数字信号处理教学论文

摘要：项目引导和任务驱动是以认知主义、构建主义和行动学习理论为基础的教学方法，对培养创新意识、工程应用意识及自主学习习惯有积极作用。为解决电子信息相关专业“数字信号处理”课程教学过程枯燥、学习难度大、学生应用能力欠缺的问题，论文将两种方法融合，结合工程项目“旋转机械振动信号分析”和合理任务设计应用于课程教学。今天小编为大家精心挑选了关于《数字信号处理教学论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

数字信号处理教学论文 篇1：

校所协同育人机制下数字信号处理教学探索

[摘 要]数字信号处理在理工科教育体系中具有十分重要的作用，在理工类院校该课程通常被设为主要专业基础课。课题组从建构主义理论出发，围绕高效传授专业知识、大力强化综合能力和稳步提高学生创造性三个主要问题，探索研究将校所协同育人机制有效融入数字信号处理课程教学的途径，为建立面向社会应用的创新型信息化人才培养机制奠定了良好的基础。

[关键词]数字信号处理；协同育人；创新能力；实践能力

“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”著名的“钱学森之问”成为叩问中国教育事业发展的一道艰深命题，也给我们当代教育者提出了新的思考方向。而杰出人才必须具备的重要素质之一，就是较强的创新能力。[1]为此，教育部要求高等学校在教学过程中，要把培养学生的创新能力和实践能力列入教学的重点，并将其确定为教学评估的核心指标。

数字信号处理是面向西安邮电大学工科专业学生开设的专业基础课程。随着信息技术日新月异的发展，其原有的教学内容和教学模式已无法满足国家和社会对创新型人才的迫切需求，因此该课程需要尽快完善和发展。此外，由于实际接触该课程相关应用领域的对外实践机会相对较少，学生对该课程内容本质的理解和对概念的掌握有一定困难，使得课程教学效果不甚理想。因此，如何充分利用各种实践平台，对数字信号处理课程进行科学合理的教学改革，探索研究创新型人才培养机制，是目前该课程教学工作所面临的一个极具挑战性的前瞻性研究课题。

一、国内外研究现状及发展趋势

对创新型人才培养机制进行探索性研究，对高等教育具有重大现实需求与重要科学意義。这一课题受到教育界和学术界的广泛关注，但仍然存在诸多尚未解决的教学问题，亟待在原创理论与实践途径方面寻求突破。针对创新型人才培养机制问题，本文分别从传授专业知识、培养综合能力和提高创造性三个方面，概述国内外研究现状和发展趋势。

（一）传授专业知识

传授专业知识是大学教学的基本任务之一。传授专业知识有利于学生全面系统地掌握所学内容的基本框架和具体内容，是学生未来向更高层次发展的基础保障。传授专业知识的方式多种多样，现在研究比较多的一种新型的教学手段，是运用建构主义方法[2]，以在线学习或移动学习为形式的微课程，这种方法既刷新了教学模式又提高了教学效率。此外，翻转课堂成为全球教育界关注的热点，2011年还被加拿大《环球邮报》评为“影响课堂教学的重大技术变革”。特别是“可汗学院”免费提供的优质教学视频，克服了翻转课堂实施的重要障碍。而全球教育领域另一个重大事件慕课（MOOCs）的崛起，使翻转课堂在课前实施的教学内容与教学方式也发生了很大的变化。因此翻转课堂在教育界日益走红。国内专家、学者针对当前高校专业课教学中存在的诸多问题也进行了研究，吉小利[3]提出实行集体备课制度凝练教学内容、实行按专长配备师资并加强情景教学、强化实践教学，构建“全过程、递进式”的实践教学模式，通过提高专业课教师科研与实践能力等来提高专业课教学质量。

（二）培养综合能力

高等学校教育需要高度重视全面提高学生的综合素质这一问题，努力培养学生的可持续发展能力，使其适应不断发展的社会对人才的需要。金正一[4]提出新的实验教学方式，多设计综合性、设计性实验，培养学生敏锐的观察能力、熟练的实验操作能力和创新思维能力，让学生独立完成一个实验课题，从而提高学生的科学研究能力。郑红[5]以模块化多课程协作为核心，以教学方法优化为手段进行改革，对于改进本科教学，全面促进学生综合能力的发展，取得了显著效果。

