前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇積極心理學的好處范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發現更多的寫作思路和靈感。
1.1換位思考來理解老師
心理學的研究表明,人們會對沒有缺點的人敬而遠之。其實世界上不存在一點毛病和問題都沒有的人,在中學生的師生關系里,有時會出現師生沖突,這時無論是怎樣的情況,學生首先要讓自己平靜下來,千萬不能不顧場合頂撞老師,甚至有過激的行為發生,這樣會使問題升級,鑄成大錯。想想老師有時出發點是好的,是對學生的負責任,也許有時語言會激烈些、或者是不是學生誤解了老師等等原因,造成了師生關系的沖突。但不管如何,中學生都要尊重老師,維護老師的自尊和尊嚴。
1.2敢于正視自己的錯誤
現在的中學生大多數都是獨生子女,優越感強,以自我為中心現象明顯,有些學生不允許批評,也受不了挫折和批評,如果在校受到老師的批評教育,往往就會對老師產生不滿、心中不悅,有時還會影響到其所教授課程的學習效果。
2、協調親子關系
這里所說的中學生的親子關系是指父母與子女之間的交往關系。具體包括父親與子女之間的交往、母親與子女之間的交往,它是人生中形成的第一種人際關系,也是家庭中最基本、最重要的一種關系。青春期是人生中發展的關鍵時期,更容易產生親子的沖突,所以我們要構建和諧溫暖的親子關系。中學生要從以下幾個方面做起:
2.1理解父母
首先,要看得起父母。無論父母從事什么工作,無論他們的文化水平如何,他們都是在為社會同時也是為子女做奉獻。理解和珍惜他們的付出,從心里感激他們。中學生對待自己的父母要尊重、平和,有事情要與父母商量,遇到父母與自己看問題的角度不同時,要與父母好好溝通,虛心聽取他們的意見,不能頂撞父母、與父母大嚷大叫,甚至有的中學生還與自己的父母來硬抵抗,讓他們感到極度地傷心。
2.2關愛父母
從小事入手,養成幫助父母、為父母分憂的行為習慣。主動做些家務勞動,平時多留心父母的身體狀況,如果看到哪里不舒服,問一問,有病要陪他們去看病。父母過生日時,送上真誠的祝福,節日里多陪陪父母。2.3自我成長隨著歲月的流逝,我們也在成長,成長中我們既要做到與父母的良好溝通,也要鍛煉自己的獨立性,因為不遠的將來,未來要靠我們自己去努力,要注意從老師、父母、長輩身上學習他們的經驗和閱歷,汲取他們知識和教育,這些有益于我們中學生日后的發展和提高。
2.4培養尊敬長輩的美德
尊敬長輩要落到實處。比如:吃東西時,要先給長輩,出門之前要同家人打個招呼,公共汽車上要給老人讓座等。
3、同伴關系
3.1不能處處以自我為中心
在學習和生活中,處處以自我為中心,聽不進去別人的建議和想法,總希望別人按照自己的想法去做。這種交往方式最不好,最容易導致孤立局面。要尊重別人的價值觀,學會理解他人,要學會運用人際交往的“黃金原則”——即象你希望別人如何待你那樣去對待別人。
3.2要站在對方的角度來考慮問題,努力理解對方
當觀點不一致時,應想辦法心平氣和地講明你的想法,增進相互的理解,使彼此間的感情融洽。切記不可粗魯行事,傷害他人。凡事多為他人著想,自己有錯時應主動承認并道歉,對他人的缺點也要給予寬容。
3.3對待友誼需要真誠
進行人際交往要有一定的原則,要給予他人真誠的批評與幫助,要有一個真誠的感覺,建立起真正的、互幫互助、和諧有益的人際關系。
3.4交往方式要及時調整
當我們進入一個嶄新的學習和生活環境時,同時也意味著進入了一個新型的人際關系。如果我們只與自己喜歡的人交往,對自己看不習慣的人根本不理,就顯得十分幼稚,會造成自己的心理壓力。
4、結語
一、問題情境要有情境有問題
問題情境是特殊的情境,在創設問題情境的過程中,教師可結合學生的生活實際、社會知識等內容,讓學生從直觀中了解化學知識,在問題的引導和啟發下投入到化學知識的探究中,從而激發學生的學習興趣。在新課改下,問題情境創設已經成為課堂教學中不可或缺的組成部分,但在教學實踐中發現,一些教師在創設問題情境的過程中只關注了情境而忽視了問題的引導和啟發作用,從而導致課堂表面活躍而實際效果不佳的現象。其實,問題情境包括了情境和問題兩個要素,情境是激發學生學習興趣的首要因素,而問題則是用于啟發學生的手段。教學中,教師應有效創設情境并在情境中蘊含問題,提出問題后啟發學生思考,從而引入新知學習或讓學生對新知有更深刻的認識。
