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1.1換位思考來理解老師
心理學(xué)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(xué)生的師生關(guān)系里,有時會出現(xiàn)師生沖突,這時無論是怎樣的情況,學(xué)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(fā)生,這樣會使問題升級,鑄成大錯。想想老師有時出發(fā)點是好的,是對學(xué)生的負責(zé)任,也許有時語言會激烈些、或者是不是學(xué)生誤解了老師等等原因,造成了師生關(guān)系的沖突。但不管如何,中學(xué)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(xiàn)在的中學(xué)生大多數(shù)都是獨生子女,優(yōu)越感強,以自我為中心現(xiàn)象明顯,有些學(xué)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(chǎn)生不滿、心中不悅,有時還會影響到其所教授課程的學(xué)習(xí)效果。
2、協(xié)調(diào)親子關(guān)系
這里所說的中學(xué)生的親子關(guān)系是指父母與子女之間的交往關(guān)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(guān)系,也是家庭中最基本、最重要的一種關(guān)系。青春期是人生中發(fā)展的關(guān)鍵時期,更容易產(chǎn)生親子的沖突,所以我們要構(gòu)建和諧溫暖的親子關(guān)系。中學(xué)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(xué)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(xué)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(guān)愛父母
從小事入手,養(yǎng)成幫助父母、為父母分憂的行為習(xí)慣。主動做些家務(wù)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?nèi)タ床?。父母過生日時,送上真誠的祝福,節(jié)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(xué)習(xí)他們的經(jīng)驗和閱歷,汲取他們知識和教育,這些有益于我們中學(xué)生日后的發(fā)展和提高。
2.4培養(yǎng)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(guān)系
3.1不能處處以自我為中心
在學(xué)習(xí)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(dǎo)致孤立局面。要尊重別人的價值觀,學(xué)會理解他人,要學(xué)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(dāng)觀點不一致時,應(yīng)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(yīng)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(guān)系。
3.4交往方式要及時調(diào)整
當(dāng)我們進入一個嶄新的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境時,同時也意味著進入了一個新型的人際關(guān)系。如果我們只與自己喜歡的人交往,對自己看不習(xí)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(jié)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(chuàng)設(shè)問題情境的過程中,教師可結(jié)合學(xué)生的生活實際、社會知識等內(nèi)容,讓學(xué)生從直觀中了解化學(xué)知識,在問題的引導(dǎo)和啟發(fā)下投入到化學(xué)知識的探究中,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在新課改下,問題情境創(chuàng)設(shè)已經(jīng)成為課堂教學(xué)中不可或缺的組成部分,但在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn),一些教師在創(chuàng)設(shè)問題情境的過程中只關(guān)注了情境而忽視了問題的引導(dǎo)和啟發(fā)作用,從而導(dǎo)致課堂表面活躍而實際效果不佳的現(xiàn)象。其實,問題情境包括了情境和問題兩個要素,情境是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的首要因素,而問題則是用于啟發(fā)學(xué)生的手段。教學(xué)中,教師應(yīng)有效創(chuàng)設(shè)情境并在情境中蘊含問題,提出問題后啟發(fā)學(xué)生思考,從而引入新知學(xué)習(xí)或讓學(xué)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(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇與學(xué)生生活貼近的案例來創(chuàng)設(shè)問題情境,從而促進學(xué)生的知識構(gòu)建。例如,在氧化還原反應(yīng)的教學(xué)中,以生活中的鋼鐵腐蝕、鐵鍋生銹、銅質(zhì)水管長銅綠、鋁質(zhì)器皿擦亮后變暗等現(xiàn)象來導(dǎo)入,然后以這些現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)為問題,從而引入氧化還原反應(yīng)的概念和特點探究。又如,在氨氣的性質(zhì)探究的過程中,教師以液氨泄漏事件來導(dǎo)入,引導(dǎo)學(xué)生思考解決辦法,讓學(xué)生結(jié)合生活實際來思考問題,從而深入到本質(zhì)問題的探究中??梢姡Y(jié)合生活創(chuàng)設(shè)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(xué)生的知識建構(gòu)。
