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摘要:通过教学实践,分析和研究《数字信号处理》课程和高职院校学生的特点,对教学方法和教学手段进行了改革和探索,归纳和总结了有针对性的经验和方法,阐明了其对提高教学效果和教学质量所起到的促进作用。
关键词:高职;数字信号处理;教学方法;教学效果
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1672-5727(2010)07-0081-02
《数字信号处理》是电子信息类专业一门重要的专业基础课,也是一门建立在数学基础上的学科,这就决定了该课程的特点是理论性强、抽象概念多、起点高、难度大。其中大量的理论和结论都要通过严密的数学推导得到。而高职院校学生的特点是学习缺乏主动性,学习中不考虑各学科之间的关联性,文化基础较差,尤其是数学理论水平不高;同时,高职教育的特点是以培养技能为主,部分学生在学习过程中,片面理解为学习要突出技能、忽略理论,致使其对该课程的学习兴趣不高,甚至出现有些学生畏学、厌学的现象。如何在这门课程和高职院校学生之间搭建起一座桥梁,使学生能够乐于学、善于学,并最终学好这门课程,就需要在教学方法和教学手段上找到合适的切入点。对此,笔者在教学改革探索中总结归纳了一定的经验和方法。
克服畏难情绪,消除恐惧心理
《数字信号处理》课程的特点决定了无论使用哪本教材,即使是高职高专教材,几乎都是数学公式、数学推导和数学符号,这使得学生一开始就产生了畏惧心理和厌学情绪。因此,树立起学生对这门课程的学习信心,激发学习兴趣,便是上好第一节课的主要任务,也是提高教学效果和教学质量的关键一步。首先,要明确为什么要学习《数字信号处理》这门课程。可以举一些军事领域和民用领域应用数字信号处理技术的例子,如在军事领域中的导弹制导,民用领域中医疗系统的心电、脑电及肌电信号的处理等,使学生了解这门课程的应用领域非常广泛,对于今后拓宽就业渠道大有裨益。其次,要弄清楚什么是数字信号处理。数字信号处理就是采用数值计算的方法,完成对信号的处理以达到提取有用信息、便于应用的目的。“处理”实际上是“运算”,这也是书中为什么有这么多数学公式的原因。但在这里需要强调的是,作为工科类高职院校的学生,主要是学习基本概念、基本原理、基本应用以及实现方法,而不是将重点放在公式的证明和推导上,这并不是说公式的证明和推导不重要,而是该课程的重点是对公式所蕴含的物理含义的理解,从而达到激发学生学习兴趣,重视该课程,树立其学习信心的目的。
以讲授为主,兼用启发式教学
该课程的特点决定了应采用以讲授为主的教学模式,适当采用启发式教学,可提高学生的学习兴趣以及对课程学习的主动性。例如,在讲授为什么要对信号进行采样时,可以给学生展示两幅图片,如图1所示,一段持续时间很短的连续时间信号(语音信号)和一块硬盘。教师可以课堂提问:假如给你一块存储容量为320G的硬盘,是否可以将左边这一持续时间很短的连续时间信号存储下来?给学生一段时间进行思考和讨论,然后再公布答案。由于是连续时间信号,无论持续时间多么短,都有无穷多个点,即使容量再大的硬盘也无法将其完全存储下来,因此,必须对连续时间信号进行采样。
同熟悉内容关联,采用“类比法”教学
《信号与系统》是《数字信号处理》的前修课程,二者在内容和分析方法上有许多关联之处,适合采用类比法进行教学。例如,在讲授时域离散信号——单位脉冲序列δ[k]时,可以和信号与系统中时域连续信号——单位冲激信号δ(t)进行类比学习,如图2所示,这样更容易掌握和记忆相关知识。类比法尤其适合于离散信号与系统的分析、Z变换和离散傅里叶变换等章内容的教学。
