“数字信号处理”课程教学实践与探索

【摘 要】数字信号处理课程理论性强，公式较多。为了加深学生对理论知识的理解，文章以测控技术与仪器专业培养目标为中心，从教学内容、教学方法、教学手段、考核方式等方面进行了改革与探索，取得了良好的教学效果。

【关键词】数字信号处理 教学改革 教学方法 教学手段

目前数字信号处理课程已成为国内外电子信息、通信工程、自动控制及计算机等几乎所有电类专业甚至非电类专业如：生物、纺织、医学等专业的专业基础课程。让学生理解和掌握数字信号的产生及处理过程对学生未来从事电子工程设计是非常必要的。20多年来，随着电子技术的发展，该课程教材内容发生了很大的变化，教学的对象也从研究生课程或本科选修课变成专业基础必修课。为适应电子技术的发展，使学生所学尽可能的与社会发展接轨，对数字信号处理这一课程进行改革势在必行。

数字信号处理课程的特点是课程本身理论性强、公式推导较多、概念比较抽象，学生常有枯燥难学之感。近年来，国外及国内有些学校对一般电类专业该课程的教学主要强调应用性 学习 ，主要介绍数字信号处理的用途和用法，而对其深奥的理论推导仅做一般介绍，并给学生提供进行实验的机会，以激发学生对该课程的兴趣和学习主动性。

一、合理设置教学内容

在教材选取方面，选用《数字信号处理教程》为主要教材，选用《数字信号处理》为辅助教材，对两本教材的不同章节进行交叉融合使用，既有利于学生夯实基础，又有利于拓宽知识面。

在教学内容设置方面，以信号的离散傅里叶变换（DFT）和数字滤波器的设计为两大主线。为突出教学的重点和难点，把不同教学模块中各知识点分为自学、了解、理解、掌握等层次，精简课程内容，将理论与实际应用相结合，加强学生创新意识和实践能力的培养。

二、采用将抽象内容形象化的教学方法

教师在熟悉课程内容的基础上，精心设计每一节课的内容，突出重点、分散难点，将抽象内容形象化，采用启发式、讨论式和研究式的教学方法，加强教师和学生的互动。对部分内容采用“设置悬疑”“分层讲解”“实例分析”“结论描述”的步骤讲解。以线性卷积和圆周卷积关系为例，给出两个序列x1（n）和x2（n），长度分别为N1、N2，先用MATLAB程序演示x1（n）和x2（n）线性卷积结果，之后分别演示x1（n）和x2（n）的L点（L≤N1+N2-1、L=N1+N2-1、L≥N1+N2-1）的圆周卷积结果，比较线性卷积与不同点圆周卷积结果，设置“线性卷积和圆周卷积是否具有某种联系”的悬疑；之后进行分层讲解：分别利用公式推导出两序列的线性卷积和圆周卷积具体表达式，推导出圆周卷积是线性卷积以L为周期的周期延拓序列的主值序列；以简单的两个序列为例，由学生分别计算线性卷积和圆周卷积，根据计算结果能够进一步明确这一结论的正确性，从而说明“这就是利用DFT计算线性卷积的方法和要求，即可以选择长度大于等于线性卷积的两序列长度之和的DFT运算计算线性卷积”。

三、多种教学手段并用

1.多媒体教学、课堂板书和网络教学相结合

充分利用多媒体把抽象的概念和枯燥的学习内容形象化、具体化的优点，把基本概念、基本理论及需要形象理解、图示举例及仿真演示等部分的内容利用声音、图像、视频、动画等多种形式进行互动教学，直观生动，便于学生理解和记忆，激发学生的积极性和学习兴趣，拓展学生的思维空间。课程幻灯片设置两个不同的版本，一个供教师课堂讲解使用，主要是课堂讲解提纲及基本概念、基本理论及图示举例、动画演示等；一个供学生课下自学使用，详细介绍课程的各章具体内容及公式、结论推导过程。

2.设置综合性习题课

知识的掌握可通过课堂学习、课下复习等环节来实现，通过习题的训练使学生学会知识的运用和解决实际问题。习题是理论教学过程中一个不容忽视的环节，能够进一步巩固和加深学生对课堂所学理论的理解，启发学生独立思考，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。在习题设置过程中一方面根据必须掌握和要求理解的课堂内容设置基础习题，突出本学科的特点，有助于学生对概念、规律的理解；另一方面要布置综合性设计性题目，提高学生对各部分知识的融会贯通能力，注重知识面拓宽，有助于学生探究能力和科学思维能力的提高。适当讲解一些高校研究生入学考试试题，以吸引学生的注意力，提高学习兴趣。

3.实验课让学生扩展视野

除了课堂教学外，要让学生亲自参与到数字信号处理的实践中，通过亲自验证理论并设计系统，进一步加深学生的理论应用能力。实验课的设置可以分为四个部分，信号的时域分析 、信号的频域分析、数字滤波器的设计（有限脉冲响应和无限脉冲响应两大类滤波器）。每个部分的实验可以根据课时情况设置不同的理论验证或设计内容 。除了规定必做的内容外，可以让学生根据个人情况自己设计实验内容。实验仍以MATLAB作为平台，通过实验学生不但对理论有了新的认识，而且对MATLAB信号处理工具箱的应用能力得到提高。当然对于学习能力较低的学生，要做到这一点还有些困难，可以通过实验指导书给予较详尽的指导。

四、建立完善合理的教学考核制度

为提高学生的综合素质，培养创新精神，考核采用多种成绩综合评定的方式。考核成绩由期末考试（70%）+平时成绩（10%）+实验成绩（20%）等部分组成。其中平时成绩由平时出勤（60%）+课堂表现（25%）+作业成绩（15%）组成；实验成绩由实验出勤（60%）+实验报告（20%）+实际操作（20%）组成。试卷命题以教学大纲和教学要求为中心，以教学中的重点内容为主线，既注重基本内容及实际应用，又包含综合分析，覆盖每一章的知识重点，以体现学生的综合素质，提高了教学效果。

【参考文献】

[1]王景芳，侯玉宝.“数字信号处理”教学改进探索[J].湖南涉外经济学院学报，2009（4）：25-27.

[2]李梅，陈玉东，崔艳云等.数字信号处理课程的教学改革与实践[J]. 2005.

[3]高丙坤，王秀芳，张秀艳.“数字信号处理”课程的改革与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2009（10）：79-80.