生活是情境的源頭,因此教師要注重結合教學內容選擇與學生生活貼近的案例來創設問題情境,從而促進學生的知識構建。例如,在氧化還原反應的教學中,以生活中的鋼鐵腐蝕、鐵鍋生銹、銅質水管長銅綠、鋁質器皿擦亮后變暗等現象來導入,然后以這些現象的化學反應為問題,從而引入氧化還原反應的概念和特點探究。又如,在氨氣的性質探究的過程中,教師以液氨泄漏事件來導入,引導學生思考解決辦法,讓學生結合生活實際來思考問題,從而深入到本質問題的探究中。可見,結合生活創設情境,通過情境引出問題,通過問題引入知識探究,可以更好地促進學生的知識建構。
二、合作探究要有討論有指導
合作探究是課堂教學改革的一大特色,合作探究改變了“以教師講授為主”的傳統灌輸式教學,轉變為“以學生為主體”的合作探究教學,通過教師引導讓學生在合作和探究中構建知識體系。在合作探究中,教師依然是課堂的組織者和學生學習的引導者,忽視了這一點,課堂就會變得松散無度。
合作探究首先要體現教師的指導性,即在合作探究實施過程中,教師始終處于主導地位,通過問題來引導學生進行探究。例如,在學習“每摩爾H2SO4含有阿伏加德羅常數個粒子”時,要讓學生更好地理解每摩爾H2SO4含有阿伏加德羅常數個粒子,這種特定的粒子只能是H2SO4分子,其余的氫原子、氧原子、氫離子、電子、質子、中子等微粒都不是阿伏加德羅常數個。所以,定義中的“物質”與“微粒”必須一一對應,這種微粒實際上就是該種物質的本身。教師以問題“1molH2SO4含有多少個H2SO4分子?含有多少個氫原子?含有多少個氧原子?含有多少個氫離子?含有多少個電子?含有多少個質子?含有多少個中子”作為啟發,讓學生在逐層探究問題的基礎上理解。其次,在合作探究中,學生是探究的主體,教師要允許并鼓勵學生大膽地提出自己的看法,當學生分小組對問題探究后,教師要及時總結并講解重點。又如,在“化學反應與能量變化”的教學中,教師先引導學生復習“化學鍵形成的時候放出能量,斷裂的時候吸收能量”,然后提出問題:“當水從液態變成氣態的時候,能量是如何變化的?能否從微觀的角度解釋能量變化的原因?”小組學生圍繞該問題進行討論,教師總結“雖然力的種類和大小不同,但是本質都一樣,就是形成作用力時要放出能量,破壞作用力時要吸收能量,即物質的變化常常伴隨能量的變化”。
三、實驗教學要有過程有創新
化學是以實驗為基礎的學科,新課改下的化學實驗提倡從演示實驗過渡到探究性實驗,目的是讓學生在實驗操作過程中獲得科學探究素養的培養。因此,在實驗教學中,過程是基礎,創新是關鍵。
一、引言
隨著現代計算機和信息技術的不斷發展,數字信號處理在當今高科技領域有著極為重要的地位和廣泛的用途[1]。然而它的基礎課程卻處于教難、學更難的境況中,并且,學生即使掌握了理論知識,也很難靈活應用至實踐中[2]。調研國內外數字信號處理課程教學,上述問題主要歸因于兩個方面:一方面是傳統的教學形式單一,僅依賴文字幫助理解基本理論[3-5];數字信號處理課程不同于其他課程,它是基于“高等數學”、“大學物理”等公式和推導較多的學科,理論性強,極具抽象性,有大量的算法和晦澀難懂的基本理論[6]。在課堂教學中教師僅采用Powerpoint軟件編制的課件不夠直觀,許多內容學生很難透徹理解。其次,數字信號處理是適應高速數字集成電路的面市應運而生的,其大量的計算算法適于在計算機上實現,對于人來說則運算量大且煩瑣,學生們難以親手驗證,因而經常得不到形象化的結果,使得對理論的理解難以透徹,實際應用中總有一層障礙。另一方面是受限于傳統實驗室的模式和格局,數字信號處理課程的實驗教學環節嚴重缺失[7-9];信息類專業課程有很強的實用性,其受眾廣,且信息量大,然而因實驗場地、設備、資金等因素,目前單一的傳統實驗室已完全不能滿足學校完成教學任務,很難開展實驗教學,很多院校根本沒有配套開設實驗教學。然而,實驗教學是高等院校培養高素質合格人才的重要實踐性環節,在培養學生的實踐能力、研究能力、創新能力和綜合素質等方面有著其他教學環節所不能替代的獨特作用。若學生們缺乏實驗教學環節,在實際應用時則會顯得有些束手無策,實際動手能力和創新能力也亟待增強。若不能在教學中突破以上兩個瓶頸問題――單一的教學形式和傳統的實驗室建設模式及格局,數字信號處理課程的教學質量和教學效果將大打折扣。
