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卷積神經(jīng)網(wǎng)絡理論范文第1篇

關(guān)鍵詞： 數(shù)字信號處理課程 教學改革 優(yōu)化知識結(jié)構(gòu) 加強實驗教學 綜合化教學模式

數(shù)字信號處理所涉及的內(nèi)容非常繁多、廣泛。其所應用的數(shù)學工具涉及微積分、隨機過程、數(shù)值分析、復變函數(shù)和各種變換等；其理論基礎包括網(wǎng)絡理論、信號與系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡等；其應用領域包括通信、雷達、人工智能、模式識別、航空航天、圖像處理、語音處理等。在GSM手機中應用數(shù)字信號處理技術(shù)可將語音壓縮至13kps；在語音信箱、留言電話方面也均可以采用數(shù)字信號處理技術(shù)。

學生在學習數(shù)字信號處理課程時，常常會覺得枯燥乏味，不僅覺得概念抽象，而且對其中的分析方法與基本理論不能很好地理解與掌握。為了有利于學生系統(tǒng)地理解和掌握課程中的基本內(nèi)容，充分鍛煉實驗的應用能力，我對數(shù)字信號處理課程的教學進行了針對性的改革與探討。

1.優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)

數(shù)字信號處理課程中知識點比較多，數(shù)學推導十分復雜。我通過對本門課程進行深入研究，類比各知識點，發(fā)現(xiàn)有一條線路貫穿于課程之中，只要在課程教學中把握好這條線路，復雜的數(shù)學推導將會變得清晰，容易識記。我將該課程優(yōu)化成兩大模塊：變換域的知識結(jié)構(gòu)和數(shù)字濾波器的知識結(jié)構(gòu)。

1.1變換域的知識結(jié)構(gòu)

變換域的知識結(jié)構(gòu)是該課程的第一大模塊結(jié)構(gòu)。先引入時域離散信號與系統(tǒng)，通過時域采樣定理對模擬信號進行采樣得到離散時間信號（序列）內(nèi)容進行展開討論，對于幾種典型序列和時域離散系統(tǒng)性質(zhì)：線性、時不變、因果性和穩(wěn)定性進行重點介紹。其次講述DTFT、DFS、ZT（IZT）、DFT變換的定義、性質(zhì)和定理。其中每個變換都遵循嚴密的數(shù)學推理，都圍繞著變換的定義、性質(zhì)和定理展開內(nèi)容講解。在教學過程中除了詳細講解各個知識點之外，還要建立之間的聯(lián)系，歸納出變換之間的聯(lián)系如圖1所示。在建立聯(lián)系時不僅要從數(shù)學公式上進行變換證明，而且要用物理意義進行直觀的講解，使學生能夠完全掌握。例如DTFT是單位圓上的Z變換，DFT是DTFT的等間隔采樣，等等。

1.2數(shù)字濾波器的知識結(jié)構(gòu)

數(shù)字濾波器的知識結(jié)構(gòu)是該課程的第二大模塊結(jié)構(gòu)，其主要圍繞數(shù)字濾波器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及其設計方法展開討論。數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分為：IIR網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和FIR網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。通過狀態(tài)變量分析法對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行分析，確定狀態(tài)變量，求出狀態(tài)方程和輸出方程。應用脈沖響應不變法和雙線性變換法設計低通、帶通IIR數(shù)字濾波器，分析理解兩種具體方法的特點和區(qū)別，與分別設計的數(shù)字濾波器的頻域特性。窗函數(shù)法和頻率采樣法是設計FIR濾波器基本方法，通過實驗使學生熟悉線性相位FIR濾波器的幅頻特性和相頻特性，了解不同窗函數(shù)對濾波器性能的影響。數(shù)字濾波器的設計和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析如圖2所示。

2.加強實驗教學

數(shù)字信號處理課程中的理論和結(jié)論大都是經(jīng)過數(shù)學推導得來的，比較抽象，也較難理解。MATLAB語言對諸如離散線性卷積、循環(huán)卷積、抽樣定理、對Z變換進行等間隔采樣實現(xiàn)DFT、數(shù)字濾波器設計等一系列問題都可通過圖形建模使之可視化。實驗教學平臺可以選擇MATLAB軟件平臺和DSP硬件平臺，MATLAB軟件平臺主要用來演示數(shù)字信號處理的概念、性質(zhì)和原理。例如序列的傅立葉變換、Z變換、離散傅立葉變換的概念和性質(zhì)等；硬件平臺主要實現(xiàn)數(shù)字信號處理的算法，例如卷積、FFT算法、FIR濾波器和IIR濾波器設計方法等。

2.1基于MATLAB基礎理論實驗

數(shù)字信號處理課程具有理論性強和應用性強等特點，在教學中教師要加強理論教學。實驗教學的設計可以更好地讓學生理解理論教學內(nèi)容，具有啟發(fā)性，能培養(yǎng)學生的思考能力和科研能力。

針對理論知識點的內(nèi)容，可將實驗各部分的內(nèi)容劃為：系統(tǒng)響應及系統(tǒng)穩(wěn)定性；時域采樣與頻域采樣；用FFT對信號作頻譜分析；IIR數(shù)字濾波器設計及軟件實現(xiàn)；FIR數(shù)字濾波器設計與軟件實現(xiàn)。對于所涉及的實驗教學內(nèi)容，要突出強調(diào)對實驗結(jié)果的“物理意義”的理解，使知識點覆蓋基本完整且重點突出。