二、合作探究要有討論有指導(dǎo)
合作探究是課堂教學(xué)改革的一大特色,合作探究改變了“以教師講授為主”的傳統(tǒng)灌輸式教學(xué),轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為主體”的合作探究教學(xué),通過教師引導(dǎo)讓學(xué)生在合作和探究中構(gòu)建知識體系。在合作探究中,教師依然是課堂的組織者和學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)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(xiàn)教師的指導(dǎo)性,即在合作探究實施過程中,教師始終處于主導(dǎo)地位,通過問題來引導(dǎo)學(xué)生進行探究。例如,在學(xué)習(xí)“每摩爾H2SO4含有阿伏加德羅常數(shù)個粒子”時,要讓學(xué)生更好地理解每摩爾H2SO4含有阿伏加德羅常數(shù)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(zhì)子、中子等微粒都不是阿伏加德羅常數(shù)個。所以,定義中的“物質(zhì)”與“微粒”必須一一對應(yīng),這種微粒實際上就是該種物質(zhì)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(zhì)子?含有多少個中子”作為啟發(fā),讓學(xué)生在逐層探究問題的基礎(chǔ)上理解。其次,在合作探究中,學(xué)生是探究的主體,教師要允許并鼓勵學(xué)生大膽地提出自己的看法,當(dāng)學(xué)生分小組對問題探究后,教師要及時總結(jié)并講解重點。又如,在“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”的教學(xué)中,教師先引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)“化學(xué)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(dāng)水從液態(tài)變成氣態(tài)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(xué)生圍繞該問題進行討論,教師總結(jié)“雖然力的種類和大小不同,但是本質(zhì)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(zhì)的變化常常伴隨能量的變化”。
三、實驗教學(xué)要有過程有創(chuàng)新
化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,新課改下的化學(xué)實驗提倡從演示實驗過渡到探究性實驗,目的是讓學(xué)生在實驗操作過程中獲得科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此,在實驗教學(xué)中,過程是基礎(chǔ),創(chuàng)新是關(guān)鍵。
一、引言
隨著現(xiàn)代計算機和信息技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字信號處理在當(dāng)今高科技領(lǐng)域有著極為重要的地位和廣泛的用途[1]。然而它的基礎(chǔ)課程卻處于教難、學(xué)更難的境況中,并且,學(xué)生即使掌握了理論知識,也很難靈活應(yīng)用至實踐中[2]。調(diào)研國內(nèi)外數(shù)字信號處理課程教學(xué),上述問題主要歸因于兩個方面:一方面是傳統(tǒng)的教學(xué)形式單一,僅依賴文字幫助理解基本理論[3-5];數(shù)字信號處理課程不同于其他課程,它是基于“高等數(shù)學(xué)”、“大學(xué)物理”等公式和推導(dǎo)較多的學(xué)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(xué)中教師僅采用Powerpoint軟件編制的課件不夠直觀,許多內(nèi)容學(xué)生很難透徹理解。其次,數(shù)字信號處理是適應(yīng)高速數(shù)字集成電路的面市應(yīng)運而生的,其大量的計算算法適于在計算機上實現(xiàn),對于人來說則運算量大且煩瑣,學(xué)生們難以親手驗證,因而經(jīng)常得不到形象化的結(jié)果,使得對理論的理解難以透徹,實際應(yīng)用中總有一層障礙。另一方面是受限于傳統(tǒng)實驗室的模式和格局,數(shù)字信號處理課程的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)嚴重缺失[7-9];信息類專業(yè)課程有很強的實用性,其受眾廣,且信息量大,然而因?qū)嶒瀳龅?、設(shè)備、資金等因素,目前單一的傳統(tǒng)實驗室已完全不能滿足學(xué)校完成教學(xué)任務(wù),很難開展實驗教學(xué),很多院校根本沒有配套開設(shè)實驗教學(xué)。然而,實驗教學(xué)是高等院校培養(yǎng)高素質(zhì)合格人才的重要實踐性環(huán)節(jié),在培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、研究能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)等方面有著其他教學(xué)環(huán)節(jié)所不能替代的獨特作用。若學(xué)生們?nèi)狈嶒灲虒W(xué)環(huán)節(jié),在實際應(yīng)用時則會顯得有些束手無策,實際動手能力和創(chuàng)新能力也亟待增強。若不能在教學(xué)中突破以上兩個瓶頸問題――單一的教學(xué)形式和傳統(tǒng)的實驗室建設(shè)模式及格局,數(shù)字信號處理課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果將大打折扣。
