“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

呂曉麗，林海波，倪紅霞

(長春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，長春130012)

“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

呂曉麗，林海波，倪紅霞

(長春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，長春130012)

針對“應(yīng)用型”本科教學(xué)特點(diǎn)及目標(biāo)定位，分析了數(shù)字信號處理課程教學(xué)目前的現(xiàn)狀，結(jié)合本課程的教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容以及考核方式等方面提出了教學(xué)改革方案并進(jìn)行了初步嘗試。

數(shù)字信號處理;教學(xué)改革;應(yīng)用型

《數(shù)字信號處理》是電子信息專業(yè)重要的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程。在教學(xué)中要求基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用緊密結(jié)合，但由于數(shù)學(xué)符號繁瑣、公式推導(dǎo)復(fù)雜、概念抽象、理論性強(qiáng)，學(xué)生的普遍反應(yīng)是——“難懂”，在一定程度上降低了學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)受社會負(fù)面風(fēng)氣的影響，有相當(dāng)一部分學(xué)生急功近利、學(xué)風(fēng)浮躁，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性不高。如何調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，是一個(gè)迫切需要解決的事情。針對這種情況，課程組提出了“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)改革方案，主要在教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容以及考核方式等方面進(jìn)行了實(shí)際探索與嘗試。

一、建立新型授課體系

由于高校擴(kuò)招，學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況良莠不齊，以前那種老師只負(fù)責(zé)講，學(xué)生只負(fù)責(zé)聽的狀況已不適合當(dāng)前“應(yīng)用型”本科教育的需要，傳統(tǒng)的授課模式大大抑制了學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)新性以及自主思維的健康發(fā)展。為了解決大眾教育與精英教育之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)真正的因材施教，在數(shù)字信號處理課程的教學(xué)中，運(yùn)用分層次教學(xué)，把課內(nèi)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與自主學(xué)習(xí)有效結(jié)合起來。

(一)有效利用課堂，提升教學(xué)效果

就目前形勢看，高等教育的主要教學(xué)形式仍然是課堂教學(xué)。因此，如何有效利用有限的課堂50分鐘是教學(xué)的關(guān)鍵。首先要淡化教師的“統(tǒng)治”地位，逐步從課堂傳授者走向問題的啟發(fā)者，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行興趣學(xué)習(xí);其次強(qiáng)化學(xué)生的主導(dǎo)作用，由被動(dòng)接受到主動(dòng)獲取，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提升教學(xué)效果;最后改變“填鴨式”教學(xué)，在課堂上，以啟發(fā)式教學(xué)為主，讓學(xué)生成為課堂的主體，教師和學(xué)生共同參與，互相交流，共同進(jìn)步，真正做到教學(xué)相長。

(二)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)因材施教

實(shí)驗(yàn)課是鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)成果并進(jìn)一步擴(kuò)展的教學(xué)手段。由于學(xué)生的理論基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力存在差異，所以教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，要充分考慮到學(xué)生的個(gè)體差別，設(shè)置不同程度的問題供學(xué)生選擇，分層次地提設(shè)計(jì)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生在完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)后，可以自由選擇完成其他內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)分層次教學(xué)。如在FIR濾波器的設(shè)計(jì)試驗(yàn)中，基礎(chǔ)內(nèi)容要求完成規(guī)定指標(biāo)的各種濾波器的設(shè)計(jì)和性能分析;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容增加了利用所設(shè)計(jì)的濾波器對給定的有噪信號進(jìn)行濾波處理，并對濾波前后的信號進(jìn)行對比分析;綜合性設(shè)計(jì)內(nèi)容在給定有噪信號的前提下，設(shè)計(jì)滿足要求的不同性能的濾波器，并對濾波結(jié)果進(jìn)行分析，比較不同方法設(shè)計(jì)出的濾波器的性能。這樣通過不同層次的鍛煉，每個(gè)學(xué)生都可以完成自己能力以內(nèi)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)真正的因材施教。

(三)自發(fā)組建團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)