二、虛擬儀器技術在教學應用中的優勢
伴隨著虛擬儀器技術的發展及其在國內的普及,它可為數字信號處理課程的教學提供新的思路和巨大變化。突破傳統教學手段,深入融合虛擬儀器技術,全面創新數字信號處理課程教學方法應運而生[10-11]。虛擬儀器是將現有的計算機技術、軟件技術和高性能模塊化的硬件結合在一起而建立的功能強大又靈活易變的儀器,其強調硬件是基礎,軟件是核心,使用者可通過修改軟件,方便地修改和增加儀器的功能和規模,性價比高[12]。模塊化硬件體積小,便于攜帶,可“裝入”計算機,即能與計算機互聯互通。軟件開發平臺可選擇圖形化編程語言LabVIEW,它具有功能強大的數據分析函數,可以非常靈活地為教學中的理論知識設計各種虛擬儀器。同時,它也將使用者從復雜的文本編程語言中解脫出來,將重心專注于軟件的功能。這使得教師可在很短的時間內開發出虛擬儀器課堂應用,把書本上理論性較強的知識轉換成直觀性很強的動態圖形,加深對理論知識的理解。由于虛擬儀器使用的硬件大多是通用的,各種專業儀器的功能主要依靠軟件實現,將虛擬儀器引入至實驗教學中,必將大量減少設備經費的支出和節省實驗場地的空間,學生們也能感受和應用先進的科學技術和手段,積極主動地學習。因此,根據數字信號處理課程的特點,基于虛擬儀器技術開發虛擬輔助教學軟件和構建虛擬實驗教學平臺,全面創新數字信號處理課程教學方法和體系。這對活躍課堂氣氛,增強學生學習興趣,提升學生基本技能,提高教學質量,鞏固教學效果等將具有非常重要的意義。
三、創新課程教學形式,開發虛擬輔助教學軟件
虛擬輔助教學軟件是基于虛擬儀器技術開發的教學演示子系統。針對數字信號處理課程中許多難以理解的抽象概念與性質,對應每一章的內容相應制作多個精致的演示程序,用豐富而具有動感的彩色圖形把課程中疑難之處用生動形象的形式展現出來,使學生加深理解。下面以“窗函數”為例,具體闡述虛擬輔助教學軟件如何進行輔助教學。在數字信號處理課程中,為了減少頻譜能量泄漏,可采用不同的截取函數對信號進行截短,截斷函數稱為窗函數,簡稱為窗。在教學演示子系統中,基于虛擬儀器技術開發出窗函數比較動態演示程序,其前面板和程序框圖分別如圖1和圖2所示。針對同一個信號施加不同的窗函數,讓學生觀察頻域波形的變化,從而體會窗函數的性質和特性。這樣動態形象的演示讓學生能感性地認識到窗函數之間的不同,加深對窗函數的理解。
從以上應用實例可發現,通過利用虛擬輔助教學軟件,不僅能夠采用文字和靜態圖形直觀地展示教學內容,還能通過動態圖形生動形象地闡述教學內容,更易于學生理解所學內容。采用PPT課件和虛擬輔助教學軟件結合授課,教學形式新穎,教學內容生動,教學效果更好。
四、完善課程教學體系,構建虛擬實驗教學平臺
虛擬儀器使用的硬件大都是通用的,各種專業儀器的差異主要靠軟件實現。依托虛擬儀器技術、計算機技術、電子技術和通信技術等,融合多種模塊化硬件設備構建高校虛擬實驗教學平臺,具有無可替代的優勢和廣闊的發展前景。圖3為虛擬實驗教學平臺架構,由n臺計算機及相關硬件如采集卡、信號調理箱、電工實驗箱等組成,形成一個局域網,并與校園網連接,方便學生隨時隨地接入進行實驗。
虛擬實驗教學平臺充分利用虛擬儀器技術和計算機高速計算的優勢,給學生提供實用的信號仿真、分析處理、設計等工具,不僅可以快速便捷地得到所需的信號數據或計算結果,而且能把這些結果繪制成圖形,給學生以非常形象化的感性認識。數字化的實驗結果存儲,加上網絡傳輸能力,使實現遠程實驗教學成為可能,虛擬實驗教學平臺讓實驗隨時隨地進行。整個實驗也許只需要一套硬件設備,其他是由軟件來實現的,這樣可以大大節省實驗設備和場地的資金投入,即共享教學設施,節約現實教學資源。虛擬實驗教學平臺具有靈活、成本低、網絡化等特點,在高校的教學乃至科研中將發揮極大的作用。