数字设计课程范例

摘要:

根据数字信号处理课程的特点，将MATLAB软件引入实验教学．通过设计实例对该课程的综合实验进行了探讨和研究，教学效果表明该实验内容有利于培养学生将多个理论知识点进行融合并综合运用的能力．

关键词:

数字信号处理;综合实验;FIR数字滤波器;IIR数字滤波器

0引言

数字信号处理是电子信息类专业的专业基础课，为语音信号处理、数字图像处理、DSP技术等专业方向课的学习和应用提供理论基础．该课程的特点是理论性和实践性都很强，主要体现在基本原理及概念抽象、数学公式多，大量解决工程实际问题的算法必须用软件实现．因此，该课程的实验环节非常重要．目前国内外非常普遍的做法是将MATLAB软件引入数字信号处理课程的实验教学，该软件除了具有强大的运算能力和数据可视化功能，还有信号处理工具箱，该工具箱是一个内容丰富的信号处理软件库，数字信号处理课程中的大部分算法都可以在该工具箱中找到对应的函数文件，是学习、应用数字信号处理理论的一个非常好的工具，对帮助学生快速理解课程中抽象的基本概念起到了重要的作用．

1实验内容的三个层次

摘要:数字信号处理是电子信息、通信类专业核心课程，因其内容多、概念抽象、理论性强等特点，传统讲授式教学方法效果不理想，同时也无法突出该课程的应用性特色。本文探索将数字信号处理中理论知识与实验设计相结合的教学方法，将理论知识讲解贯彻到实验设计过程，以无限冲激响应数字低通滤波器设计为例，通过对滤波器设计原理讲解、程序设计介绍以及实验仿真分析进一步加深理解理论知识以及相关知识如何应用，取得了较好的教学效果。

关键词:数字信号处理;数字滤波器;级联结构;实验教学;教学方法

一、绪论

作为电子信息、通信工程等相关专业重要的核心课程，《数字信号处理》课程具有内容多、概念抽象、理论性强、公式繁多等特点，并与《高等数学》《电路原理》《信号与系统》《通信原理》等课程知识联系紧密［1-4］。在实际教与学过程中，一方面教师大多数注重知识的理论性、逻辑性进行讲解，突出数字信号的频域变换方法和数字滤波器系统的理论设计方法介绍;另一方面学生对理论知识、数学公式等兴趣不足，或者理解上有困难，造成学习参与度不高，课程教学效果不理想。同时《数字信号处理》课程知识具有很强的应用性，广泛应用于在实际生活、工程实践中，如关于信号的频谱分析与显示、数字信号的传输、运用数字滤波器系统进行信号处理等。但在《数字信号处理》实验实践教学方面多采用仪器箱或者Matlab已有函数进行仿真，往往只能展示结果或现象，无法体现出《数字信号处理》课程中各种理论知识是如何具体应用的，学生无法将所学的数学理论知识和实验实践建立有效的联系，进一步降低了《数字信号处理》课程教学质量［5-9］。为了改善《数字信号处理》教学效果，提高教学质量，特别是提高学生学以致用的能力，本文将以无限冲激响应低通滤波器知识点的理论知识讲解和仿真实验程序设计为例，探索理论与实践相结合的《数字信号处理》教学方式。