拓展学生思维,采用“引申比较式”教学
在英语教学中常采用引申比较式教学,即先引申出两个以上的词语,然后进行比较。通过引申扩大和丰富学生的词汇量,通过比较帮助学生理解和使用语言。在《数字信号处理》教学中也可采用这种方法拓展学生的思维,激发学生的学习兴趣。例如,在讲授Z的反变换时,采用引申比较式教学方法,依次对以下几道例题进行详细讲解。通过一道类型的题目可以延伸出四道不同类型的题目,而每一种类型都有固定的解法和步骤,这样能够使学生更加全面系统地理解和掌握不同类型题目的解题思路,同时也可使学生感受到这门课程的精彩纷呈之处,提高学习兴趣,锻炼思维能力。
弱化公式推导,强化对三个概念的理解
高职教育主要培养学生的技能,理论知识以“必需、够用”为标准,在教学过程中应以此为尺度。在《数字信号处理》课程的教学中,应当弱化公式推导和理论证明,同时应当强化对于繁琐复杂公式背后三个概念的理解,即数学概念、物理概念及工程概念。例如,在讲授离散傅里叶变换(DFT)时,应当简化对DFT公式的推导和证明。
数学概念:求有限长离散时间序列x(n)的离散傅里叶变换,就是该序列x(n)与旋转因子WN相乘后再相加的结果,通常情况下x(n)和WN都为复数。因此,离散傅里叶变换在数学表达式上就是复数乘法和复数加法运算。数学概念是解决会算的问题。物理概念:n代表时域,k代表频域,离散傅里叶变换的物理含义就是将时域有限长序列变换到频域有限长序列。物理概念是解决用在哪里的问题。工程概念:在实际工程应用领域,计算有限长离散时间序列x(n)的离散傅里叶变换是否可直接用DFT的算法来运算呢?由于DFT算法的运算量太大,实际计算中则是采用的快速傅里叶变换(FFT)来进行运算。工程概念是解决在实际中如何用的问题。
一题两用,加强实践环节,加深原理理解
毫无疑问,《数字信号处理》是一门理论与实践紧密联系的课程,尤其对高职院校的学生,在讲授理论知识的同时,更应当加强实践环节。目前,最为流行的MATLAB软件工具是能够进行数字信号处理实验的首选工具。安排实验除涵盖了《数字信号处理》课程的主要内容外,还要求学生对于课后的作业习题,除采用笔算外,在上机实验时再采用MATLAB语言编程仿真实现,即要求每道作业题采用两种方法去求解。例如,求序列x(n)=[2,1,0,1]四点的离散傅里叶变换。采用笔算,可直接带入DFT的定义式中进行计算。即代入(5)式,得
采用MATLAB编程仿真可得DFT仿真图,如图3所示。
通过一道习题两种解题方法的对比,更能够使学生加深对理论知识的理解,同时也进一步强化了实践环节的训练。
《数字信号处理》是电子信息类专业一门理论性、实践性都很强的重要专业基础课,理解和掌握起来有一定的难度,尤其对高职院校层次的学生来说,要想学懂这门课程就更加有难度。针对这种情况,笔者在教学方法和教学手段方面进行了一些新的探索和尝试,并在教学过程中采用了以上的方法。实践证明,教学效果良好,学生普遍感觉在学习这门课程的过程中理论知识变得容易理解,不再有高不可攀的感觉,学习积极性和主动性都有很大程度的提高,学习成绩也有所进步。
参考文献:
[1]劉大年.“数字信号处理” 课程的形象化教学方法探索[J]. 电气电子教学学报, 2006, 28(4):104-111.
[2]陈华,覃玉荣,陈海强.“数字信号处理”课程及教学改革的发展与现状[J].广西大学学报,2007,32(6):194-196.
[3]张庆荣,王宪.如何进行《数字信号处理》课程的学习[J].中国科技信息, 2007,27 (10) : 290-292.
[4]陈后金,胡健,薛健,等.信号与系统和数字信号处理课程教学改革[J].电气电子教学学报,1999,(12):4-7.
