數(shù)字信號處理課程實驗教學內(nèi)容改革研究

尹立敏

摘要：實驗教學是《數(shù)字信號處理》教學工作的重點，而傳統(tǒng)實驗教學形式單一、教學效果差，難以激發(fā)學生的學習興趣。針對該問題提出了增加綜合設計性的實驗教學項目，并對綜合性設計實驗內(nèi)容進行了詳細設計和驗證，重視基于MATLAB的具有與實際工程實踐相關的數(shù)字信號處理實驗教學，提高學生對課程學習的積極性，并提升學生的科研能力。

關鍵詞：實驗教學 綜合設計性 MATLAB

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（a）-0084-02

隨著通信技術、電子技術和計算機網(wǎng)絡的快速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術已成為眾多領域的重點研究內(nèi)容。而工科大學數(shù)字信號處理課程作為電類專業(yè)中重要的專業(yè)基礎課，上承高等數(shù)學、信號與系統(tǒng).MATLAB程序設計等課程，下啟DSP原理及應用和數(shù)字圖像處理等專業(yè)課程，對于學生整個課程體系的建立起著關鍵性作用。但是該課程的理論性和實踐性都很強，要求學生具有較好的數(shù)學基礎，很多算法適合在計算機上實現(xiàn)，因此學生在學習該課程的時候，普遍感覺比較抽象，對公式、理論難以理解，學生不知道怎么把該課程的大量公式、理論應用到實際當中去解決一些實際問題，從而無法提高學生對該課程的學習興趣。

1.傳統(tǒng)實驗教學存在的問題

實驗教學在《數(shù)字信號處理》課程教學中占有非常重要的位置，通過實驗教學加深學生對基本概念和基本原理的理解，提高學生獨立分析問題和解決問題的能力。目前數(shù)字信號處理開設的實驗教學內(nèi)容主要是數(shù)字信號處理基礎實驗和數(shù)字濾波器設計實驗。通過基礎性實驗使學生掌握了一定的數(shù)字信號處理基本知識，具有了一定的動手能力，通過數(shù)字濾波器的設計實驗進一步提高了學生的動手能力。但是這些還都是局限在理論上，對這樣一門既有較強的理論性又有很強的實踐性的課程，就要引導學生如何將所學的理論知識結(jié)合學校專業(yè)特色在實際應用中找到切入點，使學生的工程實踐能力有一個質(zhì)的分躍，這些都是傳統(tǒng)實驗教學中所缺少的。根據(jù)目前數(shù)字信號處理單一實驗的諸多弊端，學院開設了綜合性設計實驗內(nèi)容。

2.綜合性設計實驗內(nèi)容設計

綜合性設計實驗可以由指導老師給定實驗目的、設計要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方法并加以實現(xiàn)的實驗。綜合性設計實驗的時間是開放的，內(nèi)容也是開放的，除了指導老師規(guī)定的題目，學生也可以自己根據(jù)專業(yè)特色，選擇自己感興趣的實驗題目，實驗導師啟發(fā)和引導學生完成實驗。

2.1綜合性設計實驗內(nèi)容

指導老師結(jié)合自身教學和科研工作和學校專業(yè)特色，提出一定量的適合本科生的綜合設計性的實驗項目，并且及時更新實驗項目。目前，筆者學校的電子信息工程和電子信息科學與技術專業(yè)的培養(yǎng)方案的修訂和教學過程中都在不斷地加強和電力系統(tǒng)的結(jié)合，這也是筆者學院該專業(yè)的特色。而實際上電力系統(tǒng)中應用信號處理地方非常多，例如：諧波檢測、故障檢測、電能質(zhì)量分析等，所以數(shù)字信號處理實驗教學過程中也要加強信號處理技術在電力系統(tǒng)當中的實踐教學，讓學生們真正地體會學有所用。目前學院提供4個實驗項目供學生選擇：語音信號的頻譜分析和變頻設計，電力系統(tǒng)諧波分析與仿真，雷達信號分析，電力系統(tǒng)諧波畸變率計算分析。

下面以電力系統(tǒng)諧波分析與仿真實驗項目為例，說明綜合設計性實驗的設計。

電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的供電電壓波形為工頻正弦波形，其數(shù)學表達式為

2.2綜合性設計實驗要求

對于電力諧波分析中采樣頻率的選擇很主要，在實驗指導過程中要引導學生對50 Hz、100 Hz、150 Hz等頻率成分進行分析，那么采樣頻率和采樣的數(shù)據(jù)長度怎么選擇是正確的。該實驗要求學生利用MATLAB對整個系統(tǒng)的軟件進行仿真實現(xiàn)，并且完成實驗報告，在實驗報告中學生要給實驗原理、實驗方案、程序設計和仿真結(jié)果和分析（實驗圖和表）。

3.結(jié)語

數(shù)字信號處理課程是一門理論性和實踐性都很強的重要基礎課程，文章在分析傳統(tǒng)實驗教學中的不足，提出結(jié)合學校專業(yè)特色開展綜合設計性實驗教學，既能加深學生對基礎知識的掌握和鞏固，又能培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力，提高學生的工程實踐能力。