姜運芳　李立新　張瑾琳

【摘 要】文章針對數(shù)字信號處理課程中存在的抽象、難理解等問題，探索課程實踐教學(xué)改革新模式，提出基于LabVIEW和Matlab的課程案例庫設(shè)計思路。將案例與仿真相結(jié)合作為一種交互式教學(xué)方法，既有助于課堂教學(xué)，又為學(xué)生課后實驗提供了平臺，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐能力。

【關(guān)鍵詞】案例設(shè)計 信號處理 仿真

一、引言

數(shù)字信號處理課程作為通信工程專業(yè)的核心課程，教學(xué)質(zhì)量直接影響學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。但課程內(nèi)容繁雜抽象，理論與實踐結(jié)合難度大，導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師和教材為中心，缺乏對重要知識點的物理意義和幾何模型的闡述，導(dǎo)致學(xué)用脫節(jié)，對實際工程信號不能應(yīng)變，沒有對新技術(shù)和新方法合理利用。

二、案例教學(xué)優(yōu)勢

案例教學(xué)法是基于案例驅(qū)動的全新教學(xué)方法。教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，設(shè)計具體案例，讓學(xué)生在具體問題情境中積極思考、主動探索，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的綜合能力[1]。在數(shù)字信號處理課程中，通過仿真案例設(shè)計、演示、分析和模仿創(chuàng)新，使理論、實驗及工程案例有機結(jié)合，直觀感受實驗過程，提高教與學(xué)的效果。

三、案例教學(xué)現(xiàn)狀

（一）案例建設(shè)

案例應(yīng)具有針對性、典型性和具體性，解決好與信號系統(tǒng)課程“內(nèi)容有重疊，銜接不流暢”[2]的問題。注意課程交叉融合，強化課程內(nèi)在聯(lián)系，整合實驗資源。

（二）知識點選取

引入工程案例，就是選擇、運用支撐課程的典型知識點。本課程知識點分散且抽象煩瑣，如何將所選案例限定化描述給學(xué)生，也是需要解決的問題。

（三）仿真軟件

信號處理常用Matlab仿真，其可讀性、可重用性和可擴展性相對較差。美國NI的LabVIEW具備靈活的用戶界面和強大的交互性，工程應(yīng)用更為廣泛。但二者適用范圍不同，需要根據(jù)信號合理選用。

（四）學(xué)時限制

本課程學(xué)時少、任務(wù)重，教師需要把握正常課堂教學(xué)與案例教學(xué)的關(guān)系，使案例應(yīng)用恰到好處。必須精心設(shè)計，合理規(guī)劃案例切入點，確保案例教學(xué)順利進行。

四、仿真案例設(shè)計思路

在數(shù)字信號處理課程中引入仿真案例需注意以下幾點。

（一）知識點選取

對重要內(nèi)容進行動態(tài)仿真，知識點過多會造成思維混亂，不利于知識傳授[3]。我們將內(nèi)容劃分為“離散時間信號與系統(tǒng)、DFT和FFT、數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)和設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)”四個模塊，以保證結(jié)構(gòu)和思路的清晰。

（二）仿真軟件選用

信號處理的目標(biāo)是突出或提取隱藏在時間序列里的特征，需要對時域信號進行轉(zhuǎn)換和處理[4]。LabVIEW可對平穩(wěn)和非平穩(wěn)信號進行時域、頻域以及時頻域分析。分析和處理平穩(wěn)信號則應(yīng)采用Matlab。

（三）案例設(shè)計

1.Matlab仿真案例

模塊1：離散時間信號與系統(tǒng)。案例：離散時間信號/系統(tǒng)，序列，卷積，差分方程。

模塊2：DFT和FFT。案例：DFT，F(xiàn)FT，頻譜分析，自相關(guān)、互相關(guān)。

模塊3：數(shù)字濾波器設(shè)計。案例：數(shù)字/擬濾波器，IIR，F(xiàn)IR，低通，高通，帶通。

模塊4：數(shù)字信號處理系統(tǒng)。案例：采樣，量化，時域分析。

2.LabVIEW仿真案例

模塊1：初級信號處理。案例：自相關(guān)，時域卷積，互相關(guān)。

模塊2：高級信號處理。案例：倒譜，Delta函數(shù)，諧振，總諧波失真，波形和頻譜。

模塊3：濾波。案例：FIR，IIR，濾波器響應(yīng)時間，低通濾波器，中值濾波器。

模塊4：時域分析。案例：信號識別，信號積分，函數(shù)。

模塊5：頻域分析。案例：FFT，時移，頻移，相位。

（四）仿真效果對比

以上仿真案例涵蓋了教學(xué)主要內(nèi)容，層次清晰易懂。以FIR窗函數(shù)設(shè)計為例，通過實驗結(jié)果和波形對比，二者仿真效果和精度基本一致。但LabVIEW更加高效直觀，可實現(xiàn)對虛擬信號、實際信號的時/頻域及時頻域分析。

五、結(jié)語

實踐證明，將基于仿真案例驅(qū)動的教學(xué)模式引入傳統(tǒng)教學(xué)，使教學(xué)成為動態(tài)、開放和探索的教學(xué)模式，提升了課程教學(xué)效果和學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)熱情，提高了綜合應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力，值得進一步推廣應(yīng)用。

【參考文獻】

[1]馮杰. 基于案例驅(qū)動的《DSP應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)改革探索[J].科技信息，2011（33）：23.

[2]歐陽華.“信號與信息處理”課程群教學(xué)改革研究[J]. 中國電力教育，2013（19）：70.

[3]萬懿.案例教學(xué)法在經(jīng)濟作物栽培學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的理論與實踐[J].科技信息，2008（16）：10.

[4]劉霞.基于LabVIEW的信號處理演示及實驗系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2013（10）：6.