齊冬蓮,趙光宙

(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院,浙江杭州310027)

0 引言

信號處理技術(shù)業(yè)已成為電氣、通信、雷達、測試、生物醫(yī)學(xué)和控制等學(xué)科和工程領(lǐng)域的重要理論和技術(shù)基礎(chǔ)[1]?！靶盘柗治雠c處理”是電氣工程專業(yè)知識體系中必不可少的知識領(lǐng)域,是電氣工程及相關(guān)專業(yè)的重點課程之一[2]。

實踐教學(xué)是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。如何培養(yǎng)和提高大學(xué)生對于信號分析和處理領(lǐng)域的實踐能力,是一個值得深入研究的課題[3]。

我們針對電氣工程專業(yè)學(xué)生的特點,全面完善“信號分析與處理”課程的實踐教學(xué)內(nèi)容,并在教學(xué)實踐中設(shè)計了一系列綜合性和創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容,形成了一個完整的實驗體系,全面提高了學(xué)生的思維能力、動手能力和創(chuàng)新能力[4]。

1 建立跨專業(yè)的課程軟硬件實驗平臺

依托國家級實驗教學(xué)示范中心——“浙江大學(xué)電工基礎(chǔ)工程訓(xùn)練中心”,我院已建成了開放式、多層次和自主型實踐與創(chuàng)新基地,形成了突出學(xué)生能力培養(yǎng)與訓(xùn)練,強調(diào)課內(nèi)外自主創(chuàng)新的完整實驗體系。對大學(xué)生實踐能力、工程設(shè)計能力、分析和解決實際問題能力和綜合應(yīng)用知識能力,特別是創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力,提供了良好的實踐基地與實訓(xùn)平臺。

在基地和平臺上開展的基本實驗內(nèi)容包括:①信號分析與處理實驗基礎(chǔ)知識,包括實驗預(yù)備知識、常用電子儀器介紹、常用電子元器件資料、電子測量技術(shù)、實驗調(diào)試與故障檢測技術(shù)等內(nèi)容。②信號分析與處理基礎(chǔ)性模擬實驗,包括信號的分解與合成、信號的采樣與恢復(fù)以及有源和無源濾波器設(shè)計等實驗。③基于Matlab的信號分析與處理實驗,介紹Matlab的信號分析與處理工具箱的使用,并給出DFT、FFT和IIR/FIR濾波器等實驗。④DSP實驗包括信號的發(fā)生、FFT、自適應(yīng)濾波器和語音處理等實驗。

這些實驗可以讓學(xué)生能應(yīng)用所學(xué)知識去設(shè)計比較復(fù)雜的實用電路或系統(tǒng),盡可能多地采用先進的實驗手段和設(shè)計方法。這些實驗是軟件仿真實驗和硬件實物實驗的結(jié)合,使學(xué)生能充分體會到信號的軟件處理和硬件處理的相互關(guān)系,從而對信號分析和處理有一個完整的認識。

2 開展多種實踐教學(xué)活動

在保證基礎(chǔ)性實驗的基礎(chǔ)上,減少單科性和驗證性實驗,增加設(shè)計性和綜合性實驗,鼓勵學(xué)生提出創(chuàng)新性和工程訓(xùn)練性實驗,從而形成設(shè)計型和開放型實驗的創(chuàng)新點。

設(shè)計型實驗要求學(xué)生自主完成信號的分解與合成、聲音信號的頻譜分析與濾波等系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計,分析結(jié)果后撰寫實驗報告。

開放型實驗和學(xué)生的課外科技訓(xùn)練相結(jié)合,由學(xué)生自己選擇研究課題和提出實驗方案、構(gòu)建實驗系統(tǒng)并完成實驗內(nèi)容,分析結(jié)果后撰寫小論文。

實踐教學(xué)的另一內(nèi)容便是引導(dǎo)學(xué)生積極投入大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃SRTP、電子設(shè)計競賽和智能車競賽等校內(nèi)外實踐活動,使本課程實踐教學(xué)得以很好的延伸和發(fā)展。例如,學(xué)生設(shè)計的自適應(yīng)濾波器在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用;基于DSP的聲控系統(tǒng),結(jié)合音頻信號分析與處理、濾波器等知識,體現(xiàn)了學(xué)生將課程基礎(chǔ)知識與動手實踐有機結(jié)合的能力。

課程組教師結(jié)合課程內(nèi)容,參與指導(dǎo)的大學(xué)生課外科技訓(xùn)練SRT P小組達30多項,挑戰(zhàn)杯8項,智能車大賽12項。先后獲得全國電子設(shè)計競賽一等獎2項、二等獎3項、全國智能車競賽二等獎1項,優(yōu)勝獎1項。

3 促進教學(xué)與科研的結(jié)合

為了提高教學(xué),課程組成員積極開展了各種科學(xué)研究活動。

例如:將科研課題中的混沌信號等相關(guān)理論引入到教學(xué)之中,通過生動有趣的波形信息,給學(xué)生展示了一個介于隨機信號與確定性信號之間的范例。學(xué)生自行設(shè)計的Chua混沌電路,將電路分析、濾波器設(shè)計和電子技術(shù)等技術(shù)融于一體。

引導(dǎo)學(xué)生加入到“汽車牌照自動識別系統(tǒng)”、“導(dǎo)引機器人”及“后勤支持系統(tǒng)”等研究課題組之中,應(yīng)用小波理論、自適應(yīng)信號處理和數(shù)字圖像處理等新技術(shù),解決新問題。

這些研究活動的參與和產(chǎn)生的成果,使學(xué)生深化了對“信號分析與處理”課程中的內(nèi)容的理解,開闊了視野。

4 結(jié)語

通過“信號分析與處理”課程的實踐教學(xué),學(xué)生不僅順利地完成了課程的學(xué)習(xí),而且為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ),能初步運用所學(xué)知識解決實際問題。

隨著科技的進步,信號分析與處理的內(nèi)容也在不斷的更新,如何及時把握新知識的發(fā)展,并將其應(yīng)用到教學(xué)實踐中,切實提高大學(xué)生的實踐能力,是一個值得不斷深入研究的課題。

[1] 趙光宙.信號分析與處理[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006,8

[2] 王松林等.“信號與系統(tǒng)”國家精品課程的建設(shè)與實踐[J].蘭州:高等理科教育,2008,79(3):145-148

[3] 汪雄海,趙光宙.大學(xué)生科研訓(xùn)練教育實踐[J].武漢:高等工程教育研究,2001,4

[2] 齊冬蓮,趙光宙.“信號分析與處理”課程教學(xué)實踐探討[J].杭州:浙江大學(xué)本科教學(xué)改革與實踐,2007,10