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一 教师要加强自身修养,为学生营造一个宽松的教学氛囤
教师应不断加强品格修养,保持良好的心理状态进行教学,不能一进教室就板起面孔稍不如意就发脾气,更不能将不良情绪带到课堂上,使学生增加心理压力。对课堂上出现的各种意外情况,教师要能随机应变,灵活处理,对学生提出的疑难问题,教师要循循善诱,耐心引导,逐步给数学课堂营造一个宽松的教学氛围。这样,有助于激发学生的求知欲更使学生在乐中求知,在动中获知,从而使教师的双边活动得到圆满体现,增强教学效果,养护学生的心理健康。
二 及时肯定,培养学生的自信心
老师都喜欢聪明的学生,但任何班中都有几个“怕学数学、学不好数学”的孩子,教师要善于及时帮助他们消除失望的心理,树立学好数学的信心。对他们适当降低要求,加强个别辅导。对不同层次的学生提出不同层次的要求,采用正面激励的方法。当学生在自己的作业本上看到大大的“优”,或得到简短的批注“方法好”、“计算巧妙”等,品尝到自己的学习成果,体会到成功的欢乐,喜悦的心情溢于言表。在评价时教师更多的强调学生自身的纵向比较,只要他做出努力,有一点出众的表现,就能获得教师的赞赏和表现机会,即使水平在一般以下,仍然加以肯定。苏霍姆林斯基曾经说过“如果儿童不仅仅知道而且体会到教师和集体对他们的优点既注意到了,又很赞赏的话,那么,他就会尽一切努力变得更好”。同时,教师要引导学生在自我评价得时候,既要看到进步的一面,又找到自己的不足,努力长善救失,扬长避短。学生对自己的数学进行正确的评价,能增强学好数学的自信,从而提高学习的效率。
三 要不断改进教学方法,优化教学手段,激发学生的学习兴趣
数学的抽象性、逻辑性对小学生来说,学习起来比较枯燥。教师在教学中,要采用新颖的教具,生动形象的语言,灵活的教学方法。充分调动学生学习数学的积极性,激发他们的学习兴趣。要根据学生不同的心理特点和掌握知识程度的差异,采用不同的方法进行教学。对于学习成绩较好,容易产生骄傲自满心理的学生,教师应适时纠正其不足,并提出更高的要求;对性格内向,胆小自卑的学生多进行表扬鼓励;对活泼好动的学生重点培养其注意力;对于思维缓慢,学习成绩差的学生,要强化他们的自尊心,帮助他们树立起学好数学的信心,激发他们的学习热情。使每个学生都形成学习数学的积极心态,促进师生心理相融。这样,既有利于提高教学质量,又有助于培养学生良好的心理素质。
四 培养学生勇于帮助别人的习惯
美国教育家、素质教育的倡导者詹姆斯·多姆生就曾提出:“一个热爱生活、热爱真理、诚实正直的学生同仅仅是学业突出的百分学生相比,前者更利于社会。因而我们的教育当下要更注意帮助学生确立自身的价值,学会互补互助、正视竞争、尊重原则以及学生体魄健康等方面,我们需要更多的快乐而健康、能从事各项工作的普通人,而不是病态的天才。”学会关心,这是21世纪教育的要求。在课堂中,学生不仅仅与书本、老师发生学习的关系。作为单独的学习个体,他们还与其他学习个体发生学习关系。课堂教学要创造最新发展区,使学生通过学习不断地把前人、他人的经验内化为自己的经验。
在课堂教学中,我注重指导学生个别学习,让他们真正作为独立的学习个体参与学习。与此对应,我也常常采用小组学习、分组教学的方式。学生交流讨论时,我鼓励他们在同学遇到疑难问题时,大胆地说一声:“你有困难吗?让我来帮助你吧!”
这一句话更适合一些学有余力、心理较成熟的优等生,他们的心理负担并不是由学习上遇到的障碍和压力造成的。众所周知,学习需要是学习动力的基本构成成分,它直接制约着主体的学习积极性。学习需要由认知需要、交往需要、自我提高需要三种因素构成。对于学有余力的学生而言,他的认知需要不难得到满足。时间一长后,他们渴望从后两种需要中获得成功感,而这两种需要是在人与人之间的交往过程中出现的,它们不直接指向知识本身。
五 培养学生克服困难的意志力
关键词:自信心;兴趣性;耐挫能力;良好习惯
一、引导学困生树立积极向上的自信心
学困生由于学习基础较差,在过去学习经历中屡遭挫折的心理体验,自信心不足,自卑感严重。针对这一问题,首先我引导学困生学会全面而积极的自我评价。在看到自己问题和不足的同时,引导他们挖掘自身的“闪光点”。我利用心理活动课和个别辅导引导他们学会用一分为二的观点全面评价自己。同时,在日常教育教学中给学生以积极的期待和评价,从而培养学生的自信心。长期以来,学困生由于成绩差,受到老师和周围同学的负面评价较多,导致自信心不足。我注意在教育教学中坚持多给予学生肯定性评价的话语。其次引导同学之间也要学会用积极的眼光来看待和评价周围的同学,使同学们在老师和同伴的肯定中培养自信的力量。通过这些活动,有效地培养了学生的自信心。
二、通过“一帮一”活动,培养学困生的积极学习兴趣
为了让爱走进学困生的心灵,使学生真正“亲其师,信其道”,我跟所有的科任教师进行沟通,在学困生中建立“一帮一”活动,即一位任课教师与每位学困生结对,帮助他们,全面关心学困生的学习、生活、思想品行、兴趣爱好等各个方面。建立这个活动前,我会将该学生各方面的情况,如优点、缺点、存在问题、个性、思想品德、爱好、家庭情况、学习情况等写下来给每一位帮教老师。帮教老师就会有针π缘囟愿蒙通过定期谈心、学习上的帮助、生活上的关心等方式来让他们的爱真正走进这些学困生的心灵。当然,帮教老师也会定时与我沟通,汇报他们的情况,我也会不定时地关心、肯定、帮助他们。这样改变了长期以来学困生被忽视、被冷落的状态,促进了他们积极情感的产生,激发了他们的学习兴趣。
三、从多处着手,培养学困生的耐挫能力
学困生的学习意志较为薄弱,耐挫力差。怎样引导学困生以积极、乐观的态度正确地看待学习过程中的困难和挫折呢?我的做法是:
1.学习名人名言,激发学生内心的意志力量
比如我利用黑板的左上角,在学生中开展每天一句的关于意志力的名人名言的学习活动,如“坚持到底就是胜利”“有志者事竟成”等。以此来激发学生内在的潜能,引导学生学会激励自己,挖掘自身的积极力量。
2.利用榜样激励学困生
榜样的力量是无穷的。我常以学生看得见、学得上的优秀同学来激励在学习上自暴自弃的学生,学习优秀同学对待困难的积极精神和乐观态度,激起学困生的上进心,从而潜移默化地影响和改变学困生。
3.组织活动,培养学困生的意志力
在体育活动中我曾经做过这样的实验研究:让学生在练习或学习某项技能的过程中,老师不断地给予积极鼓励。结果证明:意志薄弱的学困生也能够顶住失败挫折的压力,战胜挫折或失败带来的打击,把挫折转化为继续奋斗和前进的动力。
四、坚持培养学困生良好的学习习惯
造成学困生成绩不好的主要原因之一是学习习惯差。而良好的学习习惯是积极心理品质的重要方面,因此我在教育过程中着力培养学困生良好的学习习惯。
首先,从细节入手,培养学困生良好的学习习惯,包括课前准备的习惯,课后整理的习惯,课前预习的习惯,课后及时复习巩固的习惯,上课认真听、及时记笔记的习惯,阅读的习惯,思考的习惯,独立、认真完成作业的习惯等。
其次,注重在日常教学活动中培养学困生良好的学习习惯。培养学困生良好的学习习惯,主要阵地在课堂,重要载体是教学活动。因此,我十分注重在课堂上培养学生良好的学习习惯。我们通过班会课来探讨“我的学习好习惯”,让优秀生讲讲自己的学习习惯;还通过小品表演、回忆录等,让学生体验不良习惯给学习带来的影响,以积极心态摆脱粗心、懒惰、马虎的坏习惯,逐步养成细心、负责的学习习惯。
五、营建积极的班级心理环境,培养学困生乐观向上的学习态度
研究表明:乐观的学生常常看到生活的光明面,对前途充满希望和信心,对自己学习抱有浓厚的兴趣,并在其中发挥自身的智慧和能力,即使在遇到困难和挫折时,也能不畏艰险,勇于拼搏。多年的教育工作实践也表明:注重班级氛围建设的老师,能让班级的每一面墙都说话,让班级的每一个角落都能微笑。在这样的温馨环境中,同学们积极、团结、互助、友爱、和谐。学困生若处在这种积极的心理环境中,也会萌发乐观向上的积极品质。
通过多年的实践研究,我深深体会到:教育转化学困生是一项复杂而有意义的工作,只要我们遵循教育规律,自觉运用积极心理学理念,充分相信每个学困生内心深处都有向好、向上的愿望和发展潜能,对学困生充满爱心、耐心和恒心,采取恰当的教育策略和方法,就能够取得预期的成效。
参考文献:
1.林崇德.学习与发展.北京:北京师范大学出版社,1999.
