“数字信号处理”课程教学探索与实践

摘要：介绍了“数字信号处理”课程教学改革的理念、创新研究性教学的方法与措施，给出了相应的改进教学的教学手段。教学改革思想和方法在教学过程中进行了教学实践应用，收到了较好的效果。该研究对于进一步研究课程教学具有很好的示范作用。

关键词：数字信号处理；教学方法与措施；教学手段

作者简介：王玉德（1970-），男，山东临朐人，曲阜师范大学物理工程学院，副教授。（山东 曲阜 273165）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0096-01

“数字信号处理”课程是电子信息、通信工程、计算机技术等专业的重要专业基础课程。随着电子信息技术的迅速发展，“数字信号处理”课程在专业课程体系中的作用和地位日益突出。但是，“数字信号处理”课程内容抽象、公式多，数值计算的物理意义不明显，不容易理解，学生学习较困难。[1-6]针对课程的学习特点，结合多年的课程教学经验和教学改革探索的成果，在课程教学过程中，采用了课堂互动、角色转换、板书推导与多媒体课件以及创新应用课题研究等几个方面来进行教学，取得了较好的教学效果。

一、教学理念

1.理论与实践并重，不断进行教学研究，将研究成果应用于教学过程中

理论教学与实践教学是相互交叉、相互渗透的，实践教学是理论教学的延伸与应用。理论教学过程中注重理论与实践教学的结合，合理分配课堂时间安排，适当地在理论教学过程中应用实践性教学手段进行理论教学内容的验证与演示，把课堂教学时间按6∶2∶2的分配比例完成课堂的理论讲解、例题与习题解答、现场仿真演示等教学活动，让学生既看到理论知识的推导过程，又能看到理论知识的应用结果。在教学过程中，注重研究教材、教学方法以及学生的学习认知规律，针对课程章节内容的联系与不同，探索和研究有针对性、灵活的教学方法解决课程教与学的问题。

2.正确处理和衔接好“数字信号处理”课程与前、后续课程的关系

“数字信号处理”课程在“信号与系统”课程后开设，它的后续课程一般有“数字图像处理”、“语音信号处理”以及“DSP原理与应用”等课程。在课程讲授过程中讲清楚“数字信号处理”课程与“信号与系统”以及后续课程的联系与不同，使学生在学习过程中能够清楚“数字信号处理”与前授、后续课程的关系，明确课程任务，带着目的、兴趣去学习。还可以使学生所学的知识能够构成一个有机整体，有利于学生对后续课程的学习和培养学生的综合应用能力。

3.创新性课题研究与理论教学相互促进

紧密结合数字信号处理技术的发展与应用现状，将课堂教学与实际生产密切结合，在学生学习过程中让学生能够看到或了解到所学课程在哪些方面有具体应用。根据生产实际需要设计紧密联系实际的课题，指导学生应用信号处理理论解决生产实际问题的创新型研究，做到边学知识边进行课题研究，研究促进理论教学，使学生可以做到学以致用。

二、教学方法与措施

1.整合教材内容，优化课时分配

“信号与系统”、“自动控制原理”与“数字信号处理”等课程中都对数学基础理论部分进行了阐述，对于单门课程来讲保证了课程体系的完整性，但纵观整个专业的课程体系就出现了内容的重复。为解决课程内容的衔接问题，又能优化课程课时分配，将课程重叠的数学基础部分进行整合处理。

2.进行课题研究，研究促进理论知识的学习

应用现代教育技术手段进行教学改革，解决学生理论知识学习的融会贯通问题。让学生访问国内、外著名大学的相关数字信号处理课程的网站，学习国外课程综合大作业的完成与考核方式，鼓励学生利用业余时间选择老师指定或自己拟定的课题，利用所学的知识提出问题、分析问题并应用相关工具工具解决问题。在研究的基础上撰写研究报告并进行学术交流，通过解决问题和学术交流来提高学生应用信号处理知识解决实际问题的能力。

3.进行教材建设，保证教材内容的先进性

教材是进行教学活动的重要媒介，必须保证教材内容的科学性、适用性和先进性。紧跟数字信号处理技术的发展和应用，将科研成果和教学改革成果融入教材内容中。通过数字信号处理应用实例的阐述和应用图片的展示导入课程，知识点的联系框图给出章节内容之间的联系，知识拓展模块进一步地阐明课程内容的延伸，进一步优化了教学内容。[7]

