數字設計課程范例

摘要:數字信號處理是電子信息、通信類專業核心課程，因其內容多、概念抽象、理論性強等特點，傳統講授式教學方法效果不理想，同時也無法突出該課程的應用性特色。本文探索將數字信號處理中理論知識與實驗設計相結合的教學方法，將理論知識講解貫徹到實驗設計過程，以無限沖激響應數字低通濾波器設計為例，通過對濾波器設計原理講解、程序設計介紹以及實驗仿真分析進一步加深理解理論知識以及相關知識如何應用，取得了較好的教學效果。

關鍵詞:數字信號處理;數字濾波器;級聯結構;實驗教學;教學方法

一、緒論

作為電子信息、通信工程等相關專業重要的核心課程，《數字信號處理》課程具有內容多、概念抽象、理論性強、公式繁多等特點，并與《高等數學》《電路原理》《信號與系統》《通信原理》等課程知識聯系緊密［1-4］。在實際教與學過程中，一方面教師大多數注重知識的理論性、邏輯性進行講解，突出數字信號的頻域變換方法和數字濾波器系統的理論設計方法介紹;另一方面學生對理論知識、數學公式等興趣不足，或者理解上有困難，造成學習參與度不高，課程教學效果不理想。同時《數字信號處理》課程知識具有很強的應用性，廣泛應用于在實際生活、工程實踐中，如關于信號的頻譜分析與顯示、數字信號的傳輸、運用數字濾波器系統進行信號處理等。但在《數字信號處理》實驗實踐教學方面多采用儀器箱或者Matlab已有函數進行仿真，往往只能展示結果或現象，無法體現出《數字信號處理》課程中各種理論知識是如何具體應用的，學生無法將所學的數學理論知識和實驗實踐建立有效的聯系，進一步降低了《數字信號處理》課程教學質量［5-9］。為了改善《數字信號處理》教學效果，提高教學質量，特別是提高學生學以致用的能力，本文將以無限沖激響應低通濾波器知識點的理論知識講解和仿真實驗程序設計為例，探索理論與實踐相結合的《數字信號處理》教學方式。

二、數字濾波器實現過程與原理

無限沖激響應數字濾波器設計是“數字信號處理”課程的主要內容之一;由于其涉及到模擬濾波器、數字信號頻域變換、周期信號的傅里葉變換、頻率響應特性、抽樣定理及頻率混疊等理論知識，造成該知識點在教與學兩方面都是難點。本文通過分析基于雙線性變換法的無限沖激響應低通數字濾波器的實現原理及過程，構建其程序設計流程，并通過學生自行完成程序撰寫和仿真分析，讓學生掌握理論知識同時更深刻的體會數字信號處理相關理論知識的應用性特色。圖1顯示了無限沖激響應數字濾波器的完整設計過程，其核心是通過沖激響應不變法或者雙線性變換法將模擬濾波器系統函數轉化為數字濾波器系統函數，具體過程如下:根據所需要的數字濾波器技術指標要求，通過線性或非線性轉換為對應模擬濾波器技術指標;在確定了模擬濾波器類型(如巴特沃斯濾波器)后，通過查表或者數學推導獲得對應的模擬濾波器系統函數H(s);進一步通過沖激響應不變法或雙線性變換法實現相應的數字濾波器系統函數H(z);最后可以通過軟件或者硬件方法實現數字濾波器系統。圖2顯示了級聯型結構下由模擬濾波器系統函數通過沖激響應不變法或者雙線性變換法構造對應的數字濾波器系統函數過程。本文以巴特沃斯低通濾波器設計為例，設獲得的模擬濾波器階數N為偶數，可得各級子系統的系統函數表示為［10］:式中Ωc為模擬濾波器的通帶截止頻率，進一步通過雙線性變換法，可得對應的數字濾波器各子系統系統函數為:根據式(2)，可獲得數字濾波器各子系統的差分方程為:顯然通過該差分方程，結合迭代法可由Hk(z)子系統的輸入xk(n)求取出其輸出yk(n)，進一步通過子系統級聯能獲得輸入為x(n)時的輸出y(n)，即實現對x(n)信號的濾波處理。

三、數字濾波器程序設計與仿真實驗

摘要:

根據數字信號處理課程的特點，將MATLAB軟件引入實驗教學．通過設計實例對該課程的綜合實驗進行了探討和研究，教學效果表明該實驗內容有利于培養學生將多個理論知識點進行融合并綜合運用的能力．

關鍵詞:

數字信號處理;綜合實驗;FIR數字濾波器;IIR數字濾波器

0引言

數字信號處理是電子信息類專業的專業基礎課，為語音信號處理、數字圖像處理、DSP技術等專業方向課的學習和應用提供理論基礎．該課程的特點是理論性和實踐性都很強，主要體現在基本原理及概念抽象、數學公式多，大量解決工程實際問題的算法必須用軟件實現．因此，該課程的實驗環節非常重要．目前國內外非常普遍的做法是將MATLAB軟件引入數字信號處理課程的實驗教學，該軟件除了具有強大的運算能力和數據可視化功能，還有信號處理工具箱，該工具箱是一個內容豐富的信號處理軟件庫，數字信號處理課程中的大部分算法都可以在該工具箱中找到對應的函數文件，是學習、應用數字信號處理理論的一個非常好的工具，對幫助學生快速理解課程中抽象的基本概念起到了重要的作用．

1實驗內容的三個層次

摘要：微課程作為一種新興的教學模式，已經成為改革傳統教學模式的有效途徑之一。以“數字電子技術”翻轉課堂為例，以提升課堂教學效果為目標，從知識點的構建，教學內容的設計以及學習支持三個方面詳細討論了“數字電子技術”微課程的設計思路；分析總結了微課程設計過程中存在的不足與經驗，提出“一個前提，兩個中心，三個原則”的設計要素，為需要制作優秀微課程的一線教師提供參考。

關鍵詞：微課程；翻轉課堂；數字電子技術；教學模式

0引言

引導新一代大學生利用碎片化時間開展移動學習越來越受到各個高校的廣泛關注。“短小精悍”的微課程在此背景下應運而生，它以小視頻作為載體，圍繞知識點精心設計教學內容，讓那些晦澀難懂的書本理論知識變得生動而有趣。微課程符合當代大學生碎片化學習的需求，讓學習不再受時間、空間的限制，學習更加自由，而且，微課程可以利用網絡拓展資源，幫助學生課前預習和課后內化知識，激發學習興趣。“微課程”這個概念，最早是在2008年由美國戴維•彭羅斯（DavidPenrose）提出的，又被稱為“知識脈沖”（KnowledgeBurst），它起初的作用是為不能來上課的學生進行補課提供支持[1]。后來，可汗學院成立，世界各地的學生可以在互聯網上通過微視頻及相關學習資源，在家獨立、完整地開展個性化學習，對學校所學知識進行了復習、探索和拓展，取得很好的學習效果，這極大的推動了微課程的發展[2-3]。2010年，微課程也被引入我國，并呈現出多元化的發展趨勢。例如，李玉平老師采用PPT設計教學課件，計算機錄頻的形式制作微視頻，針對課堂中出現的“小現象、小問題，小策略”開展教學活動[4]；胡鐵生老師采用課堂實錄，后期剪輯的形式制作微視頻，改變了傳統的教育資源模式[5]；查麗斌老師通過制作“模擬電子技術”等課程的微課程，詳細講解了微課程開發的基本步驟以及在制作過程需要注意的關鍵點[6]?？梢?，這種以微視頻為核心的新型教學模式引起了教育研究者以及一線教師的廣泛關注。“數字電子技術”是自動化、計算機及通信工程等專業的核心課程，涵蓋了各種邏輯門電路、集成電路的分析與設計，是一門理論抽象、知識體系復雜、動手實踐性強的專業基礎課。該課程一方面，由于學時有限，教師不能從容的教授所有知識點，有部分拓展內容只能留給學生課后自學，另一方面，對于初學者，課堂某些知識難點無法全面理解和掌握，只能課后自學，慢慢梳理。傳統教學方式并沒有為學生自學提供有效支撐，這無疑增加了學生自學的難度。鑒于此，本文以“數字電子技術”翻轉課堂為例，分析討論如何設計與之匹配的微課程，以期彌補傳統教學方式的不足，探索一條教學改革的新路徑。并結合設計經驗，分析總結出設計一個優秀微課程需要具備的“一個前提，兩個中心，三個原則”的基本要素，為后續需要制作微課程的一線教師提供參考。

