数字信号处理课程教学改革.docx

数字信号处理课程教学改革数字信号处理课程教学改革数字信号处理课程教学改革摘要：数字信号处理是电子信息工程专业的核心课程，其理论性强，应用领域广泛。但课程公式繁多、枯燥难学、内容多、知识点分散，导致大多数学生学习起来较为困难，从而引发学生对课程的学习兴趣不浓等问题出现。作者根据教学时所积累的经验，针对产生问题的主要原因，从课程的知识结构、实验教学、教学模式等方面进行了改革与探讨。关键词：数字信号处理课程教学改革优化知识结构加强实验教学综合化教学模式数字信号处理所涉及的内容非常繁多、广泛。其所应用的数学工具涉及微积分、随机过程、数值分析、复变函数和各种变换等;其理论基础包括网络理论、信号与系统、神经网络等;其应用领域包括通信、雷达、人工智能、模式识别、航空航天、图像处理、语音处理等。在GSM手机中应用数字信号处理技术可将语音压缩至13kps;在语音信箱、留言电话方面也均可以采用数字信号处理技术。学生在学习数字信号处理课程时，常常会觉得枯燥乏味，不仅觉得概念抽象，而且对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。为了有利于学生系统地理解和掌握课程中的基本内容，充分锻炼实验的应用能力，我对数字信号处理课程的教学进行了针对性的改革与探讨。1.优化知识结构数字信号处理课程中知识点比较多，数学推导十分复杂。我通过对本门课程进行深入研究，类比各知识点，发现有一条线路贯穿于课程之中，只要在课程教学中把握好这条线路，复杂的数学推导将会变得清晰，容易识记。我将该课程优化成两大模块：变换域的知识结构和数字滤波器的知识结构。1.1变换域的知识结构变换域的知识结构是该课程的第一大模块结构。先引入时域离散信号与系统，通过时域采样定理对模拟信号进行采样得到离散时间信号(序列)内容进行展开讨论，对于几种典型序列和时域离散系统性质：线性、时不变、因果性和稳定性进行重点介绍。其次讲述DTFT、DFS、ZT(IZT)、DFT变换的定义、性质和定理。其中每个变换都遵循严密的数学推理，都围绕着变换的定义、性质和定理展开内容讲解。在教学过程中除了详细讲解各个知识点之外，还要建立之间的联系，归纳出变换之间的联系如图1所示。在建立联系时不仅要从数学公式上进行变换证明，而且要用物理意义进行直观的讲解，使学生能够完全掌握。例如DTFT是单位圆上的Z变换，DFT是DTFT的等间隔采样，等等。1.2数字滤波器的知识结构数字滤波器的知识结构是该课程的第二大模块结构，其主要围绕数字滤波器网络结构及其设计方法展开讨论。数字滤波器的网络结构分为：IIR网络结构和FIR网络结构。通过状态变量分析法对网络结构进行分析，确定状态变量，求出状态方程和输出方程。应用脉冲响应不变法和双线性变换法设计低通、带通IIR数字滤波器，分析理解两种具体方法的特点和区别，与分别设计的数字滤波器的频域特性。窗函数法和频率采样法是设计FIR滤波器基本方法，通过实验使学生熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相频特性，了解不同窗函数对滤波器性能的影响。数字滤波器的设计和网络结构分析如图2所示。2.加强实验教学数字信号处理课程中的理论和结论大都是经过数学推导得来的，比较抽象，也较难理解。MATLAB语言对诸如离散线性卷积、循环卷积、抽样定理、对Z变换进行等间隔采样实现DFT、数字滤波器设计等一系列问题都可通过图形建模使之可视化。实验教学平台可以选择MATLAB软件平台和DSP硬件平台，MATLAB软件平台主要用来演示数字信号处理的概念、性质和原理。例如序列的傅立叶变换、Z变换、离散傅立叶变换的概念和性质等;硬件平台主要实现数字信号处理的算法，例如卷积、FFT算法、FIR滤波器和IIR滤波器设计方法等。2.1基于MATLAB基础理论实验数字信号处理课程具有理论性强和应用性强等特点，在教学中教师要加强理论教学。实验教学的设计可以更好地让学生理解理论教学内容，具有启发性，能培养学生的思考能力和科研能力。针对理论知识点的内容，可将实验各部分的内容划为：系统响应及系统稳定性;时域采样与频域采样;用FFT对信号作频谱分析;IIR数字滤波器设计及软件实现;FIR数字滤波器设计与软件实现。对于所涉及的实验教学内容，要突出强调对实验结果的“物理意义”的理解，使知识点覆盖基本完整且重点突出。2.2综合性课程设计在基础理论实验的基础上，为了充分调动学生主动学习的积极性，提高学生钻研科学的兴趣，综合性课程设计是非常有必要的。其可以充分发挥学生的主观能动性，更有利于培养他们独立思考、善于创造、综合运用知识的能力。根据数字信号处理在双音多频拨号系统中的实际应用，我进行了综合性、设计性实验的探讨。双音多频(DualToneMultiFrequency，DTMF)信号是音频电话中的拨号信号。DTMF信号系统是一个典型的小型信号处理