（三）提高创造性

问题解决是最常见的思维形式，有些问题解决活动可能比较常规，只是沿用了常用的解法，而有些问题解决活动则可能需要很大的创造性。这就需要培养学生的创造性。而创造性思维是创造性的核心。因此，掌握创造性思维就是解决创造性问题的必要途径。创造性思维是指个人在已有经验的基础上，发现新事物，运用新颖的方式解决问题并创造出独特产品的思维过程。脑激励法[6]又叫头脑风暴法（Brain Storming）或BS法，是指教师先提出问题，然后鼓励学生进行发散思维，提出尽可能多的解决办法，而不必考虑方案的正确性；教师也不断对学生所提出的想法进行评论，直到所有可能想到的方案都被提出来为止。然后学生和教师开始对这些想法进行讨论、评价，再修改、合并某些想法，最后形成一个创造性的解决方案。这种方法的基本思路是把想法的产生和对想法的评价分开。此外，吉尔福特提出了一套前后有序的培养创造性思维的策略。[7]他强调，创造性思维中有两个关键的智力活动——发散思维和转化，所以他的培养方案是着重对学生的发散加工能力和转化能力进行训练。吉尔福特提出了一些具体的培养创造性思维的策略，包括拓宽问题、分解问题、常打问号、快速联想、形式联系和捕捉灵感等。

综上所述，传授专业知识是创新型人才培养的前提，培养综合能力和提高创造性则是创新型人才培养的关键所在。虽然以上方法对学生的创造性培养效果较好，但没有和具体的应用实践相联系，因而在具体教学实践中容易产生很多问题。因此，本文将校所协同育人机制融入数字信号处理课程教学中，探索研究创新型信息化人才培养机制。

二、数字信号处理课程教学的探索与研究

本文契合陕西省高校“四个一流”建设发展趋势，充分发挥教学平台、科研平台和创新创业平台各自的优势，通过将校所协同育人机制融入数字信号处理课程教学中，来探索创新型人才培养模式。具体而言，拟实现如下目标：

一是针对当代大学生的心理发展特点，结合建构主义的最新理论研究成果，合理、科学、规范地设计数字信号处理课程的教学内容、教学方法和教学设计，提高课堂教学效果。

二是将校所协同育人机制融入数字信号处理课程教学，以数字信号处理教学为实施渠道，探索独具特色的创新型人才培养模式。

围绕上述研究目标，西安邮电大学结合实际情况，以“知识—能力—素质”一体化培养机制为主线，对高效传授专业知识、大力强化综合能力以及稳步提高学生创造性这三个紧紧相扣的内容进行研究。围绕“教学内容合理化”、“教学方法科学化”和“教学设计规范化”等三个需要重点解决的教学问题，结合校所协同育人机制，基于建构主义理论和人本主义理论等相关理论和方法及学科交叉融合的角度，从解决教学问题、攻关研究内容和教学实践验证三个层次着手，将研究内容分解为有机结合的三个方面：高效传授专业知识、大力强化综合能力、稳步提高学生创造性。具体采用的教学方法如下：

（一）高效传授专业知识

数字信号处理作为信号与系统课程与后续专业等课程的衔接课程，其一方面具有复杂的数学公式，另一方面又与实际工程应用紧密联系，所以具有抽象性、前沿性、多学科交叉融合性及设计复杂性等特点。所以，该课程要求学生既要具有很强的理论基础，又必须具备广泛的工程应用背景，这给学生的学习带来了很大挑战。本文利用建构主义的最新理论及研究成果，在充分理解教学大纲和教材内容等前提下，结合西安邮电大学工科学生的身心发展特点和各个专业特点，细致筛选精要的教学内容，做到将教学内容合理体系化。另外，可以还从数字信号处理课堂教学中的理论延伸与实践探索入手。在理论延伸中，教学过程要注重拓展理论外延，激发学生的学习兴趣；在实践探索中，要通过深入浅出的概念理解，延续知识主线，联系科研实践，以实际案例探讨课堂知识点的科研及工程应用，实现课堂知识与科研活动的有力衔接。对于教学内容晦涩难懂、理解困难的问题，一方面引入有效的实验平台，如Matlab、LabView等，积极引导学生进行实践，使学生做到对原理本质能够理解，从而学会实际应用；另一方面运用信息技术，基于具体的语音或图像案例，编写参数可调的交互式演示程序，命名其可以更加真实形象地展示出来。此外，还应将微时代背景下的数字信号处理教学方法与传统的教学方法相结合，使泛在学习成为数字信号处理课程学习的有力辅助手段。