二、虛擬儀器技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢
伴隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展及其在國內(nèi)的普及,它可為數(shù)字信號處理課程的教學(xué)提供新的思路和巨大變化。突破傳統(tǒng)教學(xué)手段,深入融合虛擬儀器技術(shù),全面創(chuàng)新數(shù)字信號處理課程教學(xué)方法應(yīng)運而生[10-11]。虛擬儀器是將現(xiàn)有的計算機技術(shù)、軟件技術(shù)和高性能模塊化的硬件結(jié)合在一起而建立的功能強大又靈活易變的儀器,其強調(diào)硬件是基礎(chǔ),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(guī)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(lián)互通。軟件開發(fā)平臺可選擇圖形化編程語言LabVIEW,它具有功能強大的數(shù)據(jù)分析函數(shù),可以非常靈活地為教學(xué)中的理論知識設(shè)計各種虛擬儀器。同時,它也將使用者從復(fù)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(nèi)開發(fā)出虛擬儀器課堂應(yīng)用,把書本上理論性較強的知識轉(zhuǎn)換成直觀性很強的動態(tài)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(yè)儀器的功能主要依靠軟件實現(xiàn),將虛擬儀器引入至實驗教學(xué)中,必將大量減少設(shè)備經(jīng)費的支出和節(jié)省實驗場地的空間,學(xué)生們也能感受和應(yīng)用先進的科學(xué)技術(shù)和手段,積極主動地學(xué)習(xí)。因此,根據(jù)數(shù)字信號處理課程的特點,基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)虛擬輔助教學(xué)軟件和構(gòu)建虛擬實驗教學(xué)平臺,全面創(chuàng)新數(shù)字信號處理課程教學(xué)方法和體系。這對活躍課堂氣氛,增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提升學(xué)生基本技能,提高教學(xué)質(zhì)量,鞏固教學(xué)效果等將具有非常重要的意義。
三、創(chuàng)新課程教學(xué)形式,開發(fā)虛擬輔助教學(xué)軟件
虛擬輔助教學(xué)軟件是基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的教學(xué)演示子系統(tǒng)。針對數(shù)字信號處理課程中許多難以理解的抽象概念與性質(zhì),對應(yīng)每一章的內(nèi)容相應(yīng)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(xiàn)出來,使學(xué)生加深理解。下面以“窗函數(shù)”為例,具體闡述虛擬輔助教學(xué)軟件如何進行輔助教學(xué)。在數(shù)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(shù)對信號進行截短,截斷函數(shù)稱為窗函數(shù),簡稱為窗。在教學(xué)演示子系統(tǒng)中,基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)出窗函數(shù)比較動態(tài)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(shù),讓學(xué)生觀察頻域波形的變化,從而體會窗函數(shù)的性質(zhì)和特性。這樣動態(tài)形象的演示讓學(xué)生能感性地認識到窗函數(shù)之間的不同,加深對窗函數(shù)的理解。
從以上應(yīng)用實例可發(fā)現(xiàn),通過利用虛擬輔助教學(xué)軟件,不僅能夠采用文字和靜態(tài)圖形直觀地展示教學(xué)內(nèi)容,還能通過動態(tài)圖形生動形象地闡述教學(xué)內(nèi)容,更易于學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容。采用PPT課件和虛擬輔助教學(xué)軟件結(jié)合授課,教學(xué)形式新穎,教學(xué)內(nèi)容生動,教學(xué)效果更好。
四、完善課程教學(xué)體系,構(gòu)建虛擬實驗教學(xué)平臺
虛擬儀器使用的硬件大都是通用的,各種專業(yè)儀器的差異主要靠軟件實現(xiàn)。依托虛擬儀器技術(shù)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)和通信技術(shù)等,融合多種模塊化硬件設(shè)備構(gòu)建高校虛擬實驗教學(xué)平臺,具有無可替代的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景。圖3為虛擬實驗教學(xué)平臺架構(gòu),由n臺計算機及相關(guān)硬件如采集卡、信號調(diào)理箱、電工實驗箱等組成,形成一個局域網(wǎng),并與校園網(wǎng)連接,方便學(xué)生隨時隨地接入進行實驗。