與傳統的實驗室相比,虛擬實驗教學平臺的優勢主要體現在:(1)傳統儀器的功能僅由廠家定義,虛擬儀器在很大程度上功能可由使用者自行定義和設計,便于開展研究性或設計型的實驗。(2)各種測量儀器不應當再是彼此相互孤立的,能夠與計算機相聯,組成一個以一臺計算機為中心的測量環境(系統)。(3)計算機進一步組成網絡,因而形成一個網絡化的儀器與測量環境(系統)。虛擬實驗教學平臺能夠為學生提供高性價比的實驗教學條件,讓教學環節從課本延伸到實驗,加深對理論教學的深入理解,鞏固教學成果,培養學生實踐動手和創新能力,提高學生技能水平,讓學生今后無論是直接就業還是繼續深造都更具競爭力。
【關鍵詞】 血壓變異性;心率變異性;譜分析
Preprocessing and spectral analysis of arterial blood pressure signals in conscious rats
【Abstract】 AIM: To apply preprocessing and spectral analysis of systolic blood pressure and heart rate signals in conscious rats to evaluate changes in cardiovascular regulatory function induced by simulated weightlessness. METHODS: The tailsuspended, hindlimbunloaded (HU) rat model was used to simulate the cardiovascular effect of microgravity. A pressure transducer connected to a PE50-PE10 catheter was inserted via the right femoral artery into the posterior abdominal aorta in conscious rats. We applied first derivative and template match algorithm to obtain systolic blood pressure variability (SBPV) data form original blood pressure data. PP time series extracted form the SBP time series were used to substitute the data of RR time series. SBPV data were analyzed by periodogram. RESULTS: An algorithm of first derivative and template match was suitable for effectively identifying SBP time series. The PP time series could replace RR time series. Power spectrum of SBPV, estimated by periodogram could be pided into 3 different frequency bands, very low frequency, low frequency, and high frequency. CONCLUSION: Periodogram is a useful method for blood pressure data processing, which is effective in detecting cardiovascular dysfunction in conscious rats after a 14d simulated microgravity, and may be helpful for cardiovascular signal analysis in conscious rats.