4.改革实践教学模式，提高实践教学效果

改革原有的实践教学方法，实践性教学环节通过课堂演示、基于MATLAB的算法仿真验证及分析、基于DSP的硬件算法综合与创新实验等三个层次的实践活动来完成。通过课堂演示的形式介绍数字信号处理的应用实例和基本的数值计算，MATLAB软件来验证和实现数字信号处理的基本算法，采用创新性习题训练、DSP硬件实现等手段完成综合与创新性实验研究。通过实践性教学环节的改革与实施，使学生具备工程开发和应用的能力，深化数字信号处理理论，提高实践教学效果。

三、教学手段

第一，针对“数字信号处理”课程的特点，借助MATLAB软件来解决数字信号处理概念抽象、基本理论和分析方法难以理解的问题。应用MATLAB软件完成序列的运算、连续信号的采样、离散傅里叶变换、DFT分析连续非周期信号的频谱以及滤波器的设计与应用等，使学生可以直观看到数值计算的结果，明白数值计算的目的和意义，帮助学生进一步领会和深化课堂上学到的有关数字信号处理的基本概念、基本原理以及基本的信号处理操作。

第二，改变传统的灌输式教学为引导启发式教学，灵活运用板书、课堂软件仿真演示、多媒体课件和网络技术等多种教学手段。基本原理和基本方法的推导和证明应用板书讲解，让学生跟上老师的教学思路；难点和重点内容，还要在理论推导的基础上，应用MATLAB仿真演示，使学生亲身感受数字信号处理算法的性能，巩固所学的基本理论知识；例题与习题解答使学生学会分析问题和分析问题的方法，巩固基本理论；对于一些需要形象理解、图示举例以及演示的部分，采用多媒体教学方式，充分利用声音、图像、视频、动画等多种形式进行互动教学；课后的复习、相关背景知识的学习以及课堂内容的扩展部分，可以在课程网站上自助或在线寻求老师帮助解决问题，也可在论坛上进行学习经验交流。

第三，加强 MATLAB 实现与数字信号处理理论相结合的教学方式。注重理论教学与算法实现相结合的教学环节，指导学生应用MATLAB软件或其他工具完成自拟或老师指定的创新性课题研究，使学生在学习基础理论的同时能够学会查阅文献资料，完成相关的课题研究，学会撰写并提交课题研究报告。通过理论讲解、学生研究等各个环节来提高学生的应用能力。同时，把课题研究的评价成绩纳入课程成绩评价之中，使成绩考核分散在教学过程的各个环节，使得成绩的评定更加合理、客观、全面，其检查、帮助和引导的效果更明显，调动了同学们的学习积极性，收到了比较满意的教学效果。

四、小结

针对“数字信号处理”课程特点，通过多种介质展示和阐述数字信号处理的应用与发展趋势，让学生明确课程学习目的和知识的应用领域，调动学生学习的积极性和主动性。在教学过程中整合教学内容和改进教学方法，采用灵活多样的教学方法和教学手段进行教学，注重理论教学与实践教学的结合，鼓励学生完成创新性课题研究。经过几年的教学实践和探索，学生的学习效果明显提高，教学质量有大幅提升。

参考文献：

[1]王玉德.“数字信号处理”课程教与学的探讨[J].电气电子教学学报，2008，（6）.

[2]朱幼莲.MATLAB在数字信号处理教学中的应用[J].电气电子教学学报，2001，（6）.

[3]叶永凯，王玉德.数字信号处理课程教学方案设计[J].中国电力教育，2009，（7）.

[4]张刚，贺利芳， 何方白，等.基于Matlab的“数字信号处理”课程教学探索[J].高等教育研究，2007，（2）.

[5]聂小燕，鲁才.数字信号处理教学改革探讨[J].实验科学与技术，

2008，（6）.

[6]许建霞.基于MATLAB的数字信号处理教学改革与探讨[J].中国科技信息，2009，（12）.

[7]王玉德，陈万平，刘学柱，等.数字信号处理[M].北京：北京大学出版社，2011.