數(shù)字信號處理是電子信息類專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)理論課，與實(shí)際應(yīng)用密不可分。學(xué)生在接受理論指導(dǎo)的同時(shí)，必須進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，這樣才能培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。針對學(xué)習(xí)興趣濃厚的學(xué)生，要給予一定的機(jī)會參與各項(xiàng)科研活動(dòng)，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識、創(chuàng)新意識;鼓勵(lì)學(xué)生自發(fā)組織團(tuán)隊(duì)、自己設(shè)立題目、自行開發(fā)研究;通過自主查閱相關(guān)文獻(xiàn)、討論設(shè)計(jì)方案、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論，加深對數(shù)字信號理論的理解，提升學(xué)生獨(dú)立思考、靈活運(yùn)用基本知識的能力，促使學(xué)生迅速將理論與實(shí)際結(jié)合起來，最重要是通過自組團(tuán)隊(duì)進(jìn)行學(xué)習(xí)可以很好地培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識。

綜上所述，通過建立新型授課體系，即加強(qiáng)基礎(chǔ)、面向?qū)嶋H、引導(dǎo)思維、啟發(fā)創(chuàng)新等分層次教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維理念，建立自學(xué)意識和團(tuán)隊(duì)合作意識，從而獲得更加廣博的信號處理理論，為其將來從事語音處理、圖像處理、嵌入式DSP的開發(fā)與設(shè)計(jì)打下牢固的基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的探索

(一)教學(xué)內(nèi)容改革

1.合理安排課時(shí)，注意與“信號與系統(tǒng)”課程的融合

作為數(shù)字信號處理的前導(dǎo)課程，信號與系統(tǒng)已經(jīng)對離散信號的基本概念、性質(zhì)進(jìn)行了初步講解，因此，安排授課計(jì)劃時(shí)，一定要避免設(shè)置過多的課時(shí)講解這一部分內(nèi)容，把握重點(diǎn)以離散信號的分析和處理為核心內(nèi)容展開教學(xué)。例如數(shù)字信號處理第一章中，系統(tǒng)的四大特性——線性性質(zhì)、時(shí)不變性、因果性和穩(wěn)定性在信號與系統(tǒng)的課程中已經(jīng)做了詳細(xì)的講解，在這里應(yīng)以回顧為主，過多地講解會讓學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒，失去學(xué)習(xí)興趣。所以合理分配學(xué)時(shí)，重點(diǎn)把握“離散”這個(gè)概念，突出重點(diǎn)，做好課程之間的融合與銜接。

2.淡化數(shù)學(xué)概念，突出物理意義與工程應(yīng)用

數(shù)字信號處理教材中的公式推導(dǎo)很多，數(shù)學(xué)痕跡嚴(yán)重，學(xué)生容易偏重公式的推導(dǎo)與證明，而忽略理論的深入理解。在清晰闡述基本概念、基本原理的同時(shí)，淡化數(shù)學(xué)概念、突出物理意義，與實(shí)例相結(jié)合，深入淺出、有條不紊地把復(fù)雜的理論用通俗易懂的語言講授給同學(xué)。比如，在講解奈奎斯特定理時(shí)，若僅用語言敘述會略顯蒼白無力，如果預(yù)先錄制一段聲音，通過改變采樣速率，得到不同的聲音信號并制作成FLASH文件，現(xiàn)場演示，會讓學(xué)生深刻理解采樣定理的內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用，增加學(xué)習(xí)興趣，從而消除畏難情緒。同時(shí)啟發(fā)學(xué)生多方位、多角度思考問題。

3.以科學(xué)的專業(yè)內(nèi)容為載體，緊跟學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)

近幾年來，數(shù)字信號處理理論發(fā)展迅速，安排教學(xué)內(nèi)容時(shí)一定要體現(xiàn)課程的前沿性和創(chuàng)造性。在課堂上，結(jié)合最前沿的學(xué)科發(fā)展的實(shí)例，設(shè)置“引入”和“總結(jié)”兩個(gè)環(huán)節(jié)，把所學(xué)知識貫穿起來，形成整體，讓學(xué)生容易理解和接受。在每一章結(jié)束時(shí)，布置思考題，題目要與科技前沿接軌，讓學(xué)生了解最新的理論知識、掌握最新的學(xué)科動(dòng)態(tài)。如講授IIR和FIR兩種經(jīng)典濾波器時(shí)，適當(dāng)?shù)匕熏F(xiàn)代濾波器引入課堂，開闊學(xué)生視野。因此，結(jié)合《數(shù)字信號處理》的特點(diǎn)，及時(shí)反映現(xiàn)代《數(shù)字信號處理》技術(shù)的新成就，打破傳統(tǒng)，跟蹤學(xué)科前沿，讓學(xué)生盡可能多地了解信息科學(xué)及數(shù)字信號處理一般性應(yīng)用和最新研究成果情況。教師在授課過程中，特別注意新思想新觀念的引入。同時(shí)在課堂教學(xué)上加入數(shù)字信號處理應(yīng)用技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域的介紹和引導(dǎo)，把抽象的理論和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來。