【Keywords】 blood pressure variability; heart rate variability; spectral analysis
【摘要】 目的: 研究模擬失重大鼠清醒狀態下收縮壓與心率變異性的信號預處理及譜分析方法. 方法: 以尾部懸吊大鼠模型模擬失重對心血管的影響,通過股動脈插管術在清醒狀態下進行血壓記錄. 數據分析使用血壓變異性檢測算法獲取收縮壓變異性數據,并從中提取PP間期序列用以替代RR間期數據;使用周期圖法對SBPV進行譜分析. 結果: 一階導數閾值與模板匹配檢測算法具有較高的檢測準確率;從SBPV數據中提取的PP間期能夠作為心電圖RR間期的替代數據;通過對SBPV信號進行周期圖譜估計可將血壓波動信號分解為高頻、低頻與極低頻三個不同頻率范圍的周期波動. 結論: 使用周期圖譜估計能夠較好揭示模擬失重大鼠血壓變化的特征,在利用大鼠進行重力心血管研究中有一定應用價值.
【關鍵詞】 血壓變異性;心率變異性;譜分析
【中圖號】 R743.3
0引言
在心血管疾病及微重力心血管生理研究中,大鼠是最重要的實驗動物之一. 利用大鼠模型,可以進行從細胞、組織、器官到整體多個層次的觀察[1-2],但對其心率變異性(heart rate variability, HRV)與血壓變異性(systolic blood pressure, SBP)的分析工作則開展較晚[3],且隨后的相關報道也較少[4-5]. 再者,模擬失重是否會引起大鼠HRV, BPV發生改變尚存在分歧[7],需要采用不同方法予以澄清. 因此,我們建立清醒大鼠血壓信號的預處理方法,初步觀察14 d模擬失重是否可引起SBPV功率譜改變.
1材料和方法
1.1實驗動物及實驗設計實驗動物為SpragueDawley雄性大鼠(220~280 g,第四軍醫大學實驗動物中心提供). 采用尾部懸吊后肢不荷重大鼠模型模擬失重對心血管功能的影響[8],另設同步對照進行比較. 第12日,以氯胺酮50 mg/kg和地西泮5 mg/kg靜脈給藥對兩組大鼠進行麻醉. 將PE50-PE10聚乙稀管從大鼠右側股動脈插入腹主動脈后段,導管另一端從大鼠背部肩胛骨間皮膚穿出. 隨后將大鼠放回飼養籠,進行48 h術后恢復.
1.2清醒大鼠動脈血壓信號獲取大鼠被單獨放置在記錄籠中,將其背部露出的導管開口經PE50導管與壓力傳感器(Statham model P23 ID, Gould Instruments, USA)連接,傳感器位于大鼠背部上方40 cm處. 壓力傳感器信號經由8導生理記錄儀(RM6000, Nihon Kohden, Japan)的AP621G載波放大器進行放大,使用數據采集卡(DAQmx PCI6220, NI, USA)進行信號模數轉換,采樣頻率為4 kHz,采樣精度為12位.