二、数字滤波器实现过程与原理

无限冲激响应数字滤波器设计是“数字信号处理”课程的主要内容之一;由于其涉及到模拟滤波器、数字信号频域变换、周期信号的傅里叶变换、频率响应特性、抽样定理及频率混叠等理论知识，造成该知识点在教与学两方面都是难点。本文通过分析基于双线性变换法的无限冲激响应低通数字滤波器的实现原理及过程，构建其程序设计流程，并通过学生自行完成程序撰写和仿真分析，让学生掌握理论知识同时更深刻的体会数字信号处理相关理论知识的应用性特色。图1显示了无限冲激响应数字滤波器的完整设计过程，其核心是通过冲激响应不变法或者双线性变换法将模拟滤波器系统函数转化为数字滤波器系统函数，具体过程如下:根据所需要的数字滤波器技术指标要求，通过线性或非线性转换为对应模拟滤波器技术指标;在确定了模拟滤波器类型(如巴特沃斯滤波器)后，通过查表或者数学推导获得对应的模拟滤波器系统函数H(s);进一步通过冲激响应不变法或双线性变换法实现相应的数字滤波器系统函数H(z);最后可以通过软件或者硬件方法实现数字滤波器系统。图2显示了级联型结构下由模拟滤波器系统函数通过冲激响应不变法或者双线性变换法构造对应的数字滤波器系统函数过程。本文以巴特沃斯低通滤波器设计为例，设获得的模拟滤波器阶数N为偶数，可得各级子系统的系统函数表示为［10］:式中Ωc为模拟滤波器的通带截止频率，进一步通过双线性变换法，可得对应的数字滤波器各子系统系统函数为:根据式(2)，可获得数字滤波器各子系统的差分方程为:显然通过该差分方程，结合迭代法可由Hk(z)子系统的输入xk(n)求取出其输出yk(n)，进一步通过子系统级联能获得输入为x(n)时的输出y(n)，即实现对x(n)信号的滤波处理。

三、数字滤波器程序设计与仿真实验

摘要：微课程作为一种新兴的教学模式，已经成为改革传统教学模式的有效途径之一。以“数字电子技术”翻转课堂为例，以提升课堂教学效果为目标，从知识点的构建，教学内容的设计以及学习支持三个方面详细讨论了“数字电子技术”微课程的设计思路；分析总结了微课程设计过程中存在的不足与经验，提出“一个前提，两个中心，三个原则”的设计要素，为需要制作优秀微课程的一线教师提供参考。

关键词：微课程；翻转课堂；数字电子技术；教学模式

0引言

引导新一代大学生利用碎片化时间开展移动学习越来越受到各个高校的广泛关注。“短小精悍”的微课程在此背景下应运而生，它以小视频作为载体，围绕知识点精心设计教学内容，让那些晦涩难懂的书本理论知识变得生动而有趣。微课程符合当代大学生碎片化学习的需求，让学习不再受时间、空间的限制，学习更加自由，而且，微课程可以利用网络拓展资源，帮助学生课前预习和课后内化知识，激发学习兴趣。“微课程”这个概念，最早是在2008年由美国戴维•彭罗斯（DavidPenrose）提出的，又被称为“知识脉冲”（KnowledgeBurst），它起初的作用是为不能来上课的学生进行补课提供支持[1]。后来，可汗学院成立，世界各地的学生可以在互联网上通过微视频及相关学习资源，在家独立、完整地开展个性化学习，对学校所学知识进行了复习、探索和拓展，取得很好的学习效果，这极大的推动了微课程的发展[2-3]。2010年，微课程也被引入我国，并呈现出多元化的发展趋势。例如，李玉平老师采用PPT设计教学课件，计算机录频的形式制作微视频，针对课堂中出现的“小现象、小问题，小策略”开展教学活动[4]；胡铁生老师采用课堂实录，后期剪辑的形式制作微视频，改变了传统的教育资源模式[5]；查丽斌老师通过制作“模拟电子技术”等课程的微课程，详细讲解了微课程开发的基本步骤以及在制作过程需要注意的关键点[6]。可见，这种以微视频为核心的新型教学模式引起了教育研究者以及一线教师的广泛关注。“数字电子技术”是自动化、计算机及通信工程等专业的核心课程，涵盖了各种逻辑门电路、集成电路的分析与设计，是一门理论抽象、知识体系复杂、动手实践性强的专业基础课。该课程一方面，由于学时有限，教师不能从容的教授所有知识点，有部分拓展内容只能留给学生课后自学，另一方面，对于初学者，课堂某些知识难点无法全面理解和掌握，只能课后自学，慢慢梳理。传统教学方式并没有为学生自学提供有效支撑，这无疑增加了学生自学的难度。鉴于此，本文以“数字电子技术”翻转课堂为例，分析讨论如何设计与之匹配的微课程，以期弥补传统教学方式的不足，探索一条教学改革的新路径。并结合设计经验，分析总结出设计一个优秀微课程需要具备的“一个前提，两个中心，三个原则”的基本要素，为后续需要制作微课程的一线教师提供参考。