2.马云鹏.教育科学研究方法.长春:东北师范大学出版社,2001.
关键词:数字信号处理;软件仿真;实践环节;教学方法
作者简介:张丽丽(1979-),女,黑龙江讷河人,沈阳航空航天大学电子信息工程学院,讲师;贾亮(1971-),男,辽宁营口人,沈阳航空航天大学电子信息工程学院,副教授。(辽宁 沈阳 110136)
基金项目:本文系沈阳航空航天大学数字信号处理课程的优化与改革(项目编号:JG110202C)的研究成果。
中图分类号:G642.0?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)34-0070-01
数字信号处理的地位和作用在信息化的进程中变得越来越重要。在数字信号处理领域中,近年来随着计算机技术与数字技术的迅速发展,数字信号处理的基础理论和基本方法的应用已经由传统的通信、测量和控制工程等领域迅速扩大到如电力系统、电机与电器、电力电子、生物医学,甚至经济学与社会科学等许许多多需要对信号进行传输、处理和分析的领域。[1]由于数字信号处理这一学科的内容极为丰富,与这些内容有关的技术又在很多科学和技术领域起着愈来愈重要的作用。在这样的背景下,国内外各个大学的电子信息类专业将数字信号处理课程列为本专业的必修课程,并逐渐加强课程的建设与改革。
数字信号处理课程在教学的过程中往往突出数学分析,注重数学推导,工程概念相对薄弱,理论联系实际不够,较少涉及实现方法及相关的软硬件技术,特别是对学生动手能力、技术技能和创新精神的培养等方面与科技界、产业界的要求相去较远。这样,学生在听课的过程中会感到教学内容枯燥,没有什么实际用处。所以“数字信号处理”课程教学的改革与实践势在必行。
一、数字信号处理教学内容的改革
1.精简本门课程和信号与系统课程重合的部分
“数字信号处理”课程的第一章内容为离散时间信号与系统。对于这一部分内容来说,很大一部分内容对于学生来说并不是新的知识,学生在前期的信号与系统课程中已经学过。但是由于这些内容对数字信号处理课程后面部分知识的学习是一个前期基础,所以在数字信号处理课程中会重新学习,而且这部分的学习会占用4个学时左右的时间。在教学课时有限的情况下,教学的过程中应该注重讲课内容的精选,尽量让学生在有限的课堂时间里能够吸收更多的新知识。经过教学实践,我们对这部分内容的学习采用首先学生自学,然后在随后的课堂教学中如遇到相关知识作为基础,采用教师概括介绍并启发学生自主复习思考的方式进行。这样既使学生掌握了相关知识,调动了学生的学习积极性,培养了学生的独立思考能力,也减少了相应的授课学时,将有限的学时更好地用在后续课程的教学中。精简本门课程和信号与系统课程重合的部分将为整个数字信号处理课程的改革提供基础。
2.注重经典信号处理与现代信号处理的衔接
在本科教学阶段,数字信号处理讲述的内容属于经典信号处理理论,主要讲述的内容为离散傅里叶变换理论的基本概念、性质以及实现和滤波器的设计这两部分知识。但随着科学技术的进一步发展和数字信号处理理论研究的逐步深入,对于本科生尤其是有继续深造需求的本科生来说,了解现代信号处理理论的某些知识是非常必要的。
对于这部分知识的引入,主要从两方面考虑:第一,这一部分内容学时如何分配;第二,给本科生讲述关于现代信号处理的哪一部分内容。
对于第一个方面,前期课程改革试验阶段为这部分内容分配的学时数为4个学时,使学生对于现代信号处理理论有粗浅认识。讲述这一部分内容的目的在于引导学生,让学生对信号处理理论感兴趣。讲述这几个学时的过程中,轻理论推导,重实际应用,让学生实实在在地感觉到数字信号处理不再是满黑板公式推导的、和数学相关的一门理论课程,而是一门有着广泛应用前景的专业基础课程,使学生的学习更加完整,提高学生学习这门课程的兴趣。
对于第二方面,经过几位教师的研讨,决定讲述时频分析的有关内容并根据电子信息工程学院本科培养计划对于学生后续课程的安排,在课堂上将重点讲述短时傅里叶变换以及小波变换等内容。让学生对时间域、频率域、时频域有清晰的认识,理解关于数字信号处理中所讲述过的一些变换的本质。
3.通过软件仿真与硬件搭建相结合的方式来实现算法
在数字信号处理实验教学过程中,目的是为了让学生学习和掌握数字信号处理的实现方式。数字信号处理的实现方式有:采用计算机,通过编写程序、用软件的方式来完成数字信号处理算法的实现;采用专用或者通用设备、通过硬件的形式来完成数字信号处理过程。[2]
我院根据电子信息工程专业发展需要,在2005年就开设了MATLAB与科学计算这门课程。学生在上数字信号处理课程之前已经修完了这门课程,所以在数字信号处理实验的教学过程中使用MATLAB作为数字信号处理仿真实验的工具。MATLAB是科学计算软件,它强大的数值计算和数据可视化能力适用于工程应用各个领域的分析设计与复杂计算。学生采用MATLAB进行数字信号处理实验能够使学生非常直观地看到实验结果,理解算法的精髓。
对于数字信号处理的硬件实现,我院有和TI公司共建的实验室。我们计划开设DSP选修课程作为数字信号处理理论的后续拓展课程,争取做到厚基础、重应用。这样,学生的知识体系从理论到实践应用有了一个完整的前后呼应过程,学生的动手和动脑的能力会得到双重提高。
4.增加数字信号处理课程设计实践环节
作为省属本科院校,我校着重培养的是应用型人才。现代大学生动手能力弱、实践经历少是在教学过程中应该注意的问题。大学四年过程中学生学习的课程非常之多,如何把这些课程从基础课到专业基础课再到专业课进行渐进的整合是高等学校教师需要思考的问题。对于数字信号处理的教学来说也是一样的。在前期的课程讲述中注重的是单一课程的讲述,即使是硬件实现部分也是简单的一个算法的实现,课程的综合应用稍显不足。所以,第七学期末学生将进行4个星期的课程设计实践环节。这4个星期的实践环节采取因材施教的原则。对那些对数字信号处理感兴趣的同学,将给出和数字信号处理知识相关的课程设计任务,使学生分散掌握的各门课程有一个整合过程,让学生采用DSP硬件设备具体实现一个系统的功能。这部分课程设计将包括信号与系统、数字信号处理、C语言、数字电路、DSP等各门学科的内容。这次课程设计将为学生即将迎来的毕业设计打一个坚实的基础,并且培养学生从全局思考问题的能力。
二、数字信号处理教学方法的改革
针对数字信号处理课程概念抽象难懂、所涉及数学知识较多、公式推导非常繁琐等问题,学校改革并丰富了传统的教学手段,采用板书与多媒体教学相结合的方式充分发挥现代教学手段的优势,尽量将抽象的概念感性化,通过形象生动的图像、动画来展示理论知识的内涵。例如,讲述采样定理的时候,可以通过电脑录制语音,然后通过MATLAB对语音信号进行采样,使学生从感官上就会看到欠采样、过采样的结果。这样可以启发学生的思维,培养学生的学习兴趣,实施形象教学。并逐步搭建网络教学平台,通过网络实现学生的异步自主式学习。网络教学具有个性突出、内容广泛、交互性强等特点,可以扩大学生的学习课堂。开展通过数字信号处理课程的网络教学,建立该课程的网站,并且要求课程网站具有良好的导航结构,要按照学生的认知规律进行内容的组织和描述。实现教学资源共享,加强教与学的信息交流,重视对学生主动式学习的培养,调动学生学习的自觉性和主动性,通过问题和思考题等启发学生的探索精神,为学生提供课堂以外的丰富的学习空间和资源。由于数字信号处理课程中大量的理论和结论都是通过数学推导的方式得到,所以学生往往过于注重公式推导或证明而不能理解其实质和用途。针对这种情况,在教学别要强调结论的物理意义和应用,尤其是结合科研实践给出理论在图像处理、语音信号处理方面的具体应用,以此加深学生理解,提高学习兴趣。