1.3動脈血壓信號的預處理信號處理主要由濾波、收縮壓特征點識別及心率、血壓變異性序列提取三個模塊構成,①濾波:使用小波[9]去除人工噪聲干擾并進行基線校正,小波基函數為harr,小波尺度為3;②特征點識別:應用一階導數閾值與模板匹配的兩級判定算法對血壓信號進行波峰識別,計算SBP幅值與時刻;③變異性時間序列提取:以SBP間期(PP間期)的平均值為序列間距,以逐跳SBP峰值為序列幅值,作等間距表示得到收縮壓變異性(systolic blood pressure variability, SBPV)信號序列. 本實驗未專門記錄心電信號,以PP間期代表對應時刻的RR間期(其倒數即為瞬時心率);以PP間期的均值作為序列間距,以PP間期大小作為幅值,由此得到HRV數據序列.
1.4血壓變異性信號的譜分析方法使用經典周期圖法對SBPV信號進行譜估計[1-2]. 首先,通過聚束(bunching) 算法(128點做算術均值)[6]對大鼠血壓數據進行平滑,降低采樣數據中噪聲干擾. 其次,進行去除線性趨勢項操作,消除極低頻成分對功率譜的貢獻. 最后,使用周期圖法對大鼠血壓數據進行功率譜密度估計. 大鼠血壓信號的功率譜可大致劃分為:極低頻段(very low frequency, VLF:0.0~0.3 Hz)、低頻段(low frequency, LF:0.3~0.6 Hz)及高頻段(high frequency, HF:1.4~1.7 Hz)3個頻帶[6].
上述所有算法均使用Matlab(R13)語言編寫,在DELL Dimension 5100計算機上進行計算.
2結果
2.1變異性信號提取從大鼠原始血壓記錄中提取變異信號的結果見圖1. 圖1A,為一只對照大鼠2 min的原始血壓記錄曲線;圖1B,對原始血壓數據進行收縮壓檢測得到的SBPV數據序列;圖1C,對PP間期序列(從SBPV數據序列中提取)取倒數后得到瞬時HR時間序列.
2.2SBPV常規譜分析大鼠SBPV信號2 min的功率譜分析結果見圖2. 與對照組相比,14 d模擬失重可使清醒大鼠的心率明顯加快(圖2B,E),血壓值無明顯改變(圖2A,D),但反映交感對外周血管阻力調節的LF功率卻是降低的(圖2C,F).
圖1從一只對照大鼠原始血壓記錄提取收縮壓與瞬時心率時間序列的結果(略)
圖2對照與14 d模擬失重大鼠SBPV常規譜比較(略)
3討論
研究表明:一階導數閾值與模板匹配的血壓特征值檢測算法能夠較好地從原始血壓數據中識別出逐次心跳的收縮壓峰值,檢測準確率高;從SBP數據中獲取的PP間期可作為心電RR間期信號的替代數據,用于HRV信號的分析;通過對SBPV信號進行常規譜估計可揭示模擬失重大鼠外周阻力與心率控制的改變. 但由于實驗對象及實驗設計的特殊性,在數據分析過程中,還應注意以下幾點:① 研究對象為自由活動清醒大鼠,易受外界環境干擾,實驗過程中應控制環境避免外界噪聲干擾;② 進行收縮壓峰值檢測時,由于收縮壓尖峰的形態常常被噪聲污染,導致識別過程中存在漏檢或誤檢現象. 故應選用相應的信號處理方法降低噪聲干擾,提高檢測準確性;③ 使用譜分析處理數據時,要求待分析信號為各態遍歷的平穩信號. 由于人體心血管功能的時變特性,本質上講SBPV數據為非平穩信號. 再者,信號中的噪聲干擾、波峰丟失均可使譜估計結果嚴重畸變. 為解決這一問題,處理中常常選擇相對平穩的1~4 min數據進行短時程譜估計.