1為翻轉課堂服務的“數字電子技術”微課程設計模式

針對不同的學生特點，需要采用不同的模式設計微課程。例如，企業培訓微課程多采用“案例分析-集體討論-思想引導”的設計模式，而考試培訓微課程多采用“題型精講-方法傳授-考點歸納”三位一體的設計模式。這里，我們針對“數字電子技術”翻轉課堂的教學需求，以提升課堂教學效果為目標，從知識點的構建、教學內容的設計和學習支持三個方面詳細講解如何設計與之匹配的微課程，提出一個有效服務于翻轉課堂的微課程設計模式。首先，考慮本文設計的“數字電子技術”微課程是為翻轉課堂服務的，因此，我們僅針對課堂教學中的重點、難點和疑點，精心選擇知識點。例如，在“緒論”這一章中，“集成電路的簡介.MP4”起著課程引入的作用，幫助學生建立集成電路概念；在“邏輯代數基礎”這一章中，我們僅僅設計了6個知識點，如圖1所示，幫助學生對課堂教學中一些重點、難點進行歸納和總結；而在“集成邏輯門電路”這一章中，我們則設計了完整知識點，供學生課后自學所用。其次，考慮“數字電子技術”是一門理論與實踐并重的專業基礎課，針對課程特色，采用合適的教學策略可以更清楚的闡述教學內容。因此，我們采用“問題提出，理論分析和實驗仿真”的方式進行教學設計。通過提出問題引入知識點，并對知識點進行理論講解，最后通過仿真分析促進理論與實踐的知識融合。以優先編碼器為例，首先介紹生活中常見的編碼器實例，由此引導學生思考“什么是編碼器，以及編碼器分類”；然后引入優先編碼器概念，并介紹優先編碼器的工作原理及CC74HC148芯片的引腳功能；最后通過Multisim實驗仿真，使學生直觀感受優先編碼器的工作過程，幫助學生進一步加深對優先編碼器的理解。習資源。眾所周知，雖然微視頻是微課程的核心資源，但與之匹配的教學素材、練習測試以及教師答疑、互動等也是微課程不可缺少的支撐資源，學生只有在相應的作業、測驗和討論支持下，才能取得與傳統長時間授課相同的學習效果。為了配套“數字電子技術”翻轉課堂教學，我們針對每個知識點設計了隨堂測試和討論題，既考察了學生對基礎知識的掌握程度，也鍛煉了學生深入思考的能力。同時，在各個章節末，又設計了作業、單元測驗和章節復習三個模塊，以便學生進行鞏固練習，并且配有專業教師對學生問題進行及時解答和反饋，幫助學生融會貫通各個知識點。最后采用學生互評結合教師評閱的方式，對學生學習效果進行綜合評價。以“組合邏輯電路”這一章為例。

2優秀微課程設計要素通

摘要：在信息技術飛速發展的大環境下，傳統教學方式已然面臨著新浪潮的沖擊。市場營銷專業原本是實踐性很強的專業，如何在利用現代數字技術的基礎上增加營銷課程的實踐性則是目前需要解決的問題。

關鍵詞：信息技術；課堂設計；社會熱點；實踐課堂

一、前言

現代信息科技發展迅速，大量的數據資料和微課設計逐漸轉入教學領域。放眼世界，一些國家已經將信息技術納入了教學實踐，希望借此培養學生的創新意識，同時提高教師的教學能力。本篇文章基于市場營銷專業，分析了當前國內大學教學的普遍難點，探尋在數字應用新形勢下，如何提高教學質量并在實踐培訓中迎接新挑戰。

二、教學過程中所面臨的問題

（一）師資力量不足

通過對影響市場營銷專業教學質量因素的分析和整理發現，市場營銷教師自身專業技能的缺乏是影響高職教育質量的主要原因之一?，F代化數字技術的飛速發展恰巧與教師實踐經驗的不足形成鮮明反差。營銷專業教育對教師的需求越來越高，而目前很多傳統型教師還不能很好適應移動互聯網教育的發展?，F在的大學教育對象通常為90后、95后和00后，他們從出生便進入了數字時代，被稱為“數字原住民”，但是大部分的老師卻都是“前數字時代居民”，他們是從模擬時代過來的，于是教師與學生本身就存在著數字代溝。因此，在數字化時代，如何利用現有資源推進教師信息化培訓及技能提升，從而使其能有效地將網絡理念與課堂內容充分結合，縮短與學生之間的數字間隙，提高課堂的實用性，達到培養應用型人才的目的是亟需解決的問題。