作者简介:
司元雷(1978—),男,江苏徐州人,硕士,徐州建筑职业技术学院讲师,研究方向为宽带无线通信与通信信号处理。
关键词:高职;数字信号处理;教学方法;教学效果
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1672-5727(2010)07-0081-02
《数字信号处理》是电子信息类专业一门重要的专业基础课,也是一门建立在数学基础上的学科,这就决定了该课程的特点是理论性强、抽象概念多、起点高、难度大。其中大量的理论和结论都要通过严密的数学推导得到。而高职院校学生的特点是学习缺乏主动性,学习中不考虑各学科之间的关联性,文化基础较差,尤其是数学理论水平不高;同时,高职教育的特点是以培养技能为主,部分学生在学习过程中,片面理解为学习要突出技能、忽略理论,致使其对该课程的学习兴趣不高,甚至出现有些学生畏学、厌学的现象。如何在这门课程和高职院校学生之间搭建起一座桥梁,使学生能够乐于学、善于学,并最终学好这门课程,就需要在教学方法和教学手段上找到合适的切入点。对此,笔者在教学改革探索中总结归纳了一定的经验和方法。
克服畏难情绪,消除恐惧心理
《数字信号处理》课程的特点决定了无论使用哪本教材,即使是高职高专教材,几乎都是数学公式、数学推导和数学符号,这使得学生一开始就产生了畏惧心理和厌学情绪。因此,树立起学生对这门课程的学习信心,激发学习兴趣,便是上好第一节课的主要任务,也是提高教学效果和教学质量的关键一步。首先,要明确为什么要学习《数字信号处理》这门课程。可以举一些军事领域和民用领域应用数字信号处理技术的例子,如在军事领域中的导弹制导,民用领域中医疗系统的心电、脑电及肌电信号的处理等,使学生了解这门课程的应用领域非常广泛,对于今后拓宽就业渠道大有裨益。其次,要弄清楚什么是数字信号处理。数字信号处理就是采用数值计算的方法,完成对信号的处理以达到提取有用信息、便于应用的目的。“处理”实际上是“运算”,这也是书中为什么有这么多数学公式的原因。但在这里需要强调的是,作为工科类高职院校的学生,主要是学习基本概念、基本原理、基本应用以及实现方法,而不是将重点放在公式的证明和推导上,这并不是说公式的证明和推导不重要,而是该课程的重点是对公式所蕴含的物理含义的理解,从而达到激发学生学习兴趣,重视该课程,树立其学习信心的目的。
以讲授为主,兼用启发式教学
该课程的特点决定了应采用以讲授为主的教学模式,适当采用启发式教学,可提高学生的学习兴趣以及对课程学习的主动性。例如,在讲授为什么要对信号进行采样时,可以给学生展示两幅图片,如图1所示,一段持续时间很短的连续时间信号(语音信号)和一块硬盘。教师可以课堂提问:假如给你一块存储容量为320G的硬盘,是否可以将左边这一持续时间很短的连续时间信号存储下来?给学生一段时间进行思考和讨论,然后再公布答案。由于是连续时间信号,无论持续时间多么短,都有无穷多个点,即使容量再大的硬盘也无法将其完全存储下来,因此,必须对连续时间信号进行采样。
同熟悉内容关联,采用“类比法”教学
《信号与系统》是《数字信号处理》的前修课程,二者在内容和分析方法上有许多关联之处,适合采用类比法进行教学。例如,在讲授时域离散信号——单位脉冲序列δ[k]时,可以和信号与系统中时域连续信号——单位冲激信号δ(t)进行类比学习,如图2所示,这样更容易掌握和记忆相关知识。类比法尤其适合于离散信号与系统的分析、Z变换和离散傅里叶变换等章内容的教学。
拓展学生思维,采用“引申比较式”教学