鑒于生理過程的復雜性,要精確全面地描述其特征, 目前尚沒有那一種方法能夠勝任, 因此必須結合不同的分析工具. 目前已有實驗證實,心血管活動的調節有賴于不同控制機制的相互制衡,例如,行為改變、神經因素、壓力反射及心臟節律等因素都可對其產生影響. 這些調控機制的相互作用又導致了血壓與心率的復雜波動,使其蘊涵某些非線性特征. 因此,對比傳統的時域及頻域的分析方法,非線性的分析將為我們理解其機理提供更為全面的手段[1-2].
參考文獻
[1] 張立藩.心率與血壓的變異性:分析方法、生理意義及其應用[J].生理科學進展,1996,27(4): 295-300.
[2] 張立藩, 王守巖, 牛有國. 心率與血壓變異性的多變量、多維信號分析進展[J]. 航天醫學與醫學工程, 2002, 13(3): 157-162.
[3] Japundzic N, Grichois ML, Zitoun P, et al. Spectral analysis of blood pressure and heart rate in conscious rats: effects of autonomic blockers[J]. J Auton Nerv Syst, 1990, 30(2):91-100.
[4] Kuo TBJ, Shyr MH, Chan SHH. Simultaneous, continuous, online and realtime spectral analysis of multiple physiologic signals by a personal computerbased algorithm[J]. Biol Signals, 1993, 2(1): 45-56.
[5] Cerutti C, Barres C, Paultre C. Baroreflex modulation of blood pressure and heart rate variabilities in rats: assessment by spectral analysis[J]. Am J Physiol, 1994, 266(35): 1993-2000.
[6] Kuo TBJ, Chan SHH. Continuous, online, realtime spectral analysis of system arterial pressure signals[J]. Am J Physiol, 1993, 264(33): 2208-2213.
[7] Fortrat JO, Somody L, Gharib C. Autonomic control of cardiovascular dynamics during weightlessness[J]. Brain Res Rev, 1998, 28(12): 66-72.
[8] MoreyHolton ER, Globus RK. Hindlimb unloading rodent model: technical aspects[J]. J Appl Physiol, 2002, 92(4): 1367-1377.
關鍵詞:工程應用;課程群;信號處理;教學研究
作者簡介:劉慶華(1974-),女,四川南江人,桂林電子科技大學信息與通信學院,副教授;歐陽寧(1972-),男,湖南寧遠人,桂林電子科技大學信息與通信學院,教授。(廣西 桂林 541004)
基金項目:本文系廣西高等教育教學改革工程項目(2012JGZ11)、中國電子教育學會“十二·五”高等教育科學研究項目(ZDJ11209)的研究成果。
中圖分類號:G642.0?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)31-0048-02
卓越工程師教育培養計劃(簡稱為“卓越計劃”)是教育部基于國務院《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》和《國家中長期人才發展規劃綱要(2010-2020年)》內容在2010年6月啟動的,其目的是全面提高工程教育人才培養質量。[1-3]