三、结束语
“数字信号处理”课程现在已是国内外大学电子类学科和专业一门重要的专业基础课。对数字信号处理课程的改革是电子信息类专业课程教师一项刻不容缓的职责。我们结合实际教学情况对该门课程进行了多方面的改革尝试,实践证明改革取得了一定的效果,激发了学生对这一系列课程的兴趣,拓宽了学生的视野,也进一步促进了电子信息专业的发展。
参考文献:
【关键词】数字信号处理 DSP Builder 教学实践环节
【基金项目】论文由“上海理工大学‘精品本科’系列研究项目”专项资助。
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)35-0231-01
数字信号处理是一门的重要专业基础课,由于理论性很强、比较抽象,对于听课的学生和授课的教师均是一个难点。为了能让学生深入的体会和学好数字信号处理的理论知识,教学实践环节是必不可少的。
1.数字信号处理教学实践环节的现状
目前在数字信号处理课程的教学实践环节中,较为普遍的是采用MathWorks公司的数学分析软件Matlab,学生通过Matlab软件编程对数字信号处理的理论知识进行仿真和验证,这种通过纯粹软件编程进行仿真验证的实践方法仍然是比较抽象的,不利于学生对所学知识的深入理解,也不利于理论联系实践。
国内一些高校开始采用Matlab编程与可编程逻辑器件相结合的方法来进行该课程的实践教学,这种将软、硬件平台相结合的方法是一个很好的尝试,但它需要学生在熟悉可编程逻辑器件的基础上,熟练进行硬件描述语言(HDL,hardware description language)的编程,这样就容易使学生在掌握软件使用和熟悉硬件平台等方面花费过多的时间,从而忽视了对数字信号处理课程本身一些重要理论和概念的理解与掌握,达不到教学实践目的。因此,需要对本课程教学实践的方法进行探索和改革。
2.教学实践方法的改革
2.1教学实践方法的思路探索
需要找到一种简单易行的方法,使得数字信号处理的理论算法可以在硬件上得以实现,并且可以通过嵌入式测量软件(如:QuartusII中的SignalTapII Logic Analyzer)对信号的处理结果进行实时在线观测,那么学生必然会对所学的理论知识能有更生动的体会和更深刻的理解,增强学生的学习兴趣,提高学生理论联系实践的能力。
鉴于学生在前期课程中已学习过可编程逻辑器件FPGA的相关知识,而FPGA是一种实现数字信号处理的通用硬件器件,如果能够通过一种简单的操作将数字信号处理的理论算法在FPGA器件中得以直接实现,那么就能起到事半功倍的学习效果。
2.2 DSP Builder工具软件的特点
在数字信号处理中Matlab是用作算法开发和仿真的软件,而DSP Builder通过Matlab中的Simulink模块将Matlab的算法开发和仿真与硬件描述语言(HDL)的综合、仿真和Altera开发工具整合在一起,实现了这些工具软件的集成,从而使学生在进行系统级设计、算法设计和硬件设计时共享同一个开发平台,并且不需要过多关注硬件设计方面的知识和硬件描述语言的编程,同时,DSP Builder是作为Matlab中Simulink模块的一个工具箱出现[1],使得学生可以通过Simulink图形界面调用DSP Builder工具箱中的提供Altera知识产权核(IP core, intellectual propert core)MegaCore进行DSP系统设计,因此学生只需要掌握Simulink的使用即可,并不需要花过多的精力熟悉DSP Builder的使用。
2.3 DSP Builder应用于教学实践
应用DSP Builder在教学实践中进行基于FPGA的DSP系统开发,整个设计流程是基于Matlab的Simulink模块,DSP Builder和QuartusII的,包括从系统描述到硬件实现都可以在一个完整的设计环境中完成,构成了一个自顶向下的设计流程。它主要分为以下几步[2, 3]:
(1)利用Simulink模块、DSP Builder模块以及IP核模块Matlab的Simulink模块中对DSP系统进行建模,只需双击系统中的模块就可以对该模块进行参数设置,同时可以基于Simulink平台仿真验证所搭建DSP系统的功能。
(2)利用DSP Builder具箱中的Signal Compiler模块,将Simulink模块文件(.mdl)转换成RTL级的VHDL硬件描述语言代码描述以及用于综合、仿真、编译的TCL脚本。
(3)在得到VHDL文件后,设计者仍然可以通过Signal Com?鄄piler自动调用综合工具和编译工具。目前DSP Builder自动流程中支持的综合器有QuartusII, Synplify和Leonardo Spectrum。综合后产生的网表文件送到QuartusII中进行编译优化,最后生成编程文件和仿真文件,即利用生成的POF和SOF配置文件对目标器件进行编程配置和硬件实现,同时生成可分别用于QuartusII的门级仿真文件和Modelsim的VHDL时序仿真文件以及配套的VHDL仿真激励文件,可用于实时测试DSP系统的工作性能。另外,设计者也可以在Simulink外手动调用其他C合工具和编译工具。
(4)针对第二步中生成的VHDL,利用自动生成的Modelsim的TCL脚本和仿真激励文件所做的仿真为功能仿真,而当由QuartusII编译后生成的VHDL仿真激励文件和Modelsim的TCL脚本进行的仿真为时序仿真。
(5)最后将QuartusII生成的配置文件下载到目标器件中,形成DSP硬件系统。
2.4教学实践的实施步骤
(1)教授学生使用DSP Builder进行基于FPGA的DSP系统开发的过程。
(2)设计出利用DSP Builder进行数字信号处理教学实践的典型题目。
(3)让学生将Matlab中编写的数字信号处理算法,直接在FPGA器件中得以实现。
(4)对信号的处理结果进行实时测试,解决数字信号处理中的实际问题,切实做到理论联系实践。
3.教学实践的效果
在数字信号处理的教学实践中,应用DSP Builder在FPGA器件上实现数字信号处理的算法,使学生在设计过程中摆脱了繁琐的具体硬件设计,将更多的精力关注在数字信号处理算法设计的实现上,对所学数字信号处理的理论知识能有一个更生动的体会和更深刻的理解,增强学生的学习兴趣,提高学生理论联系实践的能力,取得了良好的教学效果。
参考文献:
[1]杨守良. Matlab/simulink在FPGA设计中的应用[J]. 微计算机信息,2005(8):[98].