1为翻转课堂服务的“数字电子技术”微课程设计模式

针对不同的学生特点，需要采用不同的模式设计微课程。例如，企业培训微课程多采用“案例分析-集体讨论-思想引导”的设计模式，而考试培训微课程多采用“题型精讲-方法传授-考点归纳”三位一体的设计模式。这里，我们针对“数字电子技术”翻转课堂的教学需求，以提升课堂教学效果为目标，从知识点的构建、教学内容的设计和学习支持三个方面详细讲解如何设计与之匹配的微课程，提出一个有效服务于翻转课堂的微课程设计模式。首先，考虑本文设计的“数字电子技术”微课程是为翻转课堂服务的，因此，我们仅针对课堂教学中的重点、难点和疑点，精心选择知识点。例如，在“绪论”这一章中，“集成电路的简介.MP4”起着课程引入的作用，帮助学生建立集成电路概念；在“逻辑代数基础”这一章中，我们仅仅设计了6个知识点，如图1所示，帮助学生对课堂教学中一些重点、难点进行归纳和总结；而在“集成逻辑门电路”这一章中，我们则设计了完整知识点，供学生课后自学所用。其次，考虑“数字电子技术”是一门理论与实践并重的专业基础课，针对课程特色，采用合适的教学策略可以更清楚的阐述教学内容。因此，我们采用“问题提出，理论分析和实验仿真”的方式进行教学设计。通过提出问题引入知识点，并对知识点进行理论讲解，最后通过仿真分析促进理论与实践的知识融合。以优先编码器为例，首先介绍生活中常见的编码器实例，由此引导学生思考“什么是编码器，以及编码器分类”；然后引入优先编码器概念，并介绍优先编码器的工作原理及CC74HC148芯片的引脚功能；最后通过Multisim实验仿真，使学生直观感受优先编码器的工作过程，帮助学生进一步加深对优先编码器的理解。习资源。众所周知，虽然微视频是微课程的核心资源，但与之匹配的教学素材、练习测试以及教师答疑、互动等也是微课程不可缺少的支撑资源，学生只有在相应的作业、测验和讨论支持下，才能取得与传统长时间授课相同的学习效果。为了配套“数字电子技术”翻转课堂教学，我们针对每个知识点设计了随堂测试和讨论题，既考察了学生对基础知识的掌握程度，也锻炼了学生深入思考的能力。同时，在各个章节末，又设计了作业、单元测验和章节复习三个模块，以便学生进行巩固练习，并且配有专业教师对学生问题进行及时解答和反馈，帮助学生融会贯通各个知识点。最后采用学生互评结合教师评阅的方式，对学生学习效果进行综合评价。以“组合逻辑电路”这一章为例。

2优秀微课程设计要素通

摘要：在信息技术飞速发展的大环境下，传统教学方式已然面临着新浪潮的冲击。市场营销专业原本是实践性很强的专业，如何在利用现代数字技术的基础上增加营销课程的实践性则是目前需要解决的问题。

关键词：信息技术；课堂设计；社会热点；实践课堂

一、前言

现代信息科技发展迅速，大量的数据资料和微课设计逐渐转入教学领域。放眼世界，一些国家已经将信息技术纳入了教学实践，希望借此培养学生的创新意识，同时提高教师的教学能力。本篇文章基于市场营销专业，分析了当前国内大学教学的普遍难点，探寻在数字应用新形势下，如何提高教学质量并在实践培训中迎接新挑战。