信號與信息處理是信息與通信工程領域一個發展和更新最快的學科之一。特別伴隨著微電子技術的突飛猛進,數字信號處理器(DSP)的更新步伐也越來越快,使得信號與信息處理理論與技術為通信、計算機應用提供了基礎理論、基本方法、實用算法和實現方案,其應用擴展到軍事、工業、通信等諸多領域,成為現代化技術的重要組成部分。信號處理課程群是相關專業卓越工程師必須掌握的核心技術。
目前,在“卓越計劃”方面,各高校根據自己的條件和環境進行了一些試點,但處于探索和嘗試階段,還沒有成熟、通用的成功經驗能夠借鑒。桂林電子科技大學(以下簡稱“我校”)信息與通信學院各專業的教學目標是培養通信與信息處理類高素質工程應用人才。通過承擔廣西區新世紀教學改革工程項目,已經基本建立了信號處理課程群的框架,初步理順了各課程之間的關系。但該群各方面大多還是以理論教學為主,實踐環節深度不夠,學生并未能真正接觸到信號處理的工程應用,對于信號處理與應用主要知識的切身體會還不夠直接和深入,培養的學生不能夠適應實際企業生產的需求,更不能體現“卓越計劃”的培養目標。因此需要對實踐教學和工程應用培養模式進行改革和建設,進行課程結構體系調整,突出工程應用。分別從課程群培養方案、理論教學和實踐教學方面進行探討和實踐,通過多方位、各個環節的努力,建立一個培養高素質的應用型人才的持續、可靠、高效的培養體系。
一、信號處理課程群體系結構
通過梳理課程在人才培養方案中的地位和作用,分析課程的性質、相互關系以及課程間內容的銜接,構建“2+2”信號處理課程群結構,見圖1。其中,第一個“2”是指專業基礎必修課“信號與系統”和“數字信號處理”;第二個“2”是指專業限選課“DSP原理及應用”和專業必修實驗課“信號分析處理實驗”。
信號與系統分析課程為56學時,主要內容為連續時間系統的時域分析、周期信號的傅里葉級數、連續時間信號的傅里葉變換、拉普拉斯變換、系統的頻域和復頻率分析、離散時間系統的時域分析、z域分析等。
數字信號處理課程為48學時,主要內容為離散時間信號的傅里葉變換、離散傅里葉變換、FIR和IIR濾波器的設計等,采用的是外文教材。[4]
信號分析處理實驗為24學時,主要以MATLAB仿真為主,內容涉及信號分析與處理、系統分析與設計、信號處理應用三部分,[5]包括的主要實驗項目為基本信號的產生、序列的基本運算、抽樣定理、連續系統分析、離散系統分析、利用DFT分析信號頻譜、IIR數字濾波器設計、FIR數字濾波器設計、噪聲消除等。
DSP原理及應用課程為32學時,主要內容涉及硬件系統的體系結構和指令系統、開發工具和環境CCS軟件的使用。實驗包括DSP系統定時器及其應用、信號的采樣與回放、實時濾波、頻譜動態分析、語音信號的增強、圖像信號和視頻的處理等。
該課程群結構中,通過前后銜接、左右結合,建立縱向傳承、橫向互補的課程體系;突出理論基礎、工程應用、系統綜合的課程主線。基礎課程側重于研究信號與信息的獲取、基本分析方法等,為應用課程打下基礎。應用課程側重于信號與信息的處理實現技術及其在圖像、聲音、視頻等方面的應用。基于MATLAB的信號分析處理實驗則貫穿其他三門課程。
二、課程群培養方案的制訂
制訂培養方案,為學生提供信號處理應用的良好實踐環境,并拓展學生就業途徑。通過深入企業調研,了解市場需要:嵌入式軟硬件開發工程師、銷售工程師、技術支持和培訓師等,能基于DSP及相關平臺進行技術開發設計,實現圖像、語音及視頻信息處理、嵌入式軟硬件件維護、調試以及產品技術說明書的編寫;算法工程師、管理工程師等,能應用信號處理知識實現圖像、語音、視頻(機器視覺)信號與信息處理算法編寫等。
將企業需求反饋到課程群培養方案、教學大綱、教學計劃。該課程群精選了四門課程,構成了信號與信息處理技術的基石。在此基礎上,開設了圖像處理技術、數字視頻技術、GPS導航等課程。這些課程考察信號處理技術實際應用和相關產品的研發,是課程群的延伸。
三、課程與教學資源的建設
課程與教學資源的建設上要體現基本理論和實際物理意義相結合,融入與理論相關的實驗仿真和實際應用的例子。
1.課程內容的調整與重組
全面理順各課程的關系,將“信號與系統分析”、“數字信號處理”的課程內容進行調整,提供給學生一個清楚明了的知識結構。以傅里葉變換為主線,從連續信號的傅里葉變換開始到快速離散傅里葉變換,涉及四個變換。相應的硬件設備從模擬頻譜分析儀到計算機MATLAB仿真、DSP實時實現。