一、正确处理好基础教学与弹性教学的关系。防止盲目拓展知识内容
纵观高一化学必修模块,其学习内容几乎是以前三年高中的全部化学内容,如果教师不认真理会新课标要求,就会出现任意拔高教学要求,拓展教学内容,增加学生的学习负担,人为制造教学时间与教学内容的紧张关系。
二、正确处理好探究教学与传统教学的关系,加强师生间的互动和学生主动参与意识
探究式教学是新课标大力提倡的教学方法之一。探究式教学的一个重要特点就是教师通过创设一定的探究情境,让学生自己发现问题,并在这一探究过程中让学生获得知识与技能,掌握解决问题的方法,获得情感体验。
三、正确处理好演示实验与学生实验的关系,防止出现弱化学生实验的现象
高一化学必修课程最大的变化之一就是没有像旧教材那样在教材后面安排专门的学生实验,这是不是认为在教学中没有必要安排学生实验呢?一些教师认为学生实验既浪费时间,又耗损精力,不如一概改为教师演示实验,这样既方便又省事,认为有学生做实验的时间不如拿来上新课或复习,而这恰恰违背了新课标的精神。要知道新课标不是对学生实验弱化了,而是对学生实验提出了更高的要求。
四、正确处理好知识的科学呈现方式,积极对教材进行第二次“创作”
高中化学教材的编排采用的是专题式的模块结构,缺乏严谨的化学理论作支撑,在很大程度上影响了知识的内在逻辑关系,给教师的教、学生的学都带来了许多逻辑思维上的不便,许多学生反应“一学就会,一用就混”,因此教师一定要深入地研究教材内容,挖掘知识的内在联系,结合学生的认知规律组织教学。
因此,教师在实施新课标教学时,要善于突破教材编排的局限性,在不超越教学大纲的基础上根据新课标的要求和学生的实际情况灵活处理教材,重新整合知识,对教材进行第二次“创作”,以更加科学和符合学生实际的方式呈现各知识点。
(作者单位山西省寿阳县宗艾高中)
能力上自主,学习才有兴趣/王小平
《全日制义务教育语文课程标准》指出:“要积极倡导自主、合作、探究的学习方式。”这是对传统语文教学重接受轻探究、重认识轻体验的接受性学习方式的摒弃。这一理念强调学习和发展的主体是学生,学生在课程与教学中的主体地位得到了真正的确认和尊重。所以,调动每一位学生的参与意识和学习积极性,在一定程度上能够促进学生学习方式的转变,给语文课堂带来生机。
一、自主学习的能力――方法指点
要提高课堂学习效率,关键在于教师在教学过程中是否始终保持学生积极主动的学习状态,即是否发挥学生的主体作用,要使学生真正成为学习的主体,能驾驭学习的全过程,就必须教给学生学习语文的“点金”之术,让学生掌握语文学习的基本方法和技能技巧。《全日制义务教育语文课程标准》指出:“语文教学要充分发挥师生双方在教学过程中的主动性和创造性。”这就是说,教师在教学过程中要充分发挥引导者、组织者的作用,使语文教学成为在教师和教材辅导下的学生生动活泼、自主、快乐的学习活动。
1 指导学法,培养能力
所谓学法指导,就是教师在教学过程中,通过最优途径,使学生掌握一定的学习方法,并能选择和运用恰当的方法进行有效的学习,这也许是衡量学生主体能否发挥的一方面。那么首先应在教学中增强对学生学法指导意识的培养。例如《哲学家的最后一课》的中心句:“要想根除旷野里的杂草,方法只有一种,那就是在上面种上庄稼;同样,要想铲除灵魂里的杂草,唯一的方法就是用美德去占据它。”对于句中的两个“杂草”的理解,我先让学生认识“杂、草”的表面意思,即一种植物。再引导学生由表及里,让学生讨论人身上真的有“杂草”吗?这样学生通过积极的参与讨论不难得知人的“杂草”只能是人的思想上有问题,学生很快领悟思想上只能是不健康的、肮脏的东西。
2 鼓励质疑,发展思维
“学起于思,思源于疑。”引导学生质疑问难,是训练思维的基本方法,学生在学习中不断地发现问题,学习才有兴趣,才会主动。学生有了问题才会产生求知欲望。教师要善于利用学生已有的知识,诱发他们存在的疑难问题,进而解决疑难,使学习取得进步。教学中,提倡、鼓励、引导学生提问,及时地表扬,通过学生不同方式的质疑,教给他们提问的方法。
3 学会迁移,培养技能
小学生的认知结构还不完善,他们不善于将新知识纳入原有的认知结构之中,因而思考问题缺乏深度,遇到新问题不善于从已有的认知体系中寻找问题的答案,因而思考问题又缺乏广度。在教学中,教师应不失时机地引导学生对新旧知识进行恰当的类比,抓住知识系统中同类要素的联系,实现知识的迁移,从而获得扎实牢固的新知识体系和技能。
二、学习意识的主导――兴趣养成
现代认知心理学家皮亚杰认为:“一切有成效的活动必须是以兴趣作基础的,有了这样的心理条件,才能使学生进入积极的思维状态。”发展和加强学生的自主学习兴趣,是教师的一项重要任务。在教学活动中,教师首先要树立以“学生为主体”的教学思想,发挥学生的主动精神,使之成为学习的真正主人。教学过程中更应当有目的、有计划地培养学生形成浓厚、强烈的自主学习兴趣。
1 课前预习――多姿多彩
现代社会的高度文明,让这个世界变得多姿多彩。学生获取新知识的方式、途径很多,速度也更加快捷。小学生从小能够主动运用高科技提高自己的学习效率,是每位家长和老师的心愿。所以,布置预习课文的时候,老师应明确学习要求,让学生利用自己的方法获取与课文相关的内容和资料,使学习要求与学生的求知欲望相统一。
2 启引有方――热情流畅
我国教育学家孔子曾说过:“知之者不如好知者,好之者不如乐之者。”在课上,教师的启发方法得当,能使学生感到有趣、有味、有奇、有惑,就会让学生精神兴奋,情绪高涨,对学习产生浓厚的兴趣。因此,教师在启发引导学生学习时,应根据学生的心理需求和学力实情,运用丰富多彩的引导方式,激发学生自主学习的热情。教学《学会合作》时,我这样开场:“同学们做过‘两人三条腿’的游戏吗?说说当时的情况。”这种游戏体育课上学生大都做过,稍加回忆,回答起来不是难事。在学生热烈汇报时,我进一步引导:“能介绍一下开展好这个游戏的成功经验吗?”学生很快就谈到配合、合作的话题,就此板书课题,导入新课,带着回忆时的兴奋学生进入了课文的学习之中。