虛擬實驗教學(xué)平臺充分利用虛擬儀器技術(shù)和計算機高速計算的優(yōu)勢,給學(xué)生提供實用的信號仿真、分析處理、設(shè)計等工具,不僅可以快速便捷地得到所需的信號數(shù)據(jù)或計算結(jié)果,而且能把這些結(jié)果繪制成圖形,給學(xué)生以非常形象化的感性認識。數(shù)字化的實驗結(jié)果存儲,加上網(wǎng)絡(luò)傳輸能力,使實現(xiàn)遠程實驗教學(xué)成為可能,虛擬實驗教學(xué)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(shè)備,其他是由軟件來實現(xiàn)的,這樣可以大大節(jié)省實驗設(shè)備和場地的資金投入,即共享教學(xué)設(shè)施,節(jié)約現(xiàn)實教學(xué)資源。虛擬實驗教學(xué)平臺具有靈活、成本低、網(wǎng)絡(luò)化等特點,在高校的教學(xué)乃至科研中將發(fā)揮極大的作用。與傳統(tǒng)的實驗室相比,虛擬實驗教學(xué)平臺的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在:(1)傳統(tǒng)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(shè)計,便于開展研究性或設(shè)計型的實驗。(2)各種測量儀器不應(yīng)當(dāng)再是彼此相互孤立的,能夠與計算機相聯(lián),組成一個以一臺計算機為中心的測量環(huán)境(系統(tǒng))。(3)計算機進一步組成網(wǎng)絡(luò),因而形成一個網(wǎng)絡(luò)化的儀器與測量環(huán)境(系統(tǒng))。虛擬實驗教學(xué)平臺能夠為學(xué)生提供高性價比的實驗教學(xué)條件,讓教學(xué)環(huán)節(jié)從課本延伸到實驗,加深對理論教學(xué)的深入理解,鞏固教學(xué)成果,培養(yǎng)學(xué)生實踐動手和創(chuàng)新能力,提高學(xué)生技能水平,讓學(xué)生今后無論是直接就業(yè)還是繼續(xù)深造都更具競爭力。
【關(guān)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(tài)下收縮壓與心率變異性的信號預(yù)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(shù)在清醒狀態(tài)下進行血壓記錄. 數(shù)據(jù)分析使用血壓變異性檢測算法獲取收縮壓變異性數(shù)據(jù),并從中提取PP間期序列用以替代RR間期數(shù)據(jù);使用周期圖法對SBPV進行譜分析. 結(jié)果: 一階導(dǎo)數(shù)閾值與模板匹配檢測算法具有較高的檢測準確率;從SBPV數(shù)據(jù)中提取的PP間期能夠作為心電圖RR間期的替代數(shù)據(jù);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(jié)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(yīng)用價值.
【關(guān)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(guān)報道也較少[4-5]. 再者,模擬失重是否會引起大鼠HRV, BPV發(fā)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(yù)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(shè)計實驗動物為SpragueDawley雄性大鼠(220~280 g,第四軍醫(yī)大學(xué)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(shè)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(cè)股動脈插入腹主動脈后段,導(dǎo)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(yǎng)籠,進行48 h術(shù)后恢復(fù).
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(dǎo)管開口經(jīng)PE50導(dǎo)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(jīng)由8導(dǎo)生理記錄儀(RM6000, Nihon Kohden, Japan)的AP621G載波放大器進行放大,使用數(shù)據(jù)采集卡(DAQmx PCI6220, NI, USA)進行信號模數(shù)轉(zhuǎn)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(yù)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(gòu)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(shù)為harr,小波尺度為3;②特征點識別:應(yīng)用一階導(dǎo)數(shù)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?。阂許BP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(yīng)時刻的RR間期(其倒數(shù)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(shù)據(jù)序列.
1.4血壓變異性信號的譜分析方法使用經(jīng)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(shù)均值)[6]對大鼠血壓數(shù)據(jù)進行平滑,降低采樣數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jié)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(jié)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(shù)據(jù)進行收縮壓檢測得到的SBPV數(shù)據(jù)序列;圖1C,對PP間期序列(從SBPV數(shù)據(jù)序列中提取)取倒數(shù)后得到瞬時HR時間序列.
2.2SBPV常規(guī)譜分析大鼠SBPV信號2 min的功率譜分析結(jié)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(diào)節(jié)的LF功率卻是降低的(圖2C,F(xiàn)).