二、教学过程中所面临的问题

（一）师资力量不足

通过对影响市场营销专业教学质量因素的分析和整理发现，市场营销教师自身专业技能的缺乏是影响高职教育质量的主要原因之一。现代化数字技术的飞速发展恰巧与教师实践经验的不足形成鲜明反差。营销专业教育对教师的需求越来越高，而目前很多传统型教师还不能很好适应移动互联网教育的发展。现在的大学教育对象通常为90后、95后和00后，他们从出生便进入了数字时代，被称为“数字原住民”，但是大部分的老师却都是“前数字时代居民”，他们是从模拟时代过来的，于是教师与学生本身就存在着数字代沟。因此，在数字化时代，如何利用现有资源推进教师信息化培训及技能提升，从而使其能有效地将网络理念与课堂内容充分结合，缩短与学生之间的数字间隙，提高课堂的实用性，达到培养应用型人才的目的是亟需解决的问题。

摘要：

本文针对数字信号处理课程设计实践课程，提出了通过团队学习模式培养应用型人才的方法，采用团队学习模式的课程设计理念，培养学生的创新和实践能力，激发学生学习的自觉性、主动性与参与性，实现了数字信号处理课程设计理论与实践紧密结合、提高人才培养质量的目的。

关键词：

数字信号处理；团队学习；课程改革；课程设计

数字信号处理课程是电子信息类相关专业重要的核心课程之一，是一门理论性与实践性都较强的专业主干课，在学科课程体系中占有非常重要的地位。数字信号处理课程设计这一实践课程是为了更好地配合数字信号处理课程教学而设立的，是确保学生加深理解和掌握课程理论和方法的重要实践教学环节，是专业课和专业基础课理论教学环节的延续、深入和发展，是培养学生综合运用所学知识解决信号处理实际问题能力的有效手段，对学生加深理解和灵活运用所学的理论知识具有不可替代的作用，对于培养学生的素养、创新意识以及创新能力都具有重要的作用[1，2]。通过数字信号处理课程设计的学习与训练，有助于提高学生对相关理论、技术内容的理解与掌握。如何在数字信号处理课程设计中进行创新性探索、培养学生创新和实践能力、激发学生学习的主动性和应用知识的能力是课程改革的目的[3，4]。以学生创新能力培养为目的，对课程设计教学模式进行研究，通过构建基于团队学习的培养模式，提高学生的协同学习能力和创新学习能力[5-9]，对数字信号处理课程设计的教学研究具有重要意义。

一、课程改革目标

课程改革的目标是形成与课程内容紧密结合的团队学习教学模式方案，改变学生的学习态度，激发学生学习的主动性，培养激发学生的创新思维与能力，提高学生分析及解决问题的能力和综合素质及团队合作意识与能力，加深学生的理论基础，锻炼学生的实践能力和适应社会发展的综合应用能力[10-12]。

［摘要］数字化设计课程在高校机设专业培养计划中占有重要地位，其课程体系设置与持续改进对于工程教育专业认证至关重要。课题组分析了数字化设计课程体系对专业培养目标、毕业要求的支撑关系，课程体系的设计及实施过程，实施过程中其评价、反馈以及持续改进机制。针对培养目标和毕业要求的达成情况评价与反馈，课题组对数字化设计课程体系做出持续改进：增设实践类课程，发展学生多学科背景下解决复杂工程问题的能力；持续改进师资队伍，提升教师素质；优化教学内容，改进学生学习效果，提升课程内涵；平衡理论与实践课程比例，多渠道并用优化教学评价。经过持续改进，数字化设计课程体系对“使用现代工具”“个人和团队”以及“终身学习”等多个毕业要求指标点形成强支撑，有力促进了培养目标的达成。

［关键词］工程教育专业认证；数字化设计课程体系；课程设置；持续改进

工程教育专业认证的三大理念为“以学生为中心（StudentsCentred，SC）”“成果导向（Outcomes-basedEd⁃ucation，OBE）”以及“持续改进（ContinuousQualityIm⁃provement，CQI）”[1]，强调以学生的学习效果作为教学组织的出发点，所有教学设计和教学实施要以学生最终能够取得的学习效果为目标来组织，通过建立一套机制，形成一个“评价—反馈—改进”的闭环[2]，能够对教学活动进行全方位、全过程评价，并将评价结果应用于教学改进，推动人才培养质量的持续提升。当今机械工业正处在一个高速发展的阶段，从早期的机械化，到后来的自动化，再到现在的智能化，其对于高校机设等相关专业毕业生的培养目标和毕业要求的要求也在时刻变化着。课程体系支撑毕业要求，相应的高校各专业的课程体系也要根据这种变化而进行动态调整。这就需要建立一套健全的持续改进机制，用于保证整个教学过程的评价、反馈以及改进活动，从而使教学活动和课程体系能够适应社会的发展。