3 美的熏陶――经久不息
古人云:文章不是无情物。语文是最富有人性美的学科。我们教材所选范文不但具有思想美、结构美、文字美,而且还具有版式编排设计美。学习中,教师应积极指导学生去体味、感悟作品,引导学生在广阔的思维空间中,多角度、多层面地去理解、欣赏作品,培养学生的美感,触发学生的灵感,丰富学生的精神世界,提升学生的文明素养和文化底蕴。
【关键词】 电气信息;信号处理;课程体系
近年来,随着以语言处理、图像处理、大数据分析处理等为核心技术的人工智能技术的发展,数字信号获取与处理的技术从制造业领域扩大到农业、医疗、教育、能源、国防等诸多领域,不断给人类社会带来更多发展。由此,随着信号处理理论与方法应用的范围的扩大,信号处理系列课程也成为国内外各个工科专业的核心课程,除了电子类专业,光电、机电、计算机、生物医学等各专业也均已开设信号处理系列课程。由于存在着与原有课程体系的衔接,其在教学体系建设和教学内容安排上存在各种问题。
一、课程群建设思路
面向国内外高等教育的发展,跟踪学科发展,借鉴CDIO 理念,以信号处理课群为背景,拓宽电气信息类专业知识模块为突破口,体现“厚基础,重应用”的特点,构建信号处理系列课程体系,及时引入高等工程教育的教研与科研成果,强化基本方法、基本技能,提高综合素养,实现具有普适性的学科大类工程基础教育的目标,并建立可持续发展的良好机制。
由于信号处理系列课程均以数学为主要工具,其理论性和应用性都很强,体系内课程之间及与相关课程之间在内容上具有一定的重叠性,需要分析各门课程内容的侧重点,理清课程之间的相互关系以保证课程内容的有效衔接,将其作为一个整体进行优化整合,以形成模块化的理论教学体系,并在大类知识平台上建立层次化的实践教学体系。在该体系下,注重理论与实验教学的有机融合,注重工程应用能力的培养。
二、理论课程体系构建
1、构建专业相关基础课程Map
通过深入研究信号处理系列课程在各专业中与前开、后续课程的知识相关性,按照国家“卓越工程师计划”的要求,按照知识领域、知识点构造知识能力矩阵,理顺各知识点的衔接关系,进一步理清对应课程的学期设置,为使其在培养计划中的设置更为合理奠定基础。
在电气信息大类学科中,通识教育的核心课程中,信号处理类课程主要包括信号与系统、数字信号处理两门核心课程,根据专业需求还有信号分析与处理、DSP 技术及应用以及系列实验课程等核心课程。结合各专业的开课情况,构建电工电子类专业基础课程体系Map,如D1所示,可供开设专业选择参考。对信号处理类课程整体要求较高的专业可以采用(a),要求较低的专业可以采用(b) 图结构。各专业可根据实际需要选择开设的课程及学期学时。
电气信息类专业的首要专业基础课程为“电路”(非电专业为“电路分析”)课程,它也是“自动控制原理”以及信号处理系列课程的理论基础,一般课程群中的基础课程“信号与系统”需设置在“电路”开课后的学期。“自动控制原理”课程一般可以与“信号与系统”同时开设。若有些专业对信号处理类课程要求不高,建议开设“信号分析与处理”课程,建议学时为64学时(至少48学时),由教学经验,开设在“自动控制原理”课程之后授课效果较好。
2、建立课程群体系结构
按照信号分析系统分析信号的数字处理系统的实现作为教学体系的组织结构,实现原理、方法和应用的有机结合,构建课群内课程的知识能力矩阵。各专业可选择与本专业相适应的教学内容及学时,以形成适合本专业的教学内容完善、分工合理的教学体系。建立信号处理课程群内课程的体系结构,如图2 所示。
课程群中,信号与系统、数字信号处理两门课程为核心基础,以连续时间信号与系统的分析和处理为基础,以离散时间信号与系统的分析和处理为目的。按照目前的技术发展,信号处理的核心概念应主要放在离散域的频域(即ω域)的分析和处理。
图2 信号处理课程群体系结构
三、课程群教学内容的整体优化设计
1、“信号与系统”
“信号与系统”课程的传统内容包括信号分析与线性系统分析两部分内容。按照研究对象所在时间域分为连续时间和离散时间信号与系统两种系统;按照处理方法可以分为时域分析方法和变换域分析方法两类方法。变换域的方法主要概括为频域(ω域)、复频域(s域)和Z变换(Z域)。课程中重要的运算方法是卷积积分/卷积和的概念。当今由于计算机技术及各类工程软件的普及,从变换域的角度,课程重点应放在信号的频谱分析以及系统的频率响应上;从时间域的角度,课程重点应放在离散域分析。电路的时域方程求解,逆变换的求解应弱化。
2、“电路”与“信号与系统”
电路课程应主要介绍电路的基本概念和电路定律,其线性电阻电路、线性动态电路时域分析的方法与定理是所有后续课程的基础。其传统内容中,除电气工程专业外,均可适当进行削减,傅里叶级数、复频域分析等均可放至后续“信号与系统”课程。
3、“信号与系统”与“自动控制原理”
这两门课程分别是弱电、强电专业的基础核心课程。主要内容均包含对线性系统进行分析的内容,除了频域外,其他变换域两者均有涉及,内容上不可避免存在有重叠,区别仅在涉及的深度与广度。“自动控制原理”重点在对系统的分析,主要掌握控制系统的基本原理、分析方法,如控制系统的稳定性,可控性等,关注系统的建模、分析和综合。“信号与系统”课程更为关注信号的分析,尤其是信号的频域分析,从频谱分析角度掌握信号和系统之间的关系。
4、“信号与系统”与“数字信号处理”
“信号与系统”是“数字信号处理”的理论基础,两者从理论上来说,是同一个理论体系细分后的结果,内容本身并不存在重复,只是由于大多数“数字信号处理”教材,为了保证教学内容的系统性和完整性,往往将抽样定理、离散信号与系统的时、频域分析方法等内容再次进行了阐述。