摘要：

本文針對數字信號處理課程設計實踐課程，提出了通過團隊學習模式培養應用型人才的方法，采用團隊學習模式的課程設計理念，培養學生的創新和實踐能力，激發學生學習的自覺性、主動性與參與性，實現了數字信號處理課程設計理論與實踐緊密結合、提高人才培養質量的目的。

關鍵詞：

數字信號處理；團隊學習；課程改革；課程設計

數字信號處理課程是電子信息類相關專業重要的核心課程之一，是一門理論性與實踐性都較強的專業主干課，在學科課程體系中占有非常重要的地位。數字信號處理課程設計這一實踐課程是為了更好地配合數字信號處理課程教學而設立的，是確保學生加深理解和掌握課程理論和方法的重要實踐教學環節，是專業課和專業基礎課理論教學環節的延續、深入和發展，是培養學生綜合運用所學知識解決信號處理實際問題能力的有效手段，對學生加深理解和靈活運用所學的理論知識具有不可替代的作用，對于培養學生的素養、創新意識以及創新能力都具有重要的作用[1，2]。通過數字信號處理課程設計的學習與訓練，有助于提高學生對相關理論、技術內容的理解與掌握。如何在數字信號處理課程設計中進行創新性探索、培養學生創新和實踐能力、激發學生學習的主動性和應用知識的能力是課程改革的目的[3，4]。以學生創新能力培養為目的，對課程設計教學模式進行研究，通過構建基于團隊學習的培養模式，提高學生的協同學習能力和創新學習能力[5-9]，對數字信號處理課程設計的教學研究具有重要意義。

一、課程改革目標

課程改革的目標是形成與課程內容緊密結合的團隊學習教學模式方案，改變學生的學習態度，激發學生學習的主動性，培養激發學生的創新思維與能力，提高學生分析及解決問題的能力和綜合素質及團隊合作意識與能力，加深學生的理論基礎，鍛煉學生的實踐能力和適應社會發展的綜合應用能力[10-12]。

［摘要］數字化設計課程在高校機設專業培養計劃中占有重要地位，其課程體系設置與持續改進對于工程教育專業認證至關重要。課題組分析了數字化設計課程體系對專業培養目標、畢業要求的支撐關系，課程體系的設計及實施過程，實施過程中其評價、反饋以及持續改進機制。針對培養目標和畢業要求的達成情況評價與反饋，課題組對數字化設計課程體系做出持續改進：增設實踐類課程，發展學生多學科背景下解決復雜工程問題的能力；持續改進師資隊伍，提升教師素質；優化教學內容，改進學生學習效果，提升課程內涵；平衡理論與實踐課程比例，多渠道并用優化教學評價。經過持續改進，數字化設計課程體系對“使用現代工具”“個人和團隊”以及“終身學習”等多個畢業要求指標點形成強支撐，有力促進了培養目標的達成。

［關鍵詞］工程教育專業認證；數字化設計課程體系；課程設置；持續改進

工程教育專業認證的三大理念為“以學生為中心（StudentsCentred，SC）”“成果導向（Outcomes-basedEd⁃ucation，OBE）”以及“持續改進（ContinuousQualityIm⁃provement，CQI）”[1]，強調以學生的學習效果作為教學組織的出發點，所有教學設計和教學實施要以學生最終能夠取得的學習效果為目標來組織，通過建立一套機制，形成一個“評價—反饋—改進”的閉環[2]，能夠對教學活動進行全方位、全過程評價，并將評價結果應用于教學改進，推動人才培養質量的持續提升。當今機械工業正處在一個高速發展的階段，從早期的機械化，到后來的自動化，再到現在的智能化，其對于高校機設等相關專業畢業生的培養目標和畢業要求的要求也在時刻變化著。課程體系支撐畢業要求，相應的高校各專業的課程體系也要根據這種變化而進行動態調整。這就需要建立一套健全的持續改進機制，用于保證整個教學過程的評價、反饋以及改進活動，從而使教學活動和課程體系能夠適應社會的發展。

