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摘要：国家推动部分地方普通本科高等学校向应用型转变，要求地方新建本科院校积极转型发展，培养应用型人才；地方新建本科院校电子类专业在《数字信号处理》课程的各个教学环节引入MATLAB软件，将增强学生的专业学习兴趣、改进学生对课程理论知识的理解和掌握、强化学生对综合应用课程知识的能力，对新建本科院校电子专业学生的应用型人才培养和专业的转型发展都起到了较好的作用。
关键词：新建本科院校；转型发展；数字信号处；MATLAB；应用型人才
MATLAB's Application in Teaching of Digital Signal Processing of Electronic Majors in the Transformation and Development of College HE Yao
(College of Physics and Electrical Engineering，Yibin University，Yibin Sichuan)
Abstract:The nation promotes the transformation of some local General undergraduate universities into application-oriented ones,and requests local newly-built undergraduate universities to actively transformation develop,cultivate application-oriented talents.The software MATLAB is introduced into Each teaching link of the curriculum Digital Signal Processing of local newly-built undergraduate universities electronic majors,will enhance the students’learning interest,improve students’curriculum theoretical knowledge understand and master,strengthening the students’comprehensive ability to apply knowledge of curriculum.It will benefit applied talents training and transformation develop of electronic major.
Key words:Newly-built undergraduate universities;Transformation develop;Digital signal processing;MATLAB;Applied talents
我国高等教育经过近二十年的高速发展，大学教育已经从精英教育转变为大众教育，并且将很快实现高等教育普及化[1]。但高等学校每年几百万毕业生中，有20%以上的毕业生无法实现就业[2]。大学毕业生就业难的根本原因在于高等教育结构不合理，企业的需求与大学的培养并不适应。高等教育大众化阶段，高校应根据社会需求设置专业，培养符合社会需求的应用型人才[3]。而中国高等教育的现状是，不管普通本科高校还是重点大学，基本都是培养学术型或学者型人才[2]。占本科高校一半的地方新建本科院校也是如此[4]，同时，地方新建本科院校的发展受自身种种局限的制约，为打破现实桎梏，2014年国务院确定引导一批本科院校向应用技术型高校转型[5]。转型的核心就是让高校培养社会需要的大学生，回归自身人才培养的定位[6]。
课程在人才培养中起着核心作用，应用型人才培养要求专业类课程要培养学生的专业知识应用能力。《数字信号处理》是电子信息类专业的一门重要专业基础课，具有较强的工程应用背景，应用广泛。但是在新建本科院校电子类专业的教学过程中，该课程通常被学生认为是知识理解困难，抽象，枯燥，对其分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握，学完之后感觉对专业应用能力的提升不够。
一《数字信号处理》课程难学的原因
