉斯变换,对离散信号有时域法、离散傅立叶变换、快速傅立叶变换、z变换,如果每种方法都详细讲述并推导过程,会让学生陷于纷繁的公式推导中,让很多学生感觉在上一门数学课,可以想象这样的教学效果肯定不好,也让学生感到枯燥乏味。在分析方法教学内容安排上,注重概念的理解和建立,弱化数学公式的推导,简化求解运算,给学生讲解这些知识点可以解决哪些实际的问题,培养学生处理数据的能力,激发学习兴趣。比如用经典法求解系统的微分方程,在“高等数学”课程中已花费较多时间学习,在“信号与分析”课程中直接应用,不再推导;离散状态方程的时域解法对专科班同学不做要求;把拉普拉斯变换、Z变换作为数学工具介绍,告诉学生如何用这些工具;对傅立叶变换,重点放到对频谱、振幅谱和相位谱的分析上,让学生掌握图谱所包含的信息。

再有,适当增加Matlab软件应用的内容。“信号分析与处理”是一门理论性和实践性较强的课程,通过这门课程,不在乎让学生记住多少个公式、定理,而更在于学生能否借助这个工具去分析处理问题。财务论文因此,增加了MATLAB在信号分析与处理的内容,由于课堂教学学时的限制,这部分内容更多地放在实验教学中。

2 教学手段的多样性

2.1 灵活性教学

传统的教学次序是先讲连续时间信号与系统的分析,再讲离散时间信号与系统的分析。鉴于两部分内容之间的相互关系,教学次序上先信号后系统,先连续后离散。什么是信号?什么是连续信号和离散信号?两者有什么区别和联系?两者的分析方法又有什么的异同?系统是为了达到特定目的对信号进行处理、变换的器件、装置、设备及其组合。为了处理不同的信号,对应系统的分析方法又有什么异同?在教学上把注意力放在它们之间的类同点和不同点上,对分析方法和过程进行类比推导讲授,这样既能帮助学生梳理课程的脉络结构,又能加深对知识点的理解。

2.2 板书和多媒体教学有机结合

改革传统的黑板式单一教学模式,在课堂教学过程中按讲授内容灵活使用黑板和PowerPoint。“信号分析与处理”课程中包含大量的数学公式和理论推导,如果单纯应用板书,公式的推导和图形绘制会占用大量的时间和精力,可充分利用多媒体的教学优势,对已知的公式和易懂的内容快速显示,而重点和难点的地方又可应用板书予以补充,增加知识保留时间,有利于师生交流的融合。借助于多媒体,还可以把课程中难以理解的概念形象化,加深学生的理解。比如卷积积分、卷积和,信号的采样和恢复等内容的教学,可以借助多媒体把复杂的求解过程,以图形方式演示出来,中间过程一目了然,这种方式能够加深他们对于信号的理解和掌握。因此,在课堂教学中,要做好板书书写和多媒体播放的完美结合,充分发挥两种教学手段的优势,增进学生对课程的理解和掌握。

2.3 将Matlab引入课程教学

Matlab 软件提供了数据采集工具箱、信号处理工具箱以及时频工具箱等相关命令和函数。用户不仅可以使用Matlab语言灵活方便地编写应用程序,也可以通过Simulink软件包对动态系统进行建模、仿真以及分析。实验教学中侧重于MATLAB在信号分析与处理的应用,在课程教学中则是借助Matlab加深学生对知识点的理解。如连续信号的时域运算,如果按照常规的课堂板书推导计算方法,学生是很难想象信号如何进行运算的。为此我们通过Matlab环境编写了连续信号的时域运算的演示环节,帮助学生理解信号时域运算的每个环节和步骤。通过Matlab演示,一方面能加深学生对已学概念、原理的理解,另一方面也为信号分析方法的研究、信号处理系统的设计打下基础。

3 考核方式的改革

考试在一定程度上是学生学习的指挥棒,为避免学生为了考试而学,为了考试而背,临时抱佛脚的学习态度和学习方法。在新的教学体系、教学内容及教学思想的指导下,对当前的考试方法及考试内容进行了改革。考试内容不再过多地注重公式记忆和单调的公式计算,而是侧重在问题的分析方法,强调基本内容、基本概念及知识的综合应用能力。考核总评成绩不再单一是期末的卷面成绩,而是由卷面成绩、平时成绩和实验成绩三个部分组成,并提高实验比例,占到了总评成绩的百分之三十。平时成绩包括学生出勤情况、作业情况、答疑情况等,如果有与教学内容相关的论文发表,可以适当调高总评成绩。

4 结束语

“信号分析与处理”是工科院校中一门非常重要的专业基础课,为了提高该门课程的教和学的质量,我们从教学内容、教学方法、考核方式等方面对课程进行了改革,实践证明这些改革是切实有效的,学生对信号分析与处理的应用能力都得到了加强。教学改革是一项艰巨的任务,虽然取得了一定的进步和成绩,但在各个环节还需要继续的探索,还要加强教学研究和与其他学校的交流,努力把它建设成为学生愿意学习并真正能够应用到实践中去解决实际问题的课程。


【参考文献】
[1]赵光宙,齐冬莲.“信号分析与处理”课程教学改革与思考[J].2007年中国自动化教育学术年会,2007:379-382.
[2]赵光宙.信号分析与处理[M].北京:机械工业出版社.2006.

 

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