MATLAB在《數(shù)字信號處理》課程教學中的應用

□劉媛媛 李士軍 徐艷蕾

一、引言

隨著科技的高速發(fā)展，通信中對信息處理的要求日益苛刻，《數(shù)字信號處理》課程在廣大理工科中的地位亦隨之顯著，尤其成為電子及通信領域?qū)W生的必修內(nèi)容。然而，對于剛剛修完專業(yè)基礎課程還未涉及專業(yè)課程的本科專業(yè)的學生來說，這門課程似乎與以往學習的數(shù)學相關度很大，而對于課程真正相關的專業(yè)應用毫無理解，同時，呆板枯燥的課程教學推導和抽象的算法應用使學生對該門課程一臉困惑，不知所以然，對于很多學生來說課程非常難于理解，更別提活學活用了。

MATLAB是由MathWorks公司于1984年推出的一套具有強大數(shù)學運算能力、實用性強，繪圖能力超群的面向科學與工程的計算機軟件。其中數(shù)字信號處理工具箱靠其大量完備的函數(shù)和直觀準確的繪圖功能使《數(shù)字信號處理》這門課程如虎添翼，將抽象直觀化，關聯(lián)明朗化。

二、《數(shù)字信號處理》課程的特點

《數(shù)字信號處理》課程以其計算量大、抽象難于理解、理論與實際應用緊密等特點，需要有強大的數(shù)學計算作為依托，公式推導繁瑣，邏輯性極強，算法應用抽象難懂，前后課程相關度大，而學生往往對所學習的數(shù)學和前續(xù)課程知識僅限于表面理解、機械計算層面，對于其與信號處理課程的理論應用還處于脫節(jié)狀態(tài)，經(jīng)常是“只知其一，不知其二”。同時，由于課程學時有限，教師課堂進度較快，對學生邏輯思維是非常大的考驗，很多學生都是越學越反應不過來，越學越?jīng)]有興趣，到最后是機械學習，甚至是放棄這門課程的學習。而在學時少、任務重的教學過程中MATLAB軟件處理的引入在很大程度上為《數(shù)字信號處理》這門課程增添了不少生機。

三、將MATLAB融入《數(shù)字信號處理》課程提高學生學習主動性

(一)優(yōu)化設置MATLAB與《數(shù)字信號處理》課程體系。只有全方位、多元化、多角度將MATLAB與《數(shù)字信號處理》課程相結合，從理論到實踐、從基礎到應用因素考慮周全，才能發(fā)揮MATLAB在《數(shù)字信號處理》課程中的真正魅力。

(二)合理安排緒論課，緊抓學生興趣。緒論課是每門課程的第一節(jié)課，教師往往因為課程內(nèi)容沒有多少知識點，從而忽略了它，其實不然，上好緒論課是上好這門課程的關鍵。對于計算類的專業(yè)基礎課程，學生最重要的興趣點在于它用了哪些已學過的知識、要解決生活生產(chǎn)中什么問題。因此教師在準備課程時需要做兩方面的準備，一是用最淺顯易懂的語言描述出整門課程的脈絡，讓學生知道他們將要學什么，對課程有個整體的了解。二是用最直觀的方法交代學生所要學習的知識的應用范圍。

(三)生動課堂，努力加強師生互動性。課堂教學是整個課程教學的重中之重，對于大學生而言課堂學習占一門課程學習的80%以上，而對于專業(yè)教師而言，面臨的是學時少、任務重，尤其是像《數(shù)字信號處理》這類課程，繁瑣的公式、冗長的推導、大量的數(shù)學計算，給課堂帶來的直接沖擊就是乏味枯燥，但這些理論知識學生還必須掌握。因此，在講相應的知識點之前，將做好的應用展示給學生，比如可以在課上隨即抽取一名男生和一名女生，用手機當場錄音，然后傳到電腦上，直接進行處理比對，這樣課堂上不再單純是教與學，學生也成為課堂主體，課堂氛圍異常高漲，在不知不覺中也拉近學生和教師的距離，相比呆板的課堂更有利于學生學習。

(四)課后承上啟下，保留住學生的興趣。研究表明，若課后合理復習和預習，課堂效果會增加30%以上，那么，想抓住學生的課后時間，首先需要將其對本門課程興趣擴大化。一般在授課過程中給學生留一些與課程內(nèi)容相當?shù)母郊优d趣內(nèi)容，鼓勵學生提出與課程內(nèi)容相關的問題，利用所學的知識，以MATLAB軟件為輔助進行仿真，指引學生尋求答案，帶著結論或問題理解課堂內(nèi)容。同時教師需要和學生密切聯(lián)系，可以通過網(wǎng)絡、電話及時聯(lián)系，有效互動。

(五)以MATLAB為主體，高效實踐。利用MATLAB軟件輔助《數(shù)字信號處理》課程實踐，加強學生自主學習主動性。在實驗課程中，要求合理設置實驗題目，循序漸進，由驗證性到設計性，由單元性到綜合性。課程設計中需注意題目的多元性和梯度性，設計要求由易到難，學生需要逐步完成，同時可以根據(jù)學生情況適當調(diào)整題目難度，可適當增加附加題目。在實驗課程范圍內(nèi)學生可自由選擇音視頻、圖片等數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容，學生實驗內(nèi)容一旦“自由”，效果也隨之明顯。課程設計前，先設計出所需要設計的整體算法框架，然后集思廣益，向?qū)W生征集題目，為避免學生完全抄襲，教師需嚴格審核，可酌情增減參量等細微變化更改學生的自主命題，保證教學嚴謹?shù)耐瑫r，學生成為命題主體，做起來當然也會努力很多。

(六)多元化考核，促進考試改革?？荚囀强疾閷W生對課程內(nèi)容掌握的情況，其宗旨在于促進學生課程學習，以達到教學大綱的要求。所以考試不是要把學生“考死”，而是希望學生更好地理解課程知識，由于當前網(wǎng)絡、書籍等知識來源渠道很多，所以學生學習知識是一方面，另一方面要對所學的知識具備一定的學習能力，因此不能“死學”，必須“活用”，不贊成一張考卷定乾坤的做法，因此嘗試包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)、測驗、考試、實驗、論文等多方面多元化考核方式，因此在期末試卷中主張靈活試題的考查。

四、結語

將理論知識和使用MATLAB軟件有機結合起來，探索《數(shù)字信號處理》課程教學方法，努力加強學生學習主動性，更進一步激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。

［1］陳懷琛．數(shù)字信號處理教程——MATLAB釋義與實現(xiàn)［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2008

［2］郭建濤．“數(shù)字信號處理”課程的Matlab教學研究［J］．電氣電子教學學報，2010

［3］吳秋玲．“數(shù)字信號處理”課程與MATLAB軟件的聯(lián)合教學［J］．中國電力教育，2009

［4］康文靜，趙淑清．基于聲音與圖像信號處理演示的數(shù)字信號處理課程教學實踐［A］．中國電子教育學會高教分會2010年論文集［C］．2010

［5］沈媛媛．基于MATLAB的數(shù)字信號處理綜合性實驗設計［J］．實驗室研究與探索，2009