首先，此前新建本科院校的人才培养定位普遍存在着与市场需求的偏差，市场需要应用型人才，学校却是按培养科研学术型人才的模式培养人才，所以在《数字信号处理》的教学过程中，也按学术型人才培养的强调理论、重视推导。而与之对应的却是，新建本科院校学生的数理基础，相对重点大学学生而言存在差距，所以学习难度较大。
其次，《数字信号处理》的基本理论和分析方法比较成熟，课程理论性较强，知识内容较多且复杂，公式推导较多，前后知识联系紧密，概念较为抽象，使得知识不易被理解。
第三，传统的《数字信号处理》教学方法往往是先给出定义，再进行繁杂的数学推导，最后得出结论。但从实际教学效果来看，这样的推导过程往往使得学生陷入到只见树木不见森林，只知道有复杂推导而对理论的意义和应用认识不足。
第四，在传统的教学和人才培养的理念指导下，《数字信号处理》课程强调知识的理论完整性，强调知识学习的理论推导，而对理论的应用却强调不多，导致学生感觉理论学习枯燥，课堂教学的应用针对性不足，随即失去学习兴趣。
第五，传统的教学过程中，较少应用计算机辅助教学的手段，简明直观地演示本课程的基本概念和理论；学生对知识的理解困难，也使得学生学习课程知识时感觉理解困难。
二 MATLAB软件引入《数字信号处理》课程的优势
针对学生学习《数字信号处理》课程面对的困难，在国家推动新建本科院校转型发展的背景下，新建本科院校电子类专业在《数字信号处理》课程教学的各个环节引入MATLAB软件，将较为有效地帮助新建本科院校电子类专业学生克服学习本课程的困难，加强对本课程基本知识、概念、原理和方法的理解与掌握，提高综合应用所学知识来解决实际问题的能力。
MATLAB作为一款使用简便、面向工程和计算的交互式计算软件，功能强大、效率高，将数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示有机地融合为一体,形成了一个极其方便、用户界面友好的操作环境[7]。
MATLAB在数字信号处理方面具有得天独厚的优势。将MATLAB软件引入到《数字信号处理》课程，使学生更好、更快掌握课程的知识，强化课程理论在实践中的应用，让应用转型的大方向在课程中得到落实。
三 利用MATLAB软件引入实例
在教学过程中利用MATLAB仿真引入具体的应用实例，向学生展示本课程知识的应用，增强学生对本课程学习的兴趣。如：
1.如曾经有新闻报道[8]，某大学生利用从电视节目上获得的电话拔号音，根据所学专业知识，利用语音分析软件准确地获取将某名人的电话号码。这个新闻在一段时间内成为了网络热点事件，可将本新闻在绪论教学阶段作为案例告知学生，利用《数字信号处理》知识和MATALB软件，可以从根本上理解这个技术的原理和编程实现这一过程。
2.利用MATLAB软件分析观察语音信号的波形和频谱，直观感受音频信号频谱与音调高低的联系，观察男生与女生的声音频谱的差别，观察女高音歌唱家与男高音歌唱家声音频谱的差别。
3.观察图像信号的相关特征，将教材的一维数字信号处理知识扩展到二维数字信号处理，利用MALAB软件对图形进行变换处理，观察图像与图像频谱之间的关系，让学生了解利用MATLAB对图像进行处理的一般方法。
在课堂上引入以上应用案例，学生在学习相应知识后，利用MATLAB软件编程实现，将有效强化学生对《数字信号处理》课程知识的理解及应用。
四 利用MATLAB软件直观展示信号及变换过程
在《数字信号处理》的课堂教学中，由于存在许多抽象的概念和复杂的公式推导，抽象的数学概念，为了让学生容易理解和掌握，利用MATLAB软件，将数字信号及处理变换的过程清楚直观展示，生动直观地揭示出公式所包含的物理含义，让学生直观、清晰的了解信号变换的过程，帮助学生理解和掌握，提高学习效率和学习积极性[9]。
1.通过MATLAB软件，在投影屏幕上画出各种信号序列，将信号直观展示给学生，如单位脉冲序列、单位阶跃序列、正弦序列、指数序列、抽样序列等离散信号。
2.通过MATLAB软件，将离散信号的运算，如离散信号的加法、乘法、移位、翻转、尺度变换、线性卷积的过程直观显示，让学生掌握运算的过程。
3.利用MATLAB自带数字信号处理函数，快速完成数字信号处理的复杂计算。如filter、fft、dft、ztrans等函数，并且直接将运算结果用图形显示。
4.通过MATLAB软件，观察典型离散信号经DTFT得到的频谱幅度特性和相位特性，以及对应关系。
5.通过MATLAB软件，观察离散系统的系统函数零极点位置与系统幅频特性和相频特性；通过改变系统函数的系数来改变零极点的分布，观察对幅频特性和相频特性的影响。
