姜暉 朱明哲 武潔 王滿滿

摘 要：針對(duì)現(xiàn)代信號(hào)處理課程在現(xiàn)有教學(xué)過(guò)程中存在公式多和公式推導(dǎo)復(fù)雜的特點(diǎn)，在教學(xué)中采用了案例式教學(xué)法，通過(guò)設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容結(jié)合緊密的實(shí)驗(yàn)案例，將教學(xué)內(nèi)容以案例的形式進(jìn)行分解，使學(xué)生參與到課堂的教學(xué)活動(dòng)中，較好地建立起知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)，便于對(duì)知識(shí)點(diǎn)形成較好的認(rèn)知。通過(guò)研究生教學(xué)過(guò)程中的實(shí)踐，說(shuō)明案例教學(xué)對(duì)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握和提高相關(guān)知識(shí)在具體應(yīng)用領(lǐng)域的研究能力具有良好的作用。

關(guān)鍵詞：案例庫(kù); 現(xiàn)代信號(hào)處理; 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)： 1006-3315（2020）9-117-001

現(xiàn)代信號(hào)處理是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的研究生課程[1]，是電子與通信工程、信息與通信工程碩士研究生的一門主干課程，具有理論性強(qiáng)、抽象概念多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密且難度大、應(yīng)用于廣泛的電子領(lǐng)域，而且相應(yīng)的理論、方法和技術(shù)一直處于不斷的發(fā)展和變化之中，導(dǎo)致學(xué)生難學(xué)、不易理解、方向不易把握。同時(shí)在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，大多采用講課加課后復(fù)習(xí)為主，這也進(jìn)一步加大教學(xué)效果很難達(dá)到預(yù)期。因此需要改革教學(xué)方法手段，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性思維，強(qiáng)化工程實(shí)踐素質(zhì)培養(yǎng)，提高學(xué)生的理論及應(yīng)用水平。

通過(guò)“案例庫(kù)建設(shè)”的教學(xué)方式[2-4]，加強(qiáng)師生、生生之間的多向互動(dòng)和積極研討等形式，形成的案例庫(kù)反哺學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研工作，讓學(xué)生在整個(gè)過(guò)程中不斷提高自身發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題并解決問(wèn)題的科學(xué)素養(yǎng)，為研究生階段的科學(xué)研究提供多方位的思路，培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)調(diào)研、學(xué)習(xí)借鑒與創(chuàng)新的能力，這也符合目前國(guó)家提倡的新工科的教學(xué)理念，它將理論知識(shí)教學(xué)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的更多自學(xué)，并正確應(yīng)用到工程實(shí)踐當(dāng)中。

一、案例庫(kù)設(shè)計(jì)

1.思路及原則

“現(xiàn)代信號(hào)處理”作為信息科學(xué)中發(fā)展十分迅速的一門專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，理論性強(qiáng)、抽象概念多、起點(diǎn)高、難度大、數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密。因此合理的案例設(shè)計(jì)是保證教學(xué)效果的關(guān)鍵，案例既要涵蓋現(xiàn)代信號(hào)處理的主要理論知識(shí)，又要和實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合。同時(shí)案例要按照理論知識(shí)講解的進(jìn)度進(jìn)行合理分解，保證學(xué)生在做任務(wù)過(guò)程中學(xué)習(xí)理解相應(yīng)的理論知識(shí)。因此案例庫(kù)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須滿足典型性、實(shí)用性、啟發(fā)性的原則。

2.案例庫(kù)詳細(xì)設(shè)計(jì)

我們將按照這四個(gè)板塊進(jìn)行案例建設(shè)[5]，在每個(gè)板塊擬建設(shè)3至4個(gè)案例，現(xiàn)以本書第二章短時(shí)傅里葉變換為例。本案例涉及數(shù)字信號(hào)處理中的聯(lián)合時(shí)頻分析方法，這種方法形成了二維域，在該二維域中能夠表示信號(hào)能量隨時(shí)間變化的規(guī)律。通過(guò)Matlab語(yǔ)言編程來(lái)觀察短時(shí)傅立葉變換（STFT）對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)頻譜的分析結(jié)果，涉及的知識(shí)點(diǎn)主要有現(xiàn)代信號(hào)處理中的傅立葉變換、短時(shí)傅里葉變換理論基礎(chǔ)方面、窗口函數(shù)的選用、Matlab編程仿真等方面內(nèi)容。

現(xiàn)對(duì)一個(gè)原始語(yǔ)音信號(hào)加一隨機(jī)的噪聲信號(hào)，首先通過(guò)仿真結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)加噪后的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形比原始信號(hào)渾濁了許多，并且在頻率5000Hz以后的頻率幅值發(fā)生了明顯增加。再通過(guò)對(duì)比原始信號(hào)與加噪后信號(hào)的回放效果，我們還能夠發(fā)現(xiàn)人耳可以明顯辨別出兩種語(yǔ)音信號(hào)的差異性。

最后，我們用FIR低通濾波器對(duì)加噪語(yǔ)音進(jìn)行濾波處理，并將其頻譜和時(shí)域波形與濾波前進(jìn)行比較。由于短時(shí)傅立葉變換是時(shí)頻分析的重要工具，能夠解決傅立葉變換所不能分析的時(shí)變信號(hào)和非平穩(wěn)信號(hào)，但存在Heisenberg的不確定性，因此它不能同時(shí)在時(shí)域和頻域達(dá)到很高的分辨率。

為了更好的對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，我們要根據(jù)不同的信號(hào)在不同的時(shí)域和頻域的要求，必須選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)域或頻域分辨率。

通過(guò)案例庫(kù)的教學(xué)初期準(zhǔn)備工作，并結(jié)合學(xué)生的后期參與，提高學(xué)生和教師的互動(dòng)，以及學(xué)生的自我學(xué)習(xí)和相互討論能力的訓(xùn)練。案例教學(xué)是深化研究生教育綜合改革的重要內(nèi)容，是改革教學(xué)方式的重要探索，是繼情境教學(xué)、討論式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂的又一種新的教學(xué)方法。

三、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)實(shí)際教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題，開展案例教學(xué)方法的研究與實(shí)踐，使學(xué)生不僅能夠掌握現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的基本理論與方法，而且具有獨(dú)立分析、解決實(shí)際問(wèn)題的創(chuàng)新能力，對(duì)促進(jìn)教學(xué)工作，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)研究生實(shí)踐能力方面具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳純鍇，關(guān)雪梅，徐妮妮，王少娜.現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理研究生課程教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)[J]高師理科學(xué)刊，2018，38（2）：80-83

[2]陶丹，胡健，陳后金.“信號(hào)與系統(tǒng)”課程案例教學(xué)探討[J]電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37（5）：55-57

[3]孫軍偉，黃春.建設(shè)研究生課程案例庫(kù)，保障高水平應(yīng)用型人才培養(yǎng)[J]中國(guó)電力教育，2016，（1）：78-81

[4]趙明，廖志芳，楊柳，易茜.軟件工程核心課程教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)以及案例教學(xué)實(shí)踐[J]計(jì)算機(jī)教育，2019，（8）：32-35

[5]胡廣書.現(xiàn)代信號(hào)處理教程[M]清華大學(xué)出版社，2010