MATLAB在“数字信号处理”双语教学中的应用

摘要：针对 MATLAB软件在国外高校和工程中的广泛应用，本文结合数字信号处理双语教学改革，将 MATLAB引入双语教学,介绍了其在数字信号处理双语教学中的具体应用，以提高学生的学习效率与学习积极性，培养学生的创新能力。

关键词：MATLAB；数字信号处理；双语教学

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)04-11155-03

1 引言

“数字信号处理”是电子信息工程专业的核心课程之一，随着科学技术的迅速发展，信号处理技术已成为我国实施以信息化带动工业化战略的桥梁。目前国内外许多高校都开设此课，也有可供选择的国外优秀教材，这为在数字信号处理课程中进行双语教学提供了理论教学的方便，但数字信号处理是一门理论性和实践性都很强的课程，其特点为概念抽象，数学计算量大，并且涉及大量的矩阵计算和公式推导，计算复杂,再加上采用的英文教材，势必使学生难以理解，使教学质量大打折扣。

MATLAB提供了一个人机交互的数学系统环境，特别是提供了数字信号处理工具箱，可以很方便地进行数字信号处理方面的有关运算和系统设计及仿真，这就可以解决学生理论与实践脱节的矛盾，同时将教学内容中难以理解的抽象概念、公式和例题中的结果用图形的方法直观地表示出来，便于形象地理解教学内容；在欧美等高等院校的理工科专业已经将MATLAB列为大学生、研究生、博士生必须掌握的基本技能，将其作为工科学生的必修课程，研究设计开发单位也将MATLAB 作为解决具体工程问题的软件标准，并且MATLAB 软件只有英文版本，因此为了培养与国际接轨的专业人才，在我国高校的工科专业课中，应用 MATLAB是双语教学改革采取的必然措施。

我校对“数字信号处理”课程进行英汉双语教学试验，选用文字浅显，难度适中，讲解较全面清晰且例题与习题要求MATLAB编程的英文影印版教材[1]，考虑到学生的接受能力，讲授语言中英文相结合，基本保持在英文30-40%、中文60-70%的份量，但板书(在此为多媒体教学系统上的电子板书)与作业为纯英文，笔者有幸承担了100多名电子信息专业三年级本科生的“数字信号处理”课程的双语多媒体教学工作，以下就MATLAB在“数字信号处理”双语教学中的应用进行探讨，并给出了应用实例。

2 MATLAB在双语理论教学中的应用

利用Matlab的ActiveX技术将Matlab作为后台服务器，客户是PowerPoint，由此制作的电子教案可以实时地执行Matlab命令，并可与Matlab的工作空间交换数据，让学生感受到现场进行复杂科学计算或改变参数后进行实时计算，并给出数字和图形结果的效果，生动地传递教师的思想，并能与学生实现互动，使学生从Matlab的强大功能演示中自觉产生学习英语的动力和兴趣，深刻体会到如果没有一定的专业词汇，将大大的妨碍纯英文软件的理解和应用，无法完成“数字信号处理”课程的学习。

以频域 “抽样定理”中的频谱样本数对重构Z变换影响的电子教案示例：

(1)将描述频域 “抽样定理”的电子教案做成PowerPoint幻灯片，如图1、2、3、4所示：

(2)嵌入能演示重构运算的幻灯片

建立此幻灯片的具体步骤如下：

a.新建一张空白幻灯片；

b.为幻灯片配置控件；

在PowerPoint的控件工具箱的浮动菜单上，选择文字框、按键和其他控件，在控件列表框中选择“Microsoft Forms 2.0 Image”，并拖动到空白幻灯片的适当位置，在空白幻灯片的左侧创建一个图形显示框，右侧建一个文本框，下侧是一个按键，设置控件属性如表1、2所示：