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(jié)果(略)
圖2對照與14 d模擬失重大鼠SBPV常規(guī)譜比較(略)
3討論
研究表明:一階導(dǎo)數(shù)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(shù)據(jù)中識別出逐次心跳的收縮壓峰值,檢測準確率高;從SBP數(shù)據(jù)中獲取的PP間期可作為心電RR間期信號的替代數(shù)據(jù),用于HRV信號的分析;通過對SBPV信號進行常規(guī)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(shè)計的特殊性,在數(shù)據(jù)分析過程中,還應(yīng)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(huán)境干擾,實驗過程中應(yīng)控制環(huán)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(tài)常常被噪聲污染,導(dǎo)致識別過程中存在漏檢或誤檢現(xiàn)象. 故應(yīng)選用相應(yīng)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(shù)據(jù)時,要求待分析信號為各態(tài)遍歷的平穩(wěn)信號. 由于人體心血管功能的時變特性,本質(zhì)上講SBPV數(shù)據(jù)為非平穩(wěn)信號. 再者,信號中的噪聲干擾、波峰丟失均可使譜估計結(jié)果嚴重畸變. 為解決這一問題,處理中常常選擇相對平穩(wěn)的1~4 min數(shù)據(jù)進行短時程譜估計.
鑒于生理過程的復(fù)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(jié)合不同的分析工具. 目前已有實驗證實,心血管活動的調(diào)節(jié)有賴于不同控制機制的相互制衡,例如,行為改變、神經(jīng)因素、壓力反射及心臟節(jié)律等因素都可對其產(chǎn)生影響. 這些調(diào)控機制的相互作用又導(dǎo)致了血壓與心率的復(fù)雜波動,使其蘊涵某些非線性特征. 因此,對比傳統(tǒng)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
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關(guān)鍵詞:工程應(yīng)用;課程群;信號處理;教學(xué)研究
作者簡介:劉慶華(1974-),女,四川南江人,桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院,副教授;歐陽寧(1972-),男,湖南寧遠人,桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院,教授。(廣西 桂林 541004)
基金項目:本文系廣西高等教育教學(xué)改革工程項目(2012JGZ11)、中國電子教育學(xué)會“十二·五”高等教育科學(xué)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(yǎng)計劃(簡稱為“卓越計劃”)是教育部基于國務(wù)院《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》內(nèi)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(yǎng)質(zhì)量。[1-3]
信號與信息處理是信息與通信工程領(lǐng)域一個發(fā)展和更新最快的學(xué)科之一。特別伴隨著微電子技術(shù)的突飛猛進,數(shù)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(shù)為通信、計算機應(yīng)用提供了基礎(chǔ)理論、基本方法、實用算法和實現(xiàn)方案,其應(yīng)用擴展到軍事、工業(yè)、通信等諸多領(lǐng)域,成為現(xiàn)代化技術(shù)的重要組成部分。信號處理課程群是相關(guān)專業(yè)卓越工程師必須掌握的核心技術(shù)。
目前,在“卓越計劃”方面,各高校根據(jù)自己的條件和環(huán)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(jīng)驗?zāi)軌蚪梃b。桂林電子科技大學(xué)(以下簡稱“我校”)信息與通信學(xué)院各專業(yè)的教學(xué)目標是培養(yǎng)通信與信息處理類高素質(zhì)工程應(yīng)用人才。通過承擔(dān)廣西區(qū)新世紀教學(xué)改革工程項目,已經(jīng)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(guān)系。但該群各方面大多還是以理論教學(xué)為主,實踐環(huán)節(jié)深度不夠,學(xué)生并未能真正接觸到信號處理的工程應(yīng)用,對于信號處理與應(yīng)用主要知識的切身體會還不夠直接和深入,培養(yǎng)的學(xué)生不能夠適應(yīng)實際企業(yè)生產(chǎn)的需求,更不能體現(xiàn)“卓越計劃”的培養(yǎng)目標。因此需要對實踐教學(xué)和工程應(yīng)用培養(yǎng)模式進行改革和建設(shè),進行課程結(jié)構(gòu)體系調(diào)整,突出工程應(yīng)用。分別從課程群培養(yǎng)方案、理論教學(xué)和實踐教學(xué)方面進行探討和實踐,通過多方位、各個環(huán)節(jié)的努力,建立一個培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才的持續(xù)、可靠、高效的培養(yǎng)體系。