在英语教学中常采用引申比较式教学,即先引申出两个以上的词语,然后进行比较。通过引申扩大和丰富学生的词汇量,通过比较帮助学生理解和使用语言。在《数字信号处理》教学中也可采用这种方法拓展学生的思维,激发学生的学习兴趣。例如,在讲授Z的反变换时,采用引申比较式教学方法,依次对以下几道例题进行详细讲解。通过一道类型的题目可以延伸出四道不同类型的题目,而每一种类型都有固定的解法和步骤,这样能够使学生更加全面系统地理解和掌握不同类型题目的解题思路,同时也可使学生感受到这门课程的精彩纷呈之处,提高学习兴趣,锻炼思维能力。
弱化公式推导,强化对三个概念的理解
高职教育主要培养学生的技能,理论知识以“必需、够用”为标准,在教学过程中应以此为尺度。在《数字信号处理》课程的教学中,应当弱化公式推导和理论证明,同时应当强化对于繁琐复杂公式背后三个概念的理解,即数学概念、物理概念及工程概念。例如,在讲授离散傅里叶变换(DFT)时,应当简化对DFT公式的推导和证明。
数学概念:求有限长离散时间序列x(n)的离散傅里叶变换,就是该序列x(n)与旋转因子WN相乘后再相加的结果,通常情况下x(n)和WN都为复数。因此,离散傅里叶变换在数学表达式上就是复数乘法和复数加法运算。数学概念是解决会算的问题。物理概念:n代表时域,k代表频域,离散傅里叶变换的物理含义就是将时域有限长序列变换到频域有限长序列。物理概念是解决用在哪里的问题。工程概念:在实际工程应用领域,计算有限长离散时间序列x(n)的离散傅里叶变换是否可直接用DFT的算法来运算呢?由于DFT算法的运算量太大,实际计算中则是采用的快速傅里叶变换(FFT)来进行运算。工程概念是解决在实际中如何用的问题。
一题两用,加强实践环节,加深原理理解
毫无疑问,《数字信号处理》是一门理论与实践紧密联系的课程,尤其对高职院校的学生,在讲授理论知识的同时,更应当加强实践环节。目前,最为流行的MATLAB软件工具是能够进行数字信号处理实验的首选工具。安排实验除涵盖了《数字信号处理》课程的主要内容外,还要求学生对于课后的作业习题,除采用笔算外,在上机实验时再采用MATLAB语言编程仿真实现,即要求每道作业题采用两种方法去求解。例如,求序列x(n)=[2,1,0,1]四点的离散傅里叶变换。采用笔算,可直接带入DFT的定义式中进行计算。即代入(5)式,得
采用MATLAB编程仿真可得DFT仿真图,如图3所示。
通过一道习题两种解题方法的对比,更能够使学生加深对理论知识的理解,同时也进一步强化了实践环节的训练。
《数字信号处理》是电子信息类专业一门理论性、实践性都很强的重要专业基础课,理解和掌握起来有一定的难度,尤其对高职院校层次的学生来说,要想学懂这门课程就更加有难度。针对这种情况,笔者在教学方法和教学手段方面进行了一些新的探索和尝试,并在教学过程中采用了以上的方法。实践证明,教学效果良好,学生普遍感觉在学习这门课程的过程中理论知识变得容易理解,不再有高不可攀的感觉,学习积极性和主动性都有很大程度的提高,学习成绩也有所进步。
参考文献:
[1]劉大年.“数字信号处理” 课程的形象化教学方法探索[J]. 电气电子教学学报, 2006, 28(4):104-111.
[2]陈华,覃玉荣,陈海强.“数字信号处理”课程及教学改革的发展与现状[J].广西大学学报,2007,32(6):194-196.
[3]张庆荣,王宪.如何进行《数字信号处理》课程的学习[J].中国科技信息, 2007,27 (10) : 290-292.
[4]陈后金,胡健,薛健,等.信号与系统和数字信号处理课程教学改革[J].电气电子教学学报,1999,(12):4-7.
作者简介:
司元雷(1978—),男,江苏徐州人,硕士,徐州建筑职业技术学院讲师,研究方向为宽带无线通信与通信信号处理。