（二）大力强化综合能力

掌握专业知识是对学生学习的最基本要求。然而，随着社会的快速发展，社会对学生的要求越来越高，学生的内化能力越强，自我教育能力越强，也就越能适应社会的需要。因此，素质教育的全面发展观要求教育面向全体学生、全过程培养学生和全面发展学生，特别是高等教育在发展上更应偏重能力的培养和訓练。综合能力提升是大学生素质提高的主要表现之一。高校要以培养创新型卓越人才为目标，通过合理安排课堂教学内容，科学设计教学方法，使学生能够深刻理解和熟练掌握数字信号处理课程中所蕴含的科学思想，并能将这些思想运用到日后的工作和学习中。比如，在数字信号处理课程中讲授系统稳定性时，要让学生明白有反馈回路的系统才是一个稳定的系统，而这只是知识层面的传授。更重要的是要从系统论的高度理解，对于任何一个系统，比如一个教学系统，如果没有反馈（如课堂提问、提交课后作业、考试等），这个系统必将是一个不稳定的系统。再比如，在讲授数字滤波器设计时，教师不仅要告诉学生怎样利用模拟滤波器来设计数字滤波器，还要知道为什么要这么做，更重要的是要掌握这个转换过程中所蕴含的科学研究思想。因此，通过引导学生领悟数字信号处理算法的基本思想，对课本知识点进行外延拓展，让学生不仅学好课堂理论知识，更要让其在以后的工作学习中勤于思考，不断进取。

与此同时，还要在实践环节中提高学生的综合能力。一是基于教学实践活动，包括专项实验（如数字信号处理MATLAB仿真实验和基于DSP的数字图像处理实验等）和综合实践（如科研训练、专业课程设计和开放实验等），对学生所掌握的数字信号处理课程所蕴含的思想进行升华。二是基于科研实践活动，包括依托图像与信息处理科研团队公安部重点实验室和西安邮电大学—中国科学院西安光学精密机械研究所校所合作的科技创新创业平台，让学生接触到科研一线工作，了解产业发展的最新动态，提升学生的科研实践能力和创新创业能力。

（三）稳步提高学生创造性

学生在掌握了扎实的专业知识和具备了较强的综合能力后，是否就等于在实际工作和生活中面临各种问题时，能够创造性地提出新思路、新方法，有效地解决所遇到的困难呢？根据我们前期深入的研究和广泛的调查，结果显然不能令人满意。为此，本文尝试探索研究创新型人才培养模式。一方面，在数字信号处理课程教学过程中，要引入具体科研课题的研究，使学生以辩证唯物主义认识论为指导，明白任何一个知识点都不是孤立存在的，应进一步完善创新思维体系，提高学生自主学习和协作学习能力。首先，教师要利用在科研工作中积累的丰富实践经验，在课堂中对所讲授的知识点在实际中的应用等方面进行深入浅出的介绍，拓展学生的知识面和提高其学习兴趣。其次，要通过实验指导学生进行课外探究式学习等方式，加深学生对该课程知识的理解和掌握，提高学生对知识的综合运用能力，建立课堂教学与科研实践的紧密联系。

另一方面，要以校所协同育人机制为导向，加强能力和知识在实践中的综合有效运用。在实践中，要使学生接触到最前沿的数字信号处理技术之典型应用——图像处理专业技术，培养他们的创新思维；支持学生创新创业，依托前述校所合作科技创新创业平台，进行图像处理创新研究和科研实践；培养学生创业意识，引导学生将科研成果转化与创业相结合，使学生成为具有创新能力和创业能力的创新型人才。以此来解决教学实践中存在的种种无法解决的问题，提高学生的实践能力、创造能力、就业能力和创新能力，以达到提高人才培养质量的目的。