“数字信号处理”的教学内容注重面向工程实际,主要突出数字化方法与技术,其重点内容应放在DFT、FFT算法、数字滤波器有关原理与设计方法。可以将离散时间傅里叶变换、离散傅里叶级数等基础概念下移,适当增加现代信号处理的内容。
5、“信号分析与处理”
“信号分析与处理”课程为“信号与系统”与“数字信号处理”两门课程的综合体,适用于有信号处理知识需求但学时要求无法满足的专业。实际运行中,若专业开设了“自动控制理论”,建议作为其后续课程开设。该课程由于学时有限,一般只能涉及信号分析与处理的基本原理与分析方法:信号的傅里叶频谱、抽样定理、信号的传输与滤波、DTFT、DFT、FFT、数字滤波器的基本设计方法等内容。
四、实验课程体系构建
1、分层次设计实践教学
整体规划内容,体现从原理到工程应用,构建与“厚基础,重应用”培养目标相一致的“软硬结合,循序渐进,培养创新意识”的信号处理实践教学培养体系。
仍然按照“信号分析系统分析信号的数字处理系统的实现”组织整个课程群实验体系的内容,改革实验方式,注重基础性实验,增加综合性、设计性实验,其层次结构如图3所示。
随着信号处理学科技术的发展,海量存储器的出现使得用C语言等高级语言在DSP上实现变得更为容易,从而我们可以在实验室中以更接近于实际工程开发的过程,
用软硬件结合的方式实现信号处理的设计过程。基于信号处理课程体系整体规划实验教学内容,不同专业可以采用不同的实现方案。在整个系列课程的实验设计中,我们按照同一个内容的基于MATLAB软件平台的基础软件仿真实验到DSP或ARM硬件实现的对应关系进行实验设计,并构造基于实际系统的综合、设计性实验,从而让实验更接近于实际的数字信号处理系统。
2、基于CDIO理念中的二、三级项目原则来设计实验内容
将科研项目中的以心电信号处理、汽轮机震动信号处理、语音信号处理等实际数字信号处理系统规划为二级项目内容(通过综合课程设计实施),从工程应用的角度出发设计题目,规划设计课内的三级项目内容,且实验内容具有从基础到提高的层次性。
基础实验主要包括基本信号运算、典型信号的实现、卷积与相关的实现、连续信号的频谱分析、离散信号的频谱分析、时域/频域抽样、系统分析等内容;综合设计性实验的内容主要是将信号处理系统的各子系统构建的系列的滤波实验;软硬结合实验及综合设计部分主要放在FFT分析连续信号的频谱及滤波处理、信号的采样与滤波,以及用DSP/ARM实现语音、心电信号等信号压缩、实时滤波、频谱分析等内容。
3、探索新的实践教学实施方式
我们在设计的信号分析与处理实验中,设计了信号分析、系统分析、信号处理综合实验三个板块。由于每个板块中的实验内容都具有对应地层次性,各专业可根据教学的深广度需求灵活选择与教学配套的内容。如在信号分析板块实验中,信号的频域分析包括周期信号的频谱、非周期信号的频谱、信号的时域采样等内容,可在其中选择部分内容作为实验内容,也可以作为课后作业进行练习。对实验学时较少的专业,还可以将信号处理综合实验板块的内容变更为开放性实验或大型程序作业环节。
在具体实施中,我们将其作为大型程序设计作业进行了尝试,有意识培养学生的工程创新、团队协作意识。具体实施步骤如下:
(1)制定了以二级项目驱动的程序设计任务书。任务书仅提供工程项目背景介绍及需要的设计指标,不提供设计方案,设计需要处理的信号也由学生自行采集。
(2)实施时间:开课中期~课程结束后一周。
(3)实施方式:由教师指定学生成立3人小组,由学生自由分工。采取指定组合的形式是为了更接近实际工作中,个人无法选择合作伙伴的情况,以锻炼学生的协作能力。
(4)项目考核:采取撰写设计报告的方式评定成绩。学生需设计报告、源程序。项目组按照规范撰写项目报告,并在指定时间内提交报告、有关数据、源程序及运行结果,并进行结果分析。学生提交报告时,同时提交自评成绩与互评成绩,最终学生的个人成绩由项目组成绩与自互评成绩加权进行评定。
从实施效果来看,学生以超乎预料的热情按时完成了设计任务,并在实施过程中提出了很多建设性意见,收到良好效果。
五、结语
课程体系的内容应是随着技术的发展不断更新的,如何面向工程实际构建符合电气信息各专业要求的信号处理课程体系,优化教学和实践教学内容,需要我们持续研究探索。我们希望通过信号处理理论与实验教学体系的研究和构建,使学生熟悉理论知识,掌握从软件仿真到硬件处理的系统设计方法和基本技能,培养学生在实践中发现问题、提出问题并解决问题的能力。
【参考文献】
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[2] 陈后金,胡 健等.信号处理系列课程的改革与探索[J].中国大学教学,2008.9.36-39.
[3] 聂文艳,王仲根,廖晓纬.“电路分析”、“信号与系统”和“数字信号处理”课程优化的探讨[J].科技信息,2012.5.24-25.
[4] 陈立伟.面向新版人才培养方案的信号处理实践教学体系的研究与构建[J].创新教育,2013.5.55-56.
[5] 徐科军,黄云志.自动化专业“信号分析与处理”课程的教学研究[J].电气电子教学学报,2007.6.103-104.107.
一、 感悟课程,形成新理念。
语文新旧课程课堂的最大区别在于:旧课程课堂是以知识传授为重点,教师要将语文基础知识与基本技能进行分解,学生通过倾听、练习和背诵,再现老师传授的知识,以应付大大小小考试。而新程课堂则是以学生的发展为中心,引导学生发现问题、解决问题,参与学生开放式的探究,让学生真正掌握终身有用的学习,研究问题的方法和步骤。那么,什么样的初中语文课程才符合“语文新课程标准”的要求,能在实际的语文教学得以落实并达到预期的目标呢?