2.2綜合性課程設計

在基礎理論實驗的基礎上，為了充分調(diào)動學生主動學習的積極性，提高學生鉆研科學的興趣，綜合性課程設計是非常有必要的。其可以充分發(fā)揮學生的主觀能動性，更有利于培養(yǎng)他們獨立思考、善于創(chuàng)造、綜合運用知識的能力。

根據(jù)數(shù)字信號處理在雙音多頻撥號系統(tǒng)中的實際應用，我進行了綜合性、設計性實驗的探討。雙音多頻（Dual Tone Multi Frequency，DTMF）信號是音頻電話中的撥號信號。DTMF信號系統(tǒng)是一個典型的小型信號處理系統(tǒng)，它用數(shù)字方法產(chǎn)生模擬信號并進行傳輸，其中還用到了D/A變換器；在接收端用A/D變換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進行數(shù)字信號處理與識別。

3.綜合化教學模式

由于數(shù)字信號處理的DTFT、DFS、ZT（IZT）、DFT變換的定義、性質(zhì)和定理和數(shù)字濾波器設計的內(nèi)容涉及的公式繁多、概念抽象，在學習過程中，學生對其都具有犯難情緒，因而在授課中需要采用形象化教學方法、多樣化教學手段、創(chuàng)造自主化學習情境，提高學生的學習興趣，幫助學生理解公式的物理意義，便于對知識的識記和應用。

3.1形象化教學方法

數(shù)字信號處理課程中大量的抽象概念都是用繁瑣的公式來描述，其推導過程也相當復雜。在實際的教學中，教師需要采用課程板書的形式，讓學生跟上你的思路一步一步去解析公式，完全細化每一個變換的來源。而不是急于把最新的知識、最新的技術(shù)一股腦地塞給學生。教師在教學中，必須從公式所代表的具體意義去理解公式，注重物理意義的表達，也要相信學生在打好基礎后，能舉一反三，學一知十，例如：X（k）=X（e）|k=0，1，…，N-1，說明X（k）為x（n）的傅里葉變換X（e）在區(qū)間［0，2π］上的N點等間隔采樣。在講解相關(guān)抽象化的知識點時，教師可采用繪制波形圖或框圖的方法將抽象概念形象化，用直觀圖形進行解讀公式的意義。在教學中，教師可采取合理應用形象化的方法，培養(yǎng)學生看到公式可以聯(lián)想到公式的物理意義，突破公式難懂難記的問題。

3.2多樣化教學手段

在習題課和一些基本原理、基本方法的推導和證明中，教師要采用課堂板書形式，解答思路清晰，在板書的過程中，也要留給學生足夠的時間進行領會。

對于難以理解的抽象概念，需要用形象化的圖形來進行解析，采用多媒體教學手段，可以節(jié)約大量的板書時間，可以化抽象為形象，化枯燥為生動，增加課堂信息量，使學生把重點放到加深對抽象概念的理解上。同時，PPT要有一定的吸引力，比如適當?shù)卣迟N一些圖片性內(nèi)容，遠比文字要形象和生動，還可以粘貼一些調(diào)節(jié)氣氛的有意思圖片，但不可太花哨，速度要放慢，講一行放一行，切不可地所有的一次都放出來，否則容易誤導學生去費勁地閱讀PPT上的文字。多媒體教學手段與傳統(tǒng)的板書教學相融合，不但可以發(fā)揮多媒體手段信息量大、形象、直觀等優(yōu)勢，而且板書可以對多媒體的推導細節(jié)進行補充，放慢上課節(jié)奏，使教學邏輯更嚴密、交互性更強，其實際效果比單獨使用其中的一種都要好。

3.3自主化學習情境

在實際教學中，教師要站在學生的立場上，找到學習入門的最好切入點：結(jié)合課堂提問、作業(yè)布置、習題講解等手段，使學生達到基本的教學要求。適當?shù)靥釂枺梢詸z驗學生學得怎么樣，將學生的狀況及時的反饋給老師，老師再適當?shù)卦诮虒W中作調(diào)整，將取得很好的教學效果，同時也可加強與學生的雙向交流，活躍課堂氣氛。

由于該門課程比較抽象，公式又相對繁瑣，單靠課堂講解學生當時可能聽得明白，但是課后若不加以鞏固，掌握情況也不會太理想，因此每次課后要給學生布置適量的作業(yè)，通過批改作業(yè)來發(fā)現(xiàn)存在的問題并及時解決。

3.4完善化考試模式

本門課程的成績考核采取傳統(tǒng)模式，即由平時表現(xiàn)成績、期末筆試成績按比例綜合計算。這樣的考核方式簡單易于操作，這也是一些學生不重視實驗、不注重如何應用所學知識解決實際問題的原因之一，結(jié)果造成理論聯(lián)系實際和解決實際問題的能力差。

完善化考試模式，增加上機考試，要求MATLAB上機考試，這能極大地強化學生的自主學習能力及動手實踐能力。

4.結(jié)語

我針對數(shù)字信號處理課程的特點，應用知識的連貫性，建立了各個知識點之間的聯(lián)系，便于學生理解與聯(lián)想記憶。MATLAB的引入為數(shù)字信號處理教學提供了全新的方法，激發(fā)了學生的學習興趣，變被動學習為主動探索，加強了理論與實踐相結(jié)合，提高了綜合運用知識及解決實際問題的能力。采用了傳統(tǒng)板書和多媒體教學相結(jié)合的手段，提高了學生的學習興趣，做到了用中學、學中用，使學生大大增強了學習的興趣。

參考文獻：

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