三、结语

本文将校所协同育人机制融入数字信号处理课程教学过程中，结合建构主义的最新理论研究进展，围绕高效传授专业知识、大力强化综合能力和稳步提高学生创造性等三个主要教学问题，探索研究创新型信息化人才培养模式。通过贯彻陕西省高校“四个一流”建设计划和陕西省科技厅、教育厅《关于科教协同，深化产学研合作，促进科技成果转化合作协议》文件相关精神，从培养创新型人才的社会需求出发，以数字信号处理教学团队省级精品课程教学平台为依托、以图像与信息处理科研团队公安部重点实验室为源泉、以西安邮电大学—中国科学院西安光学精密机械研究所校所合作科技创新创业平台为桥梁，通过将校所协同育人机制融入数字信号处理课程教学，探索研究创新型人才培养模式，为“四个一流”建设贡献力量。本文所述的教学实践活动，推进了数字信号处理课程教学方法、教学内容及教学设计的不断创新，形成了独具特色的创新型人才培养模式；同时更加科学合理地改进了数字信号处理课程的教学内容、教学方法和教学设计等，发展了实践教学体系，提高了学生的实践能力、创造能力和创业能力。另外，还为校所（企）合作发展提供了宝贵经验，为军民融合、产学研结合、通识教育和卓越人才培养等提供了理论参考，推进了科技创新创业平台建设，助力陕西省经济的快速发展和成功转型升级。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 林晓玲.创新创业视角下高校跨学科创新课程体系的构建探析[J].大学教育，2017（1）：1-5.

[2] Hug T. Microlearning： A new peda-gogical challenge （Introduc？鄄

tory Note）[C].Microlearning Conference.，2005：7-12.

[3] 吉小利，刘健，邢宏龙，谭德新，疏瑞文，甘颖. 以提高专业课教学质量为抓手，培养综合能力强的理工类人才[J].高教学刊，2016（15）：215-218.

[4] 金正一，黄永春.改革实验教学方式，培养综合能力[J].高教学刊，2008（1）：135-137.

[5] 郑红，张海波.构建以培养综合能力为目标的心理学专业实验课程体系[J]. 哈尔滨学院学报，2012（6）：106-108.

[6] 陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2007.

[7] 赵丽，吕文皎，邰鹭明.创造力教育在国内外的研究现状及发展趋势[J].当代教育理论与实践，2015（11）：71-74.

[责任编辑：刘凤华]

作者：来毅　刘颖　朱婷鸽　李大湘

数字信号处理教学论文 篇2：

项目引导多任务驱动在数字信号处理教学中的应用

摘要：项目引导和任务驱动是以认知主义、构建主义和行动学习理论为基础的教学方法，对培养创新意识、工程应用意识及自主学习习惯有积极作用。为解决电子信息相关专业“数字信号处理”课程教学过程枯燥、学习难度大、学生应用能力欠缺的问题，论文将两种方法融合，结合工程项目“旋转机械振动信号分析”和合理任务设计应用于课程教学。

关键词：项目引导；任务驱动；数字信号处理；研究性学习；创新意识

一、项目引导下的多任务驱动教学法

1.项目引导教学。项目引导教学法建立在认知主义学习理论基础上，是对“先理论、后实践”的传统教学方式的变革。这一教学方式把实际问题的解决作为教学目的，在教学中以解决实际问题为动机达到知识的获取和能力的培养目的。在工科专业的专业基础课及专业课中，以项目为引导组织并开展教学，通过将理论与实际工程项目和应用的有机结合，能够培养学生的工程意识，加强对理论知识的理解，并激发学习兴趣。

2.任务驱动教学法。任务驱动教学方法是建立在构建主义理论基础上的互动式教学方法，以完成任务为线索，把教学内容隐含在精心设计的任务中，让学生通过对任务的分析和实施去发现问题、寻找解决问题的方法，从而培养创新意识、创新能力、工程应用意识以及自主学习习惯。任务驱动教学法对课堂教学由教师为中心的传统模式向以学生为中心的研究性教学模式转变有很好的促进作用。