一、数字化设计课程体系对机设专业培养目标和毕业要求的支撑

数字化设计课程体系是机械设计制造及其自动化专业（以下简称机设专业）中重要的课程体系之一，包括数字化设计方法、数字化分析方法等理论课程，以及产品建模设计、综合产品创新设计等实践课程，承担着学生现代产品设计能力培养的重要任务，在整个教学体系中占有重要地位。在机设专业培养目标中，重点是培养学生具有运用现代工具进行产品设计制造、研究开发的能力；培养学生面对复杂工程问题时具有团队合作精神、有效沟通交流能力、自主学习能力和终身学习意识。工程教育专业认证协会在其通用标准中列出了12项基本的毕业要求，其中“使用现代工具”“个人和团队”“终身学习”等3项要求完成了对以上培养目标的有效支撑。在我校的数字化设计课程体系中，数字化设计方法、数字化分析方法等理论课程，以“学生掌握CAD与CAE方法”作为课程目标，形成了对“使用现代工具”等毕业要求的支撑关系；产品建模设计、综合产品创新设计等实践课程，以“单一产品的建模”“简单运动仿真”“致力于解决复杂工程问题的综合性机械系统的建模、仿真、分析与优化”等课程目标，通过对建模理论的深刻理解、建模软件的熟练使用、解决复杂工程问题时的分工与协作、设计软件的自学等环节，形成了对“使用现代工具”“个人和团队”“终身学习”等3项毕业要求的支撑关系。

二、机设专业数字化设计课程体系的构建及实施

课程体系是反向设计的，高校各专业的课程体系设置[3]是一个从社会需求到培养目标、到毕业要求、再到课程体系、最后建立课程目标的过程[4]。国家、行业、职场以及学生发展的需求决定了专业的培养目标；毕业要求支撑培养目标的达成，通过毕业要求对人才培养目标的对应矩阵关系，建立对应的毕业要求并分解为各指标点；课程体系支撑毕业要求的达成，通过建立课程体系对毕业要求指标点的对应关系矩阵，建立课程对毕业要求的支撑关系；最后确定各课程目标点，明确学生要具备的素质和能力，最终确认课程的授课内容及授课计划。我校机设专业数字化设计课程体系是在当前我国大力发展智能制造、实现从制造到创造的大背景下进行构建的。“选择、使用以及开发现代工程工具和信息技术工具，解决机械工程领域的复杂工程问题[5-7]，具有团队意识以及有效沟通交流能力，能够自主学习并具有终身学习意识”是数字化设计课程体系的培养目标，由此建立对应毕业要求的矩阵关系，最后分解并确定课程目标点。其主要指标点包括：了解并能够正确选择解决复杂工程问题的现代工程工具、现代信息技术工具；能够针对机械产品设计中的复杂工程问题，开发或选用合适的工具对其进行预测和模拟，并能够分析其局限性；具有良好的团队合作意识，具有担任多学科背景下团队各类角色的能力；具有自主学习能力和终身学习意识。课程体系的实施是通过正向施工完成的，学生根据课程目标达成相应的毕业要求指标点，进而通过完成课程体系学习达成毕业要求，再通过五年左右的工作和社会实践，达成培养目标，完成专业培养过程。我校在课程体系的实施过程中，学生通过数字化设计、有限单元法以及ANSYS分析、产品建模设计、综合产品创新设计等课程的学习，掌握主要的课程目标点，达成毕业要求矩阵中对应的毕业要求指标点，达到相应的毕业要求后准予毕业；学生经过五年左右的工程实践，成为可以熟练运用现代工具从事机械产品设计制造与研究开发、具有良好团队合作意识、能够承担多学科背景团队各类角色、具有自主学习和终身学习意识的高素质应用创新型人才。