一、信號處理課程群體系結(jié)構(gòu)
通過梳理課程在人才培養(yǎng)方案中的地位和作用,分析課程的性質(zhì)、相互關(guān)系以及課程間內(nèi)容的銜接,構(gòu)建“2+2”信號處理課程群結(jié)構(gòu),見圖1。其中,第一個“2”是指專業(yè)基礎(chǔ)必修課“信號與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號處理”;第二個“2”是指專業(yè)限選課“DSP原理及應(yīng)用”和專業(yè)必修實驗課“信號分析處理實驗”。
信號與系統(tǒng)分析課程為56學(xué)時,主要內(nèi)容為連續(xù)時間系統(tǒng)的時域分析、周期信號的傅里葉級數(shù)、連續(xù)時間信號的傅里葉變換、拉普拉斯變換、系統(tǒng)的頻域和復(fù)頻率分析、離散時間系統(tǒng)的時域分析、z域分析等。
數(shù)字信號處理課程為48學(xué)時,主要內(nèi)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(shè)計等,采用的是外文教材。[4]
信號分析處理實驗為24學(xué)時,主要以MATLAB仿真為主,內(nèi)容涉及信號分析與處理、系統(tǒng)分析與設(shè)計、信號處理應(yīng)用三部分,[5]包括的主要實驗項目為基本信號的產(chǎn)生、序列的基本運算、抽樣定理、連續(xù)系統(tǒng)分析、離散系統(tǒng)分析、利用DFT分析信號頻譜、IIR數(shù)字濾波器設(shè)計、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計、噪聲消除等。
DSP原理及應(yīng)用課程為32學(xué)時,主要內(nèi)容涉及硬件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)、開發(fā)工具和環(huán)境CCS軟件的使用。實驗包括DSP系統(tǒng)定時器及其應(yīng)用、信號的采樣與回放、實時濾波、頻譜動態(tài)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(jié)構(gòu)中,通過前后銜接、左右結(jié)合,建立縱向傳承、橫向互補的課程體系;突出理論基礎(chǔ)、工程應(yīng)用、系統(tǒng)綜合的課程主線?;A(chǔ)課程側(cè)重于研究信號與信息的獲取、基本分析方法等,為應(yīng)用課程打下基礎(chǔ)。應(yīng)用課程側(cè)重于信號與信息的處理實現(xiàn)技術(shù)及其在圖像、聲音、視頻等方面的應(yīng)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(yǎng)方案的制訂
制訂培養(yǎng)方案,為學(xué)生提供信號處理應(yīng)用的良好實踐環(huán)境,并拓展學(xué)生就業(yè)途徑。通過深入企業(yè)調(diào)研,了解市場需要:嵌入式軟硬件開發(fā)工程師、銷售工程師、技術(shù)支持和培訓(xùn)師等,能基于DSP及相關(guān)平臺進行技術(shù)開發(fā)設(shè)計,實現(xiàn)圖像、語音及視頻信息處理、嵌入式軟硬件件維護、調(diào)試以及產(chǎn)品技術(shù)說明書的編寫;算法工程師、管理工程師等,能應(yīng)用信號處理知識實現(xiàn)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(yè)需求反饋到課程群培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、教學(xué)計劃。該課程群精選了四門課程,構(gòu)成了信號與信息處理技術(shù)的基石。在此基礎(chǔ)上,開設(shè)了圖像處理技術(shù)、數(shù)字視頻技術(shù)、GPS導(dǎo)航等課程。這些課程考察信號處理技術(shù)實際應(yīng)用和相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā),是課程群的延伸。
三、課程與教學(xué)資源的建設(shè)
課程與教學(xué)資源的建設(shè)上要體現(xiàn)基本理論和實際物理意義相結(jié)合,融入與理論相關(guān)的實驗仿真和實際應(yīng)用的例子。
1.課程內(nèi)容的調(diào)整與重組
全面理順各課程的關(guān)系,將“信號與系統(tǒng)分析”、“數(shù)字信號處理”的課程內(nèi)容進行調(diào)整,提供給學(xué)生一個清楚明了的知識結(jié)構(gòu)。以傅里葉變換為主線,從連續(xù)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(yīng)的硬件設(shè)備從模擬頻譜分析儀到計算機MATLAB仿真、DSP實時實現(xiàn)。