3.项目引导与多任务驱动的结合。项目引导下的多任务驱动教学把项目引导与任务驱动教学有效融合，以工程项目为载体，将项目目标转化为一系列相对独立的任务，以具体任务实施作为项目目标实现的手段，能更好地发挥二者在教学中的作用。而多个任务的引入，一方面把整体项目目标化整为零，具有更好的可实施性；另一方面精心设计的多个任务对课程理论知识的覆盖更全面，避免单一任务的不足；同时，多任务便于教学过程中的分组实施，培养团队合作解决实际问题的能力。

二、项目引导多任务驱动用于数字信号处理教学

1.课程特点分析。“数字信号处理”是电子信息相关专业重要的专业基础课，课程内容丰富，与专业课结合紧密，但原理抽象、公式繁杂，涉及数学知识多、程度深。从“数字信号处理”课程实践性和应用性强的这一特点出发，将项目引导下的多任务驱动教学方法引入到课程教学中，通过实际的工程项目和合理设计的任务，可激发学生的学习兴趣，促进理论内容与工程应用之间的联系，培养学生应用数字信号处理的原理解决实际工程问题的能力，提高教学质量，实现研究性教学模式的转变。

2.项目引导促进课程原理与应用结合。根据电子信息相关专业的特点，在课程教学中以工程项目作为引导，可以促进课程理论与实际应用的结合。针对信号处理技术在工业现场故障诊断领域的应用，选择实际科研项目“汽轮机振动在线监测系统”作为实施课程项目引导教学的项目基础。完整的汽轮机振动在线监测系统的总体结构与方案如图1。

整个系统属于集散型结构，由若干在线监测系统、服务器、通信接口及通信线路组成，采用上、下位机同步工作的方式。下位机由在线监测装置组成，位于汽轮机组附近，是系统中的数据采集与分析设备，完成数据采集、处理及分析任务，并将数据以数字形式通过网络传送给上位机；上位机属于故障诊断系统，以工控机作为服务器，负责和下位机数据通信、存储、历史数据分析、故障判断及web发布等工作，还可将系统的控制参数发送给下位机的各个在线监测系统，以调整工作状态和参数。上位机服务器还负责将分析结果发布到厂内局域网或广域网上，所有的数据通信都通过网络进行。结合课程性质及数字信号处理教学的实际内容，选择系统中的核心内容之一，即振动信号的分析与处理作为实施课程项目引导教学实施的具体项目。

3.多任务驱动实现研究性教学模式转变。以“旋转机械振动信号分析”这一项目为引导，通过对整体功能及技术指标的分析，并结合课程内容安排及知识模块，将整个项目的实施划分为三个具体任务，如图2：

三个任务相对独立，基本原理对应了信号采样（任务1）、信号频域分析（任务3）及滤波器设计（任务2）这三个课程核心知识模块，便于根据课程进度分阶段实施；同时任务间又有一定联系与接口，组成了整个项目的核心内容，保证项目目标实现的完整性。合理的项目分解与任务设计，可有效激发学生的学习兴趣，培养工程应用意识和创新能力。在具体教学中，学生通过对项目的认识、任务的分析和对任务的实施去发现问题、寻找利用课程理论知识解决实际问题的方法，能够实现课程教学模式向研究性教学的转变，在一定程度上解决了课程教学难度大、学习难、学以致用能力欠缺和工程应用能力不足的问题。

4.实施与效果评价。由上述分析及项目与任务的关系可看出，项目引导多任务驱动教学以任务驱动教学的具体实施作为实现基础。根据任务驱动教学法的相关理论以及课程的特点，采用如图3所示的任务驱动教学实施方案：