6.通过MATLAB软件，计算序列的Z变换，或通过Z反变换表达式计算序列；观察左边序列、右边序列、双边序列的时域特征和收敛域之间的关系。
7.对有限长序列，分别用MATLAB计算其DFT离散频谱和计算其DTFT频率特性，并对结果用图形进行比较。
8.用MATLAB的DFT函数作频谱分析、观察混叠效应，观察频谱分辨率、信号采样时长、采样点数、采样频率对采样信号频谱的影响。
9.利用MATLAB的CZT函数对信号频谱进行精细化分析，显示计算结果，与FFT函数计算结果相比较，从而加深对CZT的理解。
10.用MATLAB编程对混叠效应、截断效应、栅栏效应进行直观演示。比较高分辨率频谱与高密度频谱，计算分辨率和物理分辨率之间的关系。
11.用MATLAB观察不同的窗函数时域特性和频谱特性，并比较其时域和频域图像的差别。
12.利用MATLAB函数分别设计IIR和FIR滤波器。比较IIR设计过程中，采用不同的模拟低通原型滤波器、不同的变换方式、不同的采样频率时所得到的滤波器的性能指标，比较在FIR滤波器设计过程中，采用不同的窗函数、不同的设计方法时所得滤波器性能指标的差异。
五 在课后作业中要求学生使用MATLAB软件
学生课后作业中，要求学生尽量利用MATLAB软件编程求解习题，增加利用MATLAB软件编程计算并绘图的作业，让学生利用课余时间在自己的电脑上完成，充分发挥MATLAB软件和课程特色，方便学生根据自身时间深入学习研究。同时，在课后作业中，增加设计类课题的作业，要求学生采用MATLAB完成课题设计。
六实践教学环节，强化MATLAB软件的使用
1.在课程实验中，可以充分利用MATLAB快速、高效、直观的特点，使课程实验的设计更加灵活，更针对实际应用问题。通过开设能够利用MATLAB软件完成的、带有一定综合性和设计性的实验,充分发挥学生动手实践的主动性和创造性，让学生更为深入地理解本课程的基本概念、基本理论、如何将课程知识应用到应用实践环节，
2.在课程设计时，要求学生利用MATLAB软件完成较为综合和复杂的设计项目，鼓励学生不断探索，使学生能深入了解理论知识与实际应用的关系，激发学生的学习兴趣。
3.在学生的毕业设计项目中，可以允许学生选择利用MATALB完成有一定实用价值的数字信号处理类题目。
七成绩评定中，增加实践环节成绩比例
在期末课程成绩考核时，减少期末采用试卷的理论考核分数占课程成绩的比例，增加课后作业成绩、综合课程设计报告成绩、实验成绩等实践环节所占比例。这将引导学生更加重视对MATLAB软件应用的学习，增强学生的编程能力；更加重视课程设计，重视综合性课程作业、重视知识的理解和综合应用和创新能力的培养。
八结语
在国家提出部分本科院校转型发展的背景下，新建本科院校将回归应用型人才培养的定位。具体落实到教学工作中，需要在课程教学进行相应改革。对于新建本科院校的电子类专业的《数字信号处理》课堂程，深度引入MATLAB软件，改革课程教学的各个环节，对学生加强对《数字信号处理》基本概念和基本理论的理解，对基本方法和技巧的掌握，对于将理论知识和实际应用的相结合，强化应用人才的培养都起到了较好的作用。
参考文献
[1]袁振国.高等教育大众化之后需要怎样的质量观——大学变革的历史轨迹与启示之二[J].中国高等教育,2016,Z3.
[2]刘振天.地方高校转型发展要克服恐惧症[N].光明日报,2014年04月08日.
[3]叶飞帆.高校怎么向培养应用型人才转型[N].光明日报,2014年11月25日.
[4]杨林.新建本科院校已占我国高等教育院校“半壁江山”[N].北京日报,2017年11月1日.
[5]卢彩晨.地方本科转向应用技术型：难点与突破[N].光明日报,2014年11月11日.
[6]贺繇,张琳,郑力,等.转型发展背景下的新建本科院校电子类专业学生综合素质培养研究[J].大学教育,2015(08):170-171+176.
[7]MATLAB概述.https://ww2.mathworks.cn/products/matlab.html
[8]大学生利用电话按键音破译周鸿祎手机号[EB/OL].http://news.163.com/12/0901/02/8A9IC4NB00014AED.html
.2012.9.1.
[9]朱幼莲.MATLAB在数字信号处理教学中的应用[J].电气电子教学学报,2001(03):30-32.
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