一、數字化設計課程體系對機設專業培養目標和畢業要求的支撐

數字化設計課程體系是機械設計制造及其自動化專業（以下簡稱機設專業）中重要的課程體系之一，包括數字化設計方法、數字化分析方法等理論課程，以及產品建模設計、綜合產品創新設計等實踐課程，承擔著學生現代產品設計能力培養的重要任務，在整個教學體系中占有重要地位。在機設專業培養目標中，重點是培養學生具有運用現代工具進行產品設計制造、研究開發的能力；培養學生面對復雜工程問題時具有團隊合作精神、有效溝通交流能力、自主學習能力和終身學習意識。工程教育專業認證協會在其通用標準中列出了12項基本的畢業要求，其中“使用現代工具”“個人和團隊”“終身學習”等3項要求完成了對以上培養目標的有效支撐。在我校的數字化設計課程體系中，數字化設計方法、數字化分析方法等理論課程，以“學生掌握CAD與CAE方法”作為課程目標，形成了對“使用現代工具”等畢業要求的支撐關系；產品建模設計、綜合產品創新設計等實踐課程，以“單一產品的建模”“簡單運動仿真”“致力于解決復雜工程問題的綜合性機械系統的建模、仿真、分析與優化”等課程目標，通過對建模理論的深刻理解、建模軟件的熟練使用、解決復雜工程問題時的分工與協作、設計軟件的自學等環節，形成了對“使用現代工具”“個人和團隊”“終身學習”等3項畢業要求的支撐關系。

二、機設專業數字化設計課程體系的構建及實施

課程體系是反向設計的，高校各專業的課程體系設置[3]是一個從社會需求到培養目標、到畢業要求、再到課程體系、最后建立課程目標的過程[4]。國家、行業、職場以及學生發展的需求決定了專業的培養目標；畢業要求支撐培養目標的達成，通過畢業要求對人才培養目標的對應矩陣關系，建立對應的畢業要求并分解為各指標點；課程體系支撐畢業要求的達成，通過建立課程體系對畢業要求指標點的對應關系矩陣，建立課程對畢業要求的支撐關系；最后確定各課程目標點，明確學生要具備的素質和能力，最終確認課程的授課內容及授課計劃。我校機設專業數字化設計課程體系是在當前我國大力發展智能制造、實現從制造到創造的大背景下進行構建的。“選擇、使用以及開發現代工程工具和信息技術工具，解決機械工程領域的復雜工程問題[5-7]，具有團隊意識以及有效溝通交流能力，能夠自主學習并具有終身學習意識”是數字化設計課程體系的培養目標，由此建立對應畢業要求的矩陣關系，最后分解并確定課程目標點。其主要指標點包括：了解并能夠正確選擇解決復雜工程問題的現代工程工具、現代信息技術工具；能夠針對機械產品設計中的復雜工程問題，開發或選用合適的工具對其進行預測和模擬，并能夠分析其局限性；具有良好的團隊合作意識，具有擔任多學科背景下團隊各類角色的能力；具有自主學習能力和終身學習意識。課程體系的實施是通過正向施工完成的，學生根據課程目標達成相應的畢業要求指標點，進而通過完成課程體系學習達成畢業要求，再通過五年左右的工作和社會實踐，達成培養目標，完成專業培養過程。我校在課程體系的實施過程中，學生通過數字化設計、有限單元法以及ANSYS分析、產品建模設計、綜合產品創新設計等課程的學習，掌握主要的課程目標點，達成畢業要求矩陣中對應的畢業要求指標點，達到相應的畢業要求后準予畢業；學生經過五年左右的工程實踐，成為可以熟練運用現代工具從事機械產品設計制造與研究開發、具有良好團隊合作意識、能夠承擔多學科背景團隊各類角色、具有自主學習和終身學習意識的高素質應用創新型人才。

摘要：針對現有機械設計課程中出現的學生主動性不強，設計內容如出一轍，手工繪圖實用性不強，設計過程繁雜等問題，提出了以企業應用為主的教學改革。文章從教學方法、設計手段、教學效率等方面進行了改革探討。經過六個班級的教學實踐，學生的主動性得到了更好的發揮，數字化設計水平得到了提高，達到了教學改革目的。