1.课堂教学要全面提高学生的语文素质。
全面提高学生的语文素养是“中学语文新课程标准”的一个基本理念。这一理念要求在课堂教学中,即要注意学生丰富语言的积累、良好的语感和整体把握能力的培养,以及识字、写字、阅读、写作、口语交际等各种技能的训练,同时也要重视提高学生的品德修养和审美情趣。
2.课堂要有开放意识。
只有开放的中学语文课堂才是有活力的中学语文课堂,才能学生开阔视野,提高学习效率。
3.语文课堂要重视学生良好方式的形成。
新的课程标准积极倡导自主、合作、探究的学习方式。这就要在语文课堂中教学内容的确定,教学方法的选择,评价的方式的设计。都应有助于这种学习方式的形成。
4.课堂要尽可能地为学生提供语文实践的机会,以培养学生的语文实践能力。
语文课程标准指出:语文是实践性很强的课程,应通过语文实践培养语文实践能力。
二、 加强新课程课程教学探究,驾驭新课程标准下的新课堂。
1.要有民主的氛围。
民主和谐的课堂教学氛围是培养学生主动探究、勇于创新精神的基本前提。在课堂中,教师必须采取民主、宽容、理解的态度,支持学生发表不同意见,鼓励学生积极探究。师生不但在人格地位上是平等的,而且在心理、情感等方面也是平等的。
如果教师能带着这样一种认识走进课堂,那这样的课堂才真正属于师生双方的,学生的主体地位才能得以确保,学生的学习兴趣必然得以激发,学生的创造潜能才会得到最大限度的开发。
2.准确定位学生学习目标。
帮助学生决定适当的学习目标,并确定和协调达到目标的最佳途径,是教师作为学生学习的促进的重要任务之一。新课程的特征具有开放性,要求达成学生知识与能力、过程与方法及情感、态度、价值观三维目标。
3.要有充分的读。
读的形式很多,有朗读、默读、诵读等,这些都是阅读的重要方法。它们在帮助学生搜集处理信息、认识世界、发展思维、获得审美体验等方面起到了非常重要的作用。语文课程标准强调在教学中要重视培养学生良好的语感和整体把握的能力。笔者认为学生充分地读是达到这一目的的最有效的方法之一。通过各种形式的读配合使用,使学生在读中加深理解和体验,有所感悟和思考,从而受到情感的熏陶,获得思想的启迪,享受审美的乐趣。
4.要有自由的表达。
“中学语文新课程标准”指出:“语文教学应在师生平等对话的过程中进行,学生是语文学习的主人。因此课堂不是老师单一表演的舞台,也不是学生被动静听的场所。在课堂中师生应有充分的交流,学生应有自由表达的权利和机会。
5.改变课堂结构,化教师的讲授为学生学习的活动。
新课程理念认为,课堂是经验。课程是人类已有经验和教师、学生个人生活经验的结合。因而新课标强调,教学是教师与学生间、学生与学生间的交流、互动的过程,在交流互动中生成新的知识,求得新的发展。
6.要有客观的评价。
在“中学语文新课程标准”中,评价的地位越来越高,评价的方法越来越活,评价的作用也越来越大。在中学课堂教学中教师要注意对学生学习的反馈评价。通过课堂评价,可以起到如下三个方面的作用:使学生明确自己在学习中的优缺点;发挥教师在课堂中的引导作用;激励学生进一步学习。只要教师的评价是客观合理的,而且兰时体现了一种师爱、一种民主的话,即使是指出学生的缺点的评价,学生也是会乐意接受的,并且更能激发学生进一步学习探索的兴趣。
7.要热烈的讨论。
讨论教学是新课程倡导的参与式教学的一种重要方式,体现了新课程中“自主――探究――合作”学习的理念。在语文课堂中凡是可以由学生讨论解决的问题尽可以放手让学生自己去解决,千万不要担心“浪费”了时间,完不成教学任务。
论文关键词:信号分析与处理,教学改革,应用型,考核方式
近几年随着信息科学发展日新月异,对相应的基础理论教学不断提出更新的要求,“信号与系统”和“数字信号处理”课程的教学正在受到冲击。为适应科学技术的发展和当今的教学规律,并结合我校“应用型”人才培养理念,我院采用将“信号与系统”和“数字信号处理”这两门课程整合为一门课程“信号分析与处理”,并率先在应用电子专业进行试点。本文主要论述我院“信号分析与处理”课程在教学内容、教学手段和考核方式上的改革思路和方案。
1 教学内容的调整
“信号分析与处理”课程内容广泛、抽象,涉及的数学基础多。我院专科学生由于基础薄弱,很多内容不管是从概念的理解还是公式计算上都会有一定的难度,而且按照教学大纲要求在规定的60学时内把连续时间信号和系统分析,离散时间信号和系统分析,离散傅里叶变换,快速傅里叶变换,数字滤波器的设计,包括无限冲激响应数字滤波器设计和有限冲激响应数字滤波器设计的内容讲述完,是有一定难度的。因此,有必要对教学内容进行调整,内容既不能贪多求全,又不能抽象偏难。
在教学内容改革中,从实用性出发,将理论和应用相结合。首先,改变过去的以系统分析为主体,信号分析服从系统分析需要的格局,建立起信号分析为基础,系统分析与综合为信号分析与综合服务的概念。紧紧抓住信号这条主线,舍弃一些偏理论性且不适用的内容,重点介绍信号分析、处理的基本概念、基本原理和基本分析方法。
其次,“信号分析与处理”课程涉及的分析方法较多,如对连续信号有时域法、傅立叶变换、拉普拉斯变换,对离散信号有时域法、离散傅立叶变换、快速傅立叶变换、z变换,如果每种方法都详细讲述并推导过程,会让学生陷于纷繁的公式推导中,让很多学生感觉在上一门数学课,可以想象这样的教学效果肯定不好,也让学生感到枯燥乏味。在分析方法教学内容安排上,注重概念的理解和建立,弱化数学公式的推导,简化求解运算,给学生讲解这些知识点可以解决哪些实际的问题,培养学生处理数据的能力,激发学习兴趣。比如用经典法求解系统的微分方程,在“高等数学”课程中已花费较多时间学习,在“信号与分析”课程中直接应用,不再推导;离散状态方程的时域解法对专科班同学不做要求;把拉普拉斯变换、Z变换作为数学工具介绍,告诉学生如何用这些工具;对傅立叶变换,重点放到对频谱、振幅谱和相位谱的分析上,让学生掌握图谱所包含的信息。
再有,适当增加Matlab软件应用的内容。“信号分析与处理”是一门理论性和实践性较强的课程,通过这门课程,不在乎让学生记住多少个公式、定理,而更在于学生能否借助这个工具去分析处理问题。财务论文因此,增加了MATLAB在信号分析与处理的内容,由于课堂教学学时的限制,这部分内容更多地放在实验教学中。
2 教学手段的多样性
2.1 灵活性教学
传统的教学次序是先讲连续时间信号与系统的分析,再讲离散时间信号与系统的分析。鉴于两部分内容之间的相互关系,教学次序上先信号后系统,先连续后离散。什么是信号?什么是连续信号和离散信号?两者有什么区别和联系?两者的分析方法又有什么的异同?系统是为了达到特定目的对信号进行处理、变换的器件、装置、设备及其组合。为了处理不同的信号,对应系统的分析方法又有什么异同?在教学上把注意力放在它们之间的类同点和不同点上,对分析方法和过程进行类比推导讲授,这样既能帮助学生梳理课程的脉络结构,又能加深对知识点的理解。
2.2 板书和多媒体教学有机结合
改革传统的黑板式单一教学模式,在课堂教学过程中按讲授内容灵活使用黑板和PowerPoint。“信号分析与处理”课程中包含大量的数学公式和理论推导,如果单纯应用板书,公式的推导和图形绘制会占用大量的时间和精力,可充分利用多媒体的教学优势,对已知的公式和易懂的内容快速显示,而重点和难点的地方又可应用板书予以补充,增加知识保留时间,有利于师生交流的融合。借助于多媒体,还可以把课程中难以理解的概念形象化,加深学生的理解。比如卷积积分、卷积和,信号的采样和恢复等内容的教学,可以借助多媒体把复杂的求解过程,以图形方式演示出来,中间过程一目了然,这种方式能够加深他们对于信号的理解和掌握。因此,在课堂教学中,要做好板书书写和多媒体播放的完美结合,充分发挥两种教学手段的优势,增进学生对课程的理解和掌握。
2.3 将Matlab引入课程教学
Matlab 软件提供了数据采集工具箱、信号处理工具箱以及时频工具箱等相关命令和函数。用户不仅可以使用Matlab语言灵活方便地编写应用程序,也可以通过Simulink软件包对动态系统进行建模、仿真以及分析。实验教学中侧重于MATLAB在信号分析与处理的应用,在课程教学中则是借助Matlab加深学生对知识点的理解。如连续信号的时域运算,如果按照常规的课堂板书推导计算方法,学生是很难想象信号如何进行运算的。为此我们通过Matlab环境编写了连续信号的时域运算的演示环节,帮助学生理解信号时域运算的每个环节和步骤。通过Matlab演示,一方面能加深学生对已学概念、原理的理解,另一方面也为信号分析方法的研究、信号处理系统的设计打下基础。
3 考核方式的改革
考试在一定程度上是学生学习的指挥棒,为避免学生为了考试而学,为了考试而背,临时抱佛脚的学习态度和学习方法。在新的教学体系、教学内容及教学思想的指导下,对当前的考试方法及考试内容进行了改革。考试内容不再过多地注重公式记忆和单调的公式计算,而是侧重在问题的分析方法,强调基本内容、基本概念及知识的综合应用能力。考核总评成绩不再单一是期末的卷面成绩,而是由卷面成绩、平时成绩和实验成绩三个部分组成,并提高实验比例,占到了总评成绩的百分之三十。平时成绩包括学生出勤情况、作业情况、答疑情况等,如果有与教学内容相关的,可以适当调高总评成绩。
4 结束语
“信号分析与处理”是工科院校中一门非常重要的专业基础课,为了提高该门课程的教和学的质量,我们从教学内容、教学方法、考核方式等方面对课程进行了改革,实践证明这些改革是切实有效的,学生对信号分析与处理的应用能力都得到了加强。教学改革是一项艰巨的任务,虽然取得了一定的进步和成绩,但在各个环节还需要继续的探索,还要加强教学研究和与其他学校的交流,努力把它建设成为学生愿意学习并真正能够应用到实践中去解决实际问题的课程。
【参考文献】
[1]赵光宙,齐冬莲.“信号分析与处理”课程教学改革与思考[J].2007年中国自动化教育学术年会,2007:379-382.