摘要：针对现有机械设计课程中出现的学生主动性不强，设计内容如出一辙，手工绘图实用性不强，设计过程繁杂等问题，提出了以企业应用为主的教学改革。文章从教学方法、设计手段、教学效率等方面进行了改革探讨。经过六个班级的教学实践，学生的主动性得到了更好的发挥，数字化设计水平得到了提高，达到了教学改革目的。

关键词：机械设计；数字化设计；教学改革

机械设计课程是机电工程学院一门综合性比较强的专业技术课程，它是培养学生分析问题，解决问题的设计能力，学会运用所学的机械制图，工程力学，测量与公差等课程的专业知识来进行解决问题。设计的内容主要包括：机构方案的拟定，传动零件的参数选择，大小齿轮和大小轴的计算设计，绘制一根轴和一个齿轮的零件图和装配图，最后完成设计说明书的编写。通过这一课程的实施，使学生学会了解，掌握机械设计的基本步骤和设计思路，为后续专业课程的学习以及将来的工作奠定了理论基础。

一、机械设计课程设计现状及存在的问题

一直以来，本校机械设计课程设计还是传统的沿用集中讲解模式。教师结合书本上内容，对学生进行零部件运动学和动力学的讲解，帮助学生解决设计计算过程中遇到的公式问题，同时还辅导学生如何查询表格，以及对表格的换算问题。根据计算结果验证零部件可靠性并完成二维零件的手工绘图，最后将所进行的所有内容写入说明书。这一教学过程存在的问题主要表现在以下几个方面。

（一）学生学习的主动性不强，设计内容如出一辙

学生在设计时缺乏实践背景，对减速器机构的结构、制造、工艺、装配以及应用缺乏认识，只能按照教材案例按部就班的进行公式选取，从手册中选取关键参数值，然后进行计算和绘图，很难将设计过程与实际应用联系起来。设计的公差和加工精度完全按照书本进行，缺乏实际的工程背景经验。学校也无这方面的测绘和实践教学活动，导致学生对减速箱的了解不是很深。另一方面，现在网络这么发达，学生很容易从网络中获得这方面的资料，甚至有些同学直接从网络上下载下来只做简单修改，就变成自己的课程设计内容。

【摘要】数字媒体技术课程主要的内容是学习场景的设计、多媒体的后期处理、人机交换、游戏的程序设计、角色形象设计等。因此，本文主要就数字媒体技术课程的性质以及学生学习的特点、进行数字媒体技术课程信息化教学设计方法问题进行重点论述。

【关键词】数字媒体技术课程性质及学生特点信息化教学设计方法

引言：

时代的发展和社会的进步使得众多新型教学方式在教学中进行了应用，保障了教学工作的质量和水平。其中，对于数字媒体技术课程来讲，主要采用的是信息化教学方式。因此，我们需要对于数字媒体技术课程的性质以及学生学习的特点、进行数字媒体技术课程信息化教学设计方法进行全面性的研究和分析工作，使得新型的数字媒体技术课程教学方式被重新进行设计，提高教学的质量和水平，培养出众多新型高素质、高效率的数字媒体技术人才，更好的促进我国经济的发展和社会的进步。

一、数字媒体技术课程的性质以及学生学习的特点

时代的发展使得各个学科之间的融合性在增强。对于数字媒体技术课程来讲，它在新的形势下已经具有了新的含义。其中，一个重要的方面就是有效应用信息化技术方式、艺术类课程知识来进行融合性的教学，最终培养出高素质、高能力的实践类型应用人才。原因在于，数字媒体技术课程与艺术类课程需要进行有效融合，使得数字媒体技术课程内容获得丰富。但是，许多学校以及众多的教师没有开展好这种融合性的教学，没有充分调动起学生学习的兴趣，使得他们具有良好的学习自主性，培养自己的才干和素养，使得他们成为具有综合素养的新型复合数字媒体人才[1]。

二、进行数字媒体技术课程信息化教学设计方法