这一实施方案以学生为中心，强调发现并解决问题能力的培养；而教师主要对任务进行合理设计，并在实施过程中对学生进行指导。实施方案中，好的任务设计是任务驱动教学的基础，由任课教师根据项目进行设计；任务分解结合课程内容及知识模块分阶段进行；任务实施以学生为中心自主进行，指导教师提供必要指导；效果评价结合任务完成过程、作品及实际项目指标进行，评价结果一方面作为课程考核的一项指标，另一方面作为任务调整及完善的依据。具体的教学实践表明，项目引导下的多任务驱动教学能够较充分地调动学生的学习积极性、学习兴趣和课堂参与度，在项目的引导和任务要求的驱动下完成设计方案制定及具体任务实施，并提交作品，达到锻炼研究能力的目的。同时，实施过程中反馈机制的引入，保证了教学效果、任务设计的质量以及这一教学方法的有效实施。

三、总结

论文将项目引导和任务驱动两种教学方法进行了融合，并结合实际工程项目和合理的任务设计应用于电子信息相关专业“数字信号处理”课程教学中。实际项目的引导培养了学生应用数字信号处理的相关理论、原理及方法解决实际问题的应用能力；而多个任务的有效驱动则培养了学生的创新意识，锻炼了解决问题的能力，促进了研究性学习品质的形成。以项目引导多任务驱动为基础的课程教学方式经实践取得了良好的教学效果，提高了“数字信号处理”课程的教学质量，对相关专业应用型和研究型人才培养目标的实现起到了积极作用。

参考文献：

[1]唐进，龙瑜.基于“项目引导—任务驱动”的课程教学模式应用研究[J].职业时空，2010，（03）：128-130.

[2]吴静.项目教学法与任务驱动教学法的异同比较[J].北京工业职业技术学院学报，2011，（03）：79-82.

作者：张峰，石现峰，赵黎

数字信号处理教学论文 篇3：

MATLAB仿真在数字信号处理教学中的应用研究

[摘 要]本文通过几个Matlab仿真演示的实例，说明了在数字信号处理教学中采用Matlab仿真演示的教学效果，使数字信号处理中的抽象、难懂的基本概念和基本原理转化成易懂、直观的图形图像形式，较好地帮助学生理解课堂讲授内容，提高了学生的学习兴趣，有效地提高教学质量和效果。

[关键词]数字信号处理 Matlab 仿真演示

一、前言

随着计算机技术和信息科学的飞速发展，数字信号处理已成为信息科学的重要组成部分，在众多领域都得到了广泛的应用。因此，作为电子信息类和相关学科本科专业的数字信号处理课程是主要专业基础课之一 ，具有十分重要的地位。在教学实践中，如何帮助学生掌握基本理论和基本分析方法，提高学生的理论水平和应用能力，最终让学生产生学习兴趣是教学的重点和难点。

本文以Matlab仿真演示教学为重点，阐述仿真演示教学作用和意义，并利用Matlab给出几个软件仿真演示实例，加深学生对教学内容的理解和掌握，还可以从仿真实现的方法中提高学生软件编程能力。

二、仿真演示实例分析

（一）圆周卷积等于线性卷积的条件

若x1（n）为M点序列，x2（n）为L点序列，N为圆周卷积的点数，圆周卷积等于线性卷积的必要条件：N≥M+L-1。为了让同学加深理解，通过Matlab仿真举例说明。首先根据圆周卷积的定义，在Matlab中编写圆周卷积的程序。如：x1（n）={1，1，1}，x2（n）={1，1，0，1}，分别计算两序列的线性卷积和4、5、6、7、8点的圆周卷积，yconv为线性卷积，ycir分别为n点的圆周卷积，列出计算结果并作图1所示。

yconv=1 2 2 2 1 1

ycir4= 2 3 2 2

ycir5= 2 2 2 2 1

ycir6= 1 2 2 2 1 1

ycir7= 1 2 2 2 1 1 0

ycir8= 1 2 2 2 1 1 0 0

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图1线性卷积与n点圆周卷积计算结果图 图2衰减正弦序列的时域图、频域图

通过上面的例子，M=3，L=4，明显看出N=6、7、8（≥M+L-1）点的圆周卷积等于线性卷积，强有力的验证了圆周卷积等于线性卷积的条件。

（二）用DFT进行频谱分析时的误差演示

DFT是对序列傅立叶变换的等距采样，因此可以用于序列的频谱分析。在运用DFT进行频谱分析的时候可能有三种误差，（1）混叠现象；（2）泄漏现象；（3）栅栏效应。仅仅靠讲解比较空洞，我们用具体的例子加以说明。

