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教学改革思路之一(数字滤波器网络结构授课教案设计思路)

数字滤波器网络结构授课教案设计思路

通信地址:广东省湛江市湖光岩东广东海洋大学信息学院  张培珍

Email:zpzhen@sohu.com

不同的结构直接影响了滤波器的性能,所以研究滤波器网络结构有一定的理论和实际意义。由于本章的理论内容较深而且逻辑性很强, 很细致,不辅以相应的技巧, 是很难顺利应用理论进行有效教学和学习的。我所设计的教学思路是:承前启后,导入实例,挖掘重点,实验分析,综合实例,系统小结,讨论思考等七大步骤。

承前启后,结合几年的教学实践和学生反馈,将本章放在了 IIR和FIR滤波器设计方法系统学习之后,因为学生已经掌握了滤波器的基本参数设计要求和方法,再辅以合理的结构,就比较容易掌握滤波器设计的精髓。后续的章节则针对数字信号与系统精度的问题,讨论不同结构下滤波器量化效应和有限字长效应,可以做到事半功倍的功效。

导入实例,通过调研选出最能适合描述本章的具体实例首先导入,这些实例来源于已经发表的论文、官方新闻、或是实际应用。本章将法国《宇航周刊》报道一篇关于美国雷声公司向美国海军(发展型海麻雀)导弹为导入实例。因为该系统中采用了255阶3种滤波器,而这3种滤波器结构复杂、编程很灵活,相互间又有各种关联。另外又都受硬件(主要是滤波处理时钟)的限制,所以设计的任务就是在各个因素的制约下,设计出性能最好、接口匹配的不同结构的滤波器,从而可以完成使输出信号信噪比最大、最优的数字信道。这一实例不仅有数据描述也有丰富多彩的图片,对说明数字滤波器网络结构的重要性很有说服力,同时激发了学生的学习兴趣。

挖掘重点,指根据教学大纲要求,确定课堂教学知识信息的重点、难点。在课程的开篇直接告诉学生本章的哪些内容是需要了解的,哪些内容是需要掌握的,哪些内容是需要深刻理解的内容,明确学习本章的教学目标与要求。然后以框架图的方式给出本章的核心内容知识构架,让学生对即将学习的内容有初步的印象。核心理论的基础内容从数字滤波器方框图表示法和流图表示法两种开始,分别用直观和简单的方法让学生先了解,到底什么是数字系统结构的基本单元,数字系统和模拟系统的表示方法有什么异同点。两种类型滤波器都由直接型到级联,再并联的方式层层推进展开。因为FIR滤波器是IIR滤波器的一种特例,除了频率采样法设计的滤波外均没有反馈网,结构相对简单,所以先讲述FIR滤波器结构后讲解IIR先易后难,有助于消除学生畏难情绪。

实验分析,对于两种类型滤波器的直接型、级联型、并联型(FIR频率采样型)阐述原理后,均给出相应的例题,各例题先采用手工计算滤波器分子和分母多项式系数,然后用MATLAB仿真求解后,画出结构图。逐步分析每一种结构的特点、优势和存在的问题。让学生深刻理解不同结构的滤波器不仅具有不同的复杂度,而且根据各自特点可以得到不同范围的应用。挖掘的重点理论作为基础,结合实验分析构成整个教案的主体部分,既能体现出整体教学活动的逻辑程序,又要划分出若干环节或步骤,并考虑到它们的时间分配、具体方法的应用,相互间的衔接、过渡,以及教学过程与板书的协调等等,充分反映教师教学设计思想,体现教师的教学经验和风格。

综合实例,在学习本章的即将结束时,综合分析了全章内容后,再次提出实例,这个实例起到总揽全局的效果,包含了FIR和IIR滤波器的所有基本结构的设计对比。因为手工运算的局限性,这一实例完全以MATLAB编程求解系数,然后辅以绘图加以清楚描述。

系统小结和讨论思考,通过本章的学习,让学生明确了研究数字滤波系统网络结构意义在于滤波器的基本特性(如FIR与IIR)决定了结构上有不同的特点;不同结构所需的存储单元及乘法次数不同,直接影响系统的运算速度,以及系统的复杂程度和成本;不同运算结构具有不同的误差及稳定性等。这些关键的问题是必须反复强调的,一定要向学生灌输学以致用的理念。课后简短的总结分析是对课程教学中教学环节的设计、教学重点难点的把握。对教学方法的应用、师生双边互动的设计及教学效果等情况的总结与分析,为以后的教学提供经验与参考。

数字滤波器网络结构授课教案设计思路是受本次教学培训的启发并总结我们多年教学与实践的基础上提出的,特点是尽量做到在理论上讲最为基础的,由浅入深,不放过细节,绝不把简单的问题复杂化,但也不回避难点;在实践和应用上做到竭尽所能,一切问题用事实来说话。在导入实例和综合实例的调研和选取上需要付出很多努力,不仅需要查阅大量的资料和文献,也要参考同行们的先进教学方法和理念。当然,这一教学思路还需进一步实践,得到同行和学生认可才是教案是否合理的最佳判定。

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