熊美英++謝水珍

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.070

摘 要：目前《數(shù)字信號處理》課程教學面臨的困難主要表現(xiàn)為：概念抽象、公式繁多、公式推導繁瑣、數(shù)學要求高等，在教學過程中增加應用背景，并通過MATLAB語言將抽象理論及處理方法圖示化。實踐表明，該方法不僅能更好地激發(fā)學生的學習興趣，學生對理論知識的掌握也更加透徹，且學生的動手能力也有明顯提高，總的教學質量有很大提高。

關鍵詞：數(shù)字信號處理 教學方法改革 MATLAB

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（c）-0070-02

《數(shù)字信號處理》是電子信息工程及通信工程專業(yè)的專業(yè)基礎課。它的基本概念、基本分析方法已經(jīng)滲透到了信息與通信工程、生物醫(yī)學工程、語音、雷達、導航、電磁場與微波技術、水聲工程、電氣工程、航空工程、環(huán)境工程等眾多領域。隨著計算機科學和信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術得到越來越廣泛的應用，尤其在高新技術產(chǎn)業(yè)中，數(shù)字信號處理的作用越來越突出。

《數(shù)字信號處理》課程涉及的主要內(nèi)容為：離散時間信號與系統(tǒng)、z變換、離散傅里葉變換及其快速算法、經(jīng)典數(shù)字濾波器的設計等[1，2]。從早期的教學中發(fā)現(xiàn)，由于該課程概念比較抽象，數(shù)學公式繁多，學生在學習過程中的畏難情緒比較明顯，學習效果欠佳。因此在教學過程中首先嚴抓數(shù)學基礎，增加課程應用背景，能提高學生學習興趣，并引入MATLAB仿真，用簡單的函數(shù)將抽象的概念和復雜的公式用圖形的方式演示出來，使抽象問題直觀化，加深對理論知識的理解[3]。

1 嚴抓數(shù)學基礎、增加應用背景

由于《數(shù)字信號處理》課程對學生的數(shù)學要求較高，而大部分同學的數(shù)學基礎并不是很理想，因此在課堂教學中首先對重要的數(shù)學步驟和數(shù)學方法進行強化訓練，要求學生一定掌握必要的數(shù)學方法，直至達到運用自如的熟練程度。

其次，通過增加應用背景來激發(fā)學生的學習興趣。興趣是最好的老師，因此，如果能夠讓學生清晰地了解到所學習的數(shù)字信號處理的有關知識和人們?nèi)粘Ｉ畹暮芏喾矫娑际窍⑾⑾嚓P的，也是今后走上工作崗位的需要，就會激發(fā)起學生學習這門課程的興趣和動力。另外，《數(shù)字信號處理》理論具有廣泛的應用背景，如在通信方面可應用于數(shù)據(jù)加密、可視電話和擴頻通信等，在圖形圖像方面可應用于二維三維圖像處理、圖像壓縮與傳輸、動畫與機器人視覺等，在自動控制方面可應用于聲控、自動駕駛等，以及其他諸多先進技術方面。如何讓學生既感受到最新發(fā)展的脈搏，又能饒有興趣地學習相對乏味的基礎理論，成為教學成敗的關鍵。這就要求教師盡最大努力將新技術、新工藝、新材料等注入課程中，讓學生領略數(shù)字信號處理的強大生命力，了解其在諸多領域中的重要作用和意義，這樣也會激發(fā)學生的學習熱情、主動性和創(chuàng)造性。

2 《數(shù)字信號處理》與MATLAB的結合

MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB功能強大、簡單易學，且編程效率高。

《數(shù)字信號處理》的教學與MATLAB的結合主要體現(xiàn)在教師在講解公式推導和基本理論知識的同時，用MATLAB將運算步驟和結果以圖示的形式直觀地展現(xiàn)出來。如要設計一個巴特沃斯型數(shù)字低通濾波器，設采樣率為8 000 Hz，fp=2100 Hz，fs=2500 Hz，Rp=3 dB，Rs=25 dB。MATLAB程序如下[4]：

f_N=8000；

f_p=2100； f_s=2500； R_p=3； R_s=25；

Ws=f_s/（f_N/2）； Wp=f_p/（f_N/2）；

[n， Wn]=buttord（Wp，Ws，R_p，R_s）；

[b，a]=butter（n， Wn）；

freqz（b，a， 1000， 8000）

subplot（2，1，1）； axis（[0 4000 -30 3]）

其中用freqz實現(xiàn)了幅頻、相頻特性作圖。程序運行后所設計出的巴特沃斯低通數(shù)字濾波器的頻率響應如圖1所示。從圖中看出，頻率響應滿足設計要求。

通過用MATLAB語言對數(shù)字信號處理知識進行仿真能更直觀地讓學生了解到知識的特點，能使學生對理論知識的掌握更加牢固。

3 結語

《數(shù)字信號處理課程》理論性強，數(shù)學公式多，在教學過程中首先嚴抓數(shù)學基礎，并多加入理論知識的應用背景尤其是在先進技術方面的應用，這樣能有效地提高學生的學習興趣，將被動學習轉化為主動學習。其次將MATLAB語言與數(shù)字信號處理很好地結合，能將抽象的理論概念和知識用生動的圖形或動畫展現(xiàn)出來，能讓學生更直觀地理解理論知識，同時能培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新精神。

參考文獻

[1] 程佩青.數(shù)字信號處理教程[M].4版.北京：清華大學出版社，2013.

[2] 胡廣書.數(shù)字信號處理導論[M].3版.北京：清華大學出版社，2005.

[3] 陳愛萍.MATLAB在“數(shù)字信號處理”課程教學中的應用[J].湖南工程學院學報，2005，15（3）：92-95.

[4] 邵玉斌.MATLAB / SIMULINK通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析[M].北京：清華大學出版社，2008.