例1 已知衰减正弦序列如下：x（n）=e-αsin2πfn，0≤n≤150，else，当固定取α=0.1，而f取不同值时，分别取f=0.0625、f=0.4375和f=0.5625时，用Matlab编程计算并作出其时域图和频域图如图2所示。

f=0.4375和f=0.5625时，其DFT频谱看似相同，其实有本质差异。由n=0，1，2，3，…，14，15可知采样频率为1，当f=0.0625、f=0.4375时，满足奈奎斯特采样定律，因此对应的DFT频谱没有混叠；而f=0.5625时，不能满足奈奎斯特采样定律，对应的DFT频谱发生了混叠，其频谱不能真实反映实际频谱，这就是用DFT来逼近连续时间信号的傅里叶变换时可能出现的混叠现象。

例2 一个高斯序列的解析式如下：x（n）=e■，0≤n≤150，else，当固定取q=8，而p取不同值时，用Matlab编程计算并作出其对应的时域和频域图形如图3所示。时域图形看出，p=8时波形较完整，p=13和14时波形被截断；频域图形看出，时域波形被截断，对应频谱的高频成分增加了，就好像原来集中在低频部分的频谱泄漏出来了，反映了DFT逼近连续时间信号的傅里叶变换时频谱泄漏现象。

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图3 高斯序列的时域图、频域图

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图4 三角波与反三角波序列的时域图、频域图

例3 三角波序列的解析式如下：xc（n）=n+1，0≤n≤38-n，4≤n≤70，else，反三角波序列的解析式如下：xd（n）=4-n，0≤n≤3n-3，4≤n≤70，else。用Matlab编程分别进行8点和16点DFT计算，并作出对应的时域和频域图形如图4所示。正三角波序列的8点DFT和16点DFT基本一致，而反三角波序列的8点DFT和16点DFT有明显差异，表明正三角和反三角序列的频谱有明显不同的特征，这种不同特征在8点DFT时没能反映出来，而在16点DFT中反映出来了，说明了反三角序列的8点DFT出现了栅栏效应。

通过上面三个例子的演示，让同学较直观地了解应用FFT（DFT的快速算法）进行信号频谱分析过程中可能出现的问题，以便在实际中正确应用FFT。

（三）用iir滤波器进行语音信号处理

在课堂上现场进行语音信号的采集，通过Matlab编程将其加上f1=10000、f2=15000、f3=6000三种频率的噪音信号，分别分析加噪前、后的频谱，如图5所示。然后又通过Matlab中的滤波器设计分析工具箱设计低通滤波器，编程对加噪后的语音信号进行滤波，分析滤波前、后的频谱如图6所示。并将加噪前后和滤波后的语音信号放给同学听，让同学对比。通过同学的参与和演示，让同学清楚了滤波器的参数选取和滤波的程序设计，收到很好的教学效果。

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图5 加噪前、后的语音频谱图

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图6 滤波前、后的语音频谱图

三、结束语

本文通过MATLAB的现场仿真，给学生演示重要理论的推导过程，将抽象、难懂的基本概念和基本原理转化成易懂、直观的图形图像形式，使得课堂教学更加直观、生动、活泼、紧凑，提高了学生的学习兴趣。较好地帮助学生理解课堂讲授内容。因此，在教学中使用仿真工具，可以有效地提高教学质量和效果。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 程佩青.程数字信号处理教程（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2] 丁玉美，高西全.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.

[3] 薛年喜.MATLAB在数字信号处理中的应用（第2版）（高等院校计算机应用技术系列教材）[M].北京：清华大学出版社，2008.

[4] 赵发勇.数字信号处理教学研究：仿真演示教学[J].阜阳师范学院学报（自然科学版），2013，30（1）：84-87.

[5] 余成波.数字信号处理及MATLAB实现[M].北京：清华大学出版社，2008.

[责任编辑：左 芸]

作者：霍慧芝