“数字信号处理”课程教学中的实践创新能力培养

发布时间:2021-10-21 16:43:09

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn “数字信号处理”课程教学中的实践创新能力 培养 作者:鲁远耀 曹淑琴 谷科 来源:《教育教学论坛》2017 年第 13 期 (北方工业大学 信息工程学院,北京 100043) 摘要:本文以培养学生的实践创新能力为目标,结合我校“数字信号处理”教学的实际情 况,深入剖析了学生创新能力缺乏的原因。最终从理论基础、前沿热点、工程实践三个角度出 发,积极探索并提出了如“前沿科技大讲堂”、“教学与 MATLAB 实践相结合”等具体可行的培 养方案。 关键词:数字信号处理;创新能力;素质培养;实践教学 中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)13-0177-02 一、引言 在大众创业,万众创新的时代背景下,是否具有创造性思维和综合创新能力已成为衡量当 代大学毕业生素质的重要标准。因此,我们以培养学生的自主实践能力和创新能力为目标,结 合我校“数字信号处理”教学实际情况,提出了新的教学模式,旨在重点提升学生的创新素质, 全面增强学生个人核心竞争力,为国家培养综合应用型人才。 二、本课程教学工作中的现存问题 1.基础课程有待加强。“数字信号处理”是一门综合性很强的科目,以“高等数学”、“复变函 数”为基础,综合融入了“信号与系统”等科目知识,形成了较为庞大的知识体系。本课程有些 知识过于理论化、抽象化,难以理解,因此要想系统深入地掌握本课程,必须拥有扎实的基础 知识及较强的抽象思维能力,但学生的基础知识普遍较差,无法深入理解,更无法深入探究在 学*中遇到的问题。这在教学实践过程中是一个大的*枰颐腔剿鞲欣慕 学和实践方法。 2.理论与实践不*衡。传统教育教学活动中,教师普遍重理论轻实践,学生只会用公式做 题,解题思路按部就班,思维禁锢,动手实践经验少,无法具体深入地了解书本上抽象化公 式,无法做到学有所用。在为数不多的实验课程安排中,实验内容及步骤统一化,方法和结果 唯一化,缺乏开放性的、路径多元化的开放性实验课程,使得学生的创新能力毫无生长土壤。 3.学生缺乏团队意识。一个好的团队会拓宽思维,使工作成果最优化,对于个人能力的提 高也会起到至关重要的作用。但教学实践中,由于团队合作经验少、学生个性强等原因,部分 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 学生团队意识淡薄,实验过程中出现与同学意见相左时处理不当、不懂得如何协同作业等问 题,导致学生无法在团队合作的过程中解决问题、提升自身能力,团队整体处理问题能力下 降。 三、培养路径 1.夯实基础。扎实的理论基础是创新的奠基石,针对学生高数基础差等问题,我们提出了 修改方案,课前对于所需的数学知识加以提示,使学生提前复*相应基础课程;课中对相应的 重点基础知识进行补充,保证学生的理论基础足以支持其对于整个课程知识体系的构建。对复 杂的理论进行精讲,特别是在引入一个新的知识点时,利用流程图、推导图等使公式等形象 化,使知识点更容易理解,变抽象化的公式为形象且简单的结构图,为以后的深入讲解打下基 础[1]。 下面我们以一个简单的 8 阶 FIR 为例,通过图 1,学生可以清晰地认识到滤波器主要由三 部分组成:即数据移位寄存器、乘法器、加法器。并且可轻松理解各重要组成部分之间的关 系。 2.教学与前沿紧密相连。传统的教育教学中,过度重视书本教学,割裂了课程与相应领域 前沿的联系。由此,鼓励老师结合课本以外的知识,激发学生的学*热情,引导其发现身边有 待解决的相关问题。在今后的教学活动中,我们将会邀请学科相关领域的专家,就当今热门问 题组织“前沿科技进课堂”等知识讲座,如“语音的元音和辅音的时频特性”、“测量仪表和仪器 行业中信号处理的应用”等。力求使“数字信号处理”这门课程与时代的发展紧密相连,让学生 们真正了解这门课程在实际工程中的应用,加深对书本上理论知识的理解,真正明白“学为何 用”,为学*注入源动力。 3.重视教学实践相结合。在以往的教学实践中,学生只有在有实验任务的时候才会被动地 实践。事实上,实践和理论学*应该是相互促进的关系,因此在教学的过程中我们要为学生树 立“通过动手实践,自主解决理论难题”的意识。本门课程中对各种信号的分析和处理需要通过 大量烦琐的计算及推导才能实现,这就打击了部分学生自主学*的积极性。由此,我们选择 MATLAB 作为教学实践辅助软件,教学中教师运用该软件为学生演示各种信号的运算、变换 等,让学生生动形象地理解这些抽象的概念,也可学生自己编程实现复杂的数学运算,通过观 察可视化实验结果,解决学*中遇到的难题[2]。 例如,在设计一个通信调制系统时,需用脉冲成型技术来调节数字信号的带宽和减少码间 干扰(ISI)。最常用的一种就是升余弦滤波器。其频域响应为: 通过计算得到滤波器系数将会非常烦琐且易出错,此时我们可以利用 MATLAB 软件来求 解,在命令窗口中输入 fadtool,在 fdatool 窗口中设置阶数、滚降系数等指标,即可轻松得到 所需数据及相应图形。频谱等相关信息非常直观地展示在学生眼前。如图 2 所示,通过利用 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn MATLAB 软件,学生将告别枯燥乏味的纯计算型学*,使理论与实际应用的联系真正直观地 呈现出来,这将大大激发学生的学*热情和自主创新型学*的积极性。 4.完善实践课程。以往的教学活动中,综合设计性实验较少使得学生普遍缺乏创新思维和 综合设计能力,动手实践能力差。由此,我们将增加开放性课程设计,目的是通过让学生以团 队的形式完成集综合性、创新性、实用性为一体的动手实践任务,综合多学科知识,综合各种 算法,经过讨论、共同推导和实验完成所选课题[3]。提高学生的综合设计能力、团队合作能 力,最大程度上培养应用创新思维。 5.均衡考核比重。在以往的教学检测中,期末试卷成绩占总成绩的 60%—80%,一卷定成 败的现象使

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