關鍵詞：機械設計；數字化設計；教學改革

機械設計課程是機電工程學院一門綜合性比較強的專業技術課程，它是培養學生分析問題，解決問題的設計能力，學會運用所學的機械制圖，工程力學，測量與公差等課程的專業知識來進行解決問題。設計的內容主要包括：機構方案的擬定，傳動零件的參數選擇，大小齒輪和大小軸的計算設計，繪制一根軸和一個齒輪的零件圖和裝配圖，最后完成設計說明書的編寫。通過這一課程的實施，使學生學會了解，掌握機械設計的基本步驟和設計思路，為后續專業課程的學習以及將來的工作奠定了理論基礎。

一、機械設計課程設計現狀及存在的問題

一直以來，本校機械設計課程設計還是傳統的沿用集中講解模式。教師結合書本上內容，對學生進行零部件運動學和動力學的講解，幫助學生解決設計計算過程中遇到的公式問題，同時還輔導學生如何查詢表格，以及對表格的換算問題。根據計算結果驗證零部件可靠性并完成二維零件的手工繪圖，最后將所進行的所有內容寫入說明書。這一教學過程存在的問題主要表現在以下幾個方面。

（一）學生學習的主動性不強，設計內容如出一轍

學生在設計時缺乏實踐背景，對減速器機構的結構、制造、工藝、裝配以及應用缺乏認識，只能按照教材案例按部就班的進行公式選取，從手冊中選取關鍵參數值，然后進行計算和繪圖，很難將設計過程與實際應用聯系起來。設計的公差和加工精度完全按照書本進行，缺乏實際的工程背景經驗。學校也無這方面的測繪和實踐教學活動，導致學生對減速箱的了解不是很深。另一方面，現在網絡這么發達，學生很容易從網絡中獲得這方面的資料，甚至有些同學直接從網絡上下載下來只做簡單修改，就變成自己的課程設計內容。

摘要:本文結合“數字電子技術”雙語課程，探討了如何從深度、廣度和溫度三個維度上進行教學設計，以更好地體現課程基礎性、實用性以及與其它課程關聯性強等特點，使學生分析和解決問題的能力、知識間融會貫通的能力得以提高，并達到激發學習激情和創造力的目標。

關鍵詞:數字電子技術;三維;教學設計

0引言

“數字電子技術”是電類專業的一門非常重要的技術類基礎課程，也是為學生打開數字世界的第一門課程。理論性和實用性強、內容多且更新快是課程的重要特點［1］。由于數字技術領域的新知識、新技術、新軟件不斷涌現，且多以英文形式呈現，具備良好的專業英文閱讀和聽說能力，對提高學生的專業技能以及國際競爭力非常必要。因此，“數字電子技術”開展英文授課既是數字時代的迫切需求，也符合高等教育國際化的發展趨勢。目前眾多高校在英文授課時大多選用的是原版英文教材，相較于中文教材而言，英文教材更好地體現出了理論聯系實際、課程實踐性強等特點。但同時也存在難度和深度不足、難以與中文教學大綱要求完全匹配等問題［2］。另外，目前人才培養的關注點已從知識型轉向能力型，思維能力是評價能力型人才的重要依據。思維培養中需要引導學生學會發現問題、分析問題和解決問題，為此一些教育工作者已進行了深入思考并在諸如化學［3］、英語［4］等課程中積極地探索和嘗試。“數字電子技術”課程改革則主要以理論與實驗結合，體現需求、激發興趣為主［5］，而在如何設計和組織教學內容，使課程之間有一個更好的銜接，同時培養學生的綜合能力和解決問題的能力，并激發其學習積極性和創造力方面仍待深入探討。為此，我們提出并嘗試了從教學內容的深度、廣度以及溫度三個維度上進行教學設計的方法。

1教學設計

三維教學設計方法示意圖1如圖1所示，深度是指通過與實驗和實際應用的密切結合，探究知識點更深層的價值，以達到理論聯系實際的目的;廣度是通過與其它課程，如“微處理器與接口技術”、“電子系統綜合設計”等的聯系，拓寬知識面，以培養學生知識間融會貫通、綜合運用的能力;溫度則是通過引入課程思政的理念，并積極倡導科技創新活動，以達到激發學生學習熱情、培養創新意識的目標。

1．1深度