表1 控件属性设置值表

表2 “图形显示框”属性设置值表

c.填写所需实现的MATLAB服务；

双击“计算”按键，在“Microsoft Visual Basic”编程界面书写VBA指令如下：

d.幻灯片的放映及实时计算；

使幻灯片进入放映状态，在文本框中键入所需运行的MATLAB指令，输入多条指令时，必须通过[Ctrl +Enter]实现，指令如下：

用鼠标点击“计算”按键，在左侧的“Image1”中绘制图形如图5所示。

将位于图形窗上面和中间的两组输出效果图相比较，可以看出，当频域样本数等于信号的长度，则可以重构单位圆上的Z变换，而位于图形窗下面的一组图形说明样本数小于信号的长度，则不能重构单位圆上的Z变换；学生还可以通过修改参数N2的值，仿真样本数大于信号的长度时对重构单位圆上的Z变换的影响，达到教学互动的目的。

图5 频域采样定理演示

3 MATLAB在双语实验教学中的应用

如前所述MATLAB 是一款纯英文版本软件，利用MATLAB强大的工具箱函数编程，不仅语句简短，使学生可以有更多的时间利用所学基本原理和基本方法去学习新知识解决实际问题，而且在使用函数的过程中，通过帮助命令查找函数文件，阅读文件中出现的关于函数功能、调用格式等的英文说明，以及该应用领域中的专业术语，一方面提高了同学们阅读外文资料的能力，同时与国内数字信号处理的知识比较，其专业术语基本都是从国外的资料翻译过来的，可以说英文的资料才是“原汁原味”的，所以在教学过程中，让学生查阅外文帮助资料的时候反复面对大量专业术语，从陌生到熟悉，从而促进双语教学的效果。

(1)利用MATLAB帮助文档[3]促进双语教学

MATLAB在信号处理中主要是用于波形产生、谱分析、滤波器的设计和分析等。如系统冲激响应h(n)波形产生的函数： impz，在MATLAB命令窗中输入帮助命令：“>>help impz”帮助文档如下：

IMPZ Impulse response of digital filter

[H,T] = IMPZ(B,A) computes the impulse response of the filter B/A choosing the number of samples for you, and returns the response in column vector H and a vector of times (or sample intervals) in T (T = [0 1 2 ...]').

可以看到Impulse response（冲激响应）、filter B/A（滤波器分式） 、sample intervals（样本间隔）等有关离散信号采样、离散系统函数及系统响应的专业术语。

冲激响应h(n)的频谱分析函数是freqz，其帮助文档如下：

FREQZ Digital filter frequency response.

[H,W] = FREQZ(B,A,N) returns the N-point complex frequency response vector H and the N-point frequency vector W in radians/sample of the filter:

可以看到frequency response vector H（频率响应矢量H）、unit circle （单位圆）等有关离散系统频域分析的专业术语以及离散系统的频域描述：

(2)应用工具箱函数编写数字信号处理实验[4]

例如运用冲激响应函数impz编写离散系统稳定性分析的实验内容：数字滤波器的差分方程y(n)-y(n-1)+0.9y(n-2)=x(n)利用其单位抽样响应判断系统的稳定性，用MATLAB只要简短的几条语句就可快捷、方便地模拟出分析结果。程序如下：

a=[1,-1,0.9];b=1; [h,t]=impz(b,a);stem(t,h);title('单位抽样响应'); sum(abs(h))

程序运行的图形结果如图6所示，数值结果为：ans = 14.9029，由于h(n)绝对可和，可知系统是稳定的，剩余的时间，学生还可以对系统的零极点分布、系统频谱进一步分析，从而激发学生的求知欲望。

4 结束语

在“数字信号处理”课程双语教学中，利用MATLAB这一国际公认的信号处理的标准软件和开发平台，开发能现场计算和演示的CAI课件，并结合计算机实验等灵活多样的互动式教学方法的实践表明:一方面，学生的专业英语实际应用能力明显提高，熟悉了专业术语及书面表达；另一方面通过查找资料、做实验等方式既巩固了所学知识，又锻炼了学生获取信息、动手操作等能力，对学生的外语学习能起到一个潜移默化的作用，收到良好的教学效果。

图6 系统抽样响应

参考文献：

[1]Vinay K.Ingle. Digital Signal Processing Using MATLAB(影印版) [M].科学出版社.2003.

[2]张志涌,等. 精通MATLAB 6.5版[M].北京航空航天大学出版社.2003：596-600.

[3]MathWorks. MATLAB 6.5. 2002.

[4]陈怀琛. 数字信号处理处理教程－MATLAB释义与实现[M].电子工业出版社, 2004.

本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。