关键词 数字信号处理 MATLAB 窗函数 FIR数字滤波器
中图分类号:G424 文献标识码:A
0 引言
MATLAB①已经成为数字信号处理应用中分析和仿真设计的主要工具。软件提供了数字信号处理工具箱,为数字信号处理课程及实验的仿真提供了方便。该软件语句简练、编程简单、使用方便,可以很方便地进行信号分析、处理和设计。
1 基于MATLAB的数字信号处理
数字滤波器的设计是数字信号处理课程中的主要内容,利用MATLAB可以方便地对数字信号处课程中的理论、算法进行仿真设计。下面就利用FIR的窗函数法,设计数字滤波器,以说明MATLAB在数字信号处理课程教学中的应用。
1.1 用窗函数法设计FIR数字滤波器设计步骤
窗函数设计法是FIR数字滤波器的主要设计法,该设计法原理简单、运算精度高,广泛应用于FIR工程数字滤波器的设计中。窗函数法设计FIR数字滤波器的步骤:(1)根据给定的滤波器技术指标,得出理想滤波器的单位抽样响应: = ;(2)根据阻带衰减和过度带宽度选择窗函数及滤波器长度;(3)对加窗确定有限长单位脉冲响应 = ;(4)在频域检查幅频响应∣∣是否满足技术指标的要求,如果不满足,则需要修改设计,使满足所有技术指标要求。
1.2 实例
试用凯塞-贝塞尔窗函数法窗函数②设计一个长度M=45的带阻滤波器,其阻带衰减 = 60dB,滤波器上下限截止频率为%i/3和2%i/3。
由于 = 60dB,则根据经验公式得: = 0.1102(8.7),≥50,是一个可以自由选择的参数,它能够同时调整窗函数的主瓣宽度及旁瓣衰减,值越大,则旁瓣衰减越大,但此时过渡带将变宽。
1.2.1 凯塞-贝塞尔窗函数法设计FIR数字滤波器的MATLAB源程序
源程序:③
%bsf.m带阻滤波器主程序
M=45;n=[0:1:M-1];AS=60;%给定参数
beta=0.1102*(AS-8.7) %经验公式求kaiser窗函数的beta值并显示
win_kai=(kaiser(M,beta))'; %调用用凯塞-贝塞尔窗函数
w1=pi/3;w2=2*pi/3;%带阻滤波器截止频率
h_d=i_lp(pi,M)-i_lp(w2,M)+i_lp(w1,M);%调用理想LPF子程序i_lp,设计理想BSF
hn=h_d.*win_kai;%加窗后实际BSF的单位抽样响应
[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(hn,[1]);%调用子程序freqz_m,求幅频响应
figure(1)
subplot(2,2,1);stem(n,h_d);ylabel('h_d(n)');axis([-1,M,-0.2,0.8]);title('理想带阻滤波器冲激响应');
subplot(2,2,2);stem(n,win_kai);axis([-1,M,0,1.1]);ylabel('w(n)');title('凯塞-贝塞尔窗函数');
subplot(2,2,3);stem(n,hn);ylabel('h(n)');axis([-1,M,-0.2,0.8]);title('实际带阻滤波器冲激响应');
subplot(2,2,4);plot(w/pi,db);grid;xlabel('频率');ylabel('db');title('幅频响应(db)');
axis([0,1,-80,10]);set(gca,'XTickMode','manual','XTick',[0;1/3;2/3;1])
%幅频响应子程序Freqz_m
function[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(b,a)
[H,w]=freqz(b,a,1000,'whole');H=(H(1:501))';mag=abs(H);pha=angle(H); db=20*log10((mag+eps)/max(mag));w=(w(1:501))';grd=grpdelay(b,a,w);
%理想LFP子程序i_lp
function h_d=i_lp(wc,M)
n=0:M-1;alpha=(M-1)/2;m=n-alpha+eps;hd=sin(wc*m)./(pi*m);
1.2.2 运行结果
= 5.6533及如图1所示。
由图1可以看出阻带衰减未达到60dB,不满足要求,则需要修改设计。通常采用2种方法修改设计:(1)增大的值;(2)增大窗口长度M。
(1)对直接赋值,取 = 5.9,重新运行主程序,得到如图2所示的仿真结果。由图2可以看出,此时滤波器的时域、频域指标均达到了要求。
(2)选择窗口长度M=49,重新运行上面的程序,得到如图3所示的仿真结果。也可以使该滤波器的时域、频域指标都达到了要求。
2 结束语
由上面的仿真实例可以看出,借助MATLAB数字信号处理工具箱,在课程教学中通过编程对一些比较抽象的设计方法进行仿真演示,将FIR数字滤波器复杂的设计方法、修正设计的过程具体化,这样可以使学生很好地理解和掌握数字信号处理课程中的基本原理、基本概念、基本设计方法,加深了学生对课程中抽象概念的理解,能更好地巩固理论课上所学知识,克服学生的畏难情绪,并能激发学生学习该课程的兴趣。近几年将MATLAB仿真演示引入课堂教学中,取得了良好的教学效果。
注释
① 马兴义等.Matlab 6应用开发指南[M].北京:机械工业出版社,2002.