(二)教學(xué)方法改革

1.上好第一堂課

“一年之際在于春，一天之際在于晨”。好的開始往往都會有事半功倍的效果，因此上好第一堂課，設(shè)計(jì)一次精彩的緒論講解就顯得尤為重要。

對于初學(xué)者來說，數(shù)字信號處理這門課就其本身而言，繁瑣的公式推導(dǎo)、拗口的專業(yè)術(shù)語會讓很多學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情驟減，甚至產(chǎn)生畏難情緒，此時(shí)一堂精彩的緒論課會恰如冬日暖陽一般。那么如何才能講好緒論課呢?我覺得應(yīng)該在思想上重視，一定要摒棄緒論課沒什么可講，只需簡單介紹的舊觀念。同時(shí)增加具體實(shí)例并加以動(dòng)畫演示，如選取不同的采樣率對同一段語音信號進(jìn)行處理，獲得不同的聲音效果，利用FLASH播放軟件現(xiàn)場演示，在視覺與聽覺上給學(xué)生一個(gè)新穎的沖擊，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.增加MATLAB演示教學(xué)，拒絕平鋪直敘

數(shù)字信號處理屬于理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，僅僅按照理論課程的思路去講解，會有一種枯燥乏味、毫無生氣的感覺?？梢試L試在授課的過程中加入新的元素——例如，MATLAB仿真環(huán)境授課，淡化理論教學(xué)與工程實(shí)踐的界限，展示信號處理的過程和結(jié)果，變抽象概念為形象圖形，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中枯燥繁瑣的認(rèn)知和形象生動(dòng)的感性認(rèn)知相結(jié)合，進(jìn)一步理解工程算法的應(yīng)用，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

3.利用多媒體+板書授課，切記不可完全省略板書

多媒體教學(xué)和板書需要有機(jī)結(jié)合，相互依托。在前幾章的學(xué)習(xí)中，接觸的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)較多，為了透徹理解基本理論，適當(dāng)?shù)陌鍟茖?dǎo)、分析和演算是必要的。比如時(shí)域抽取法基2FFT的基本原理相對復(fù)雜，如果省略板書推導(dǎo)，直接給出結(jié)論，學(xué)生會覺得接受起來很困難，尤其對其中流程圖的畫法會很困惑，一旦有了這樣的印象，對后續(xù)內(nèi)容的開展十分不利。此時(shí)加入板書推導(dǎo)，會理清學(xué)生的推導(dǎo)思路，有助于對結(jié)論的理解和接受，從公式到運(yùn)算流圖也一目了然。由此可見，必要的推導(dǎo)對于理解和掌握FFT基本原理是非常重要的。同時(shí)書寫板書相對于多媒體要靈活的多，而且容易隨時(shí)觀察、引領(lǐng)學(xué)生的學(xué)習(xí)意識，有利于課堂的互動(dòng)性的提高。

三、考核方式改革

考核不是目的，而是督促學(xué)生學(xué)習(xí)的手段，但在傳統(tǒng)的考核方式中，依舊停留在“一考定前程”的狀況，無法全面、客觀、準(zhǔn)確的去衡量每一個(gè)學(xué)生，更談不上創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

采用多元化的評價(jià)方式，對新型授課體系下的學(xué)生能力進(jìn)行評價(jià)。將筆試、口試、學(xué)生日常表現(xiàn)評分、學(xué)生反映、論文、學(xué)生互評和自評等都納入評價(jià)體系。用不同的方法評價(jià)不同的能力。比如用筆試和口試評價(jià)掌握專業(yè)知識能力。用考察、記錄方式等評價(jià)“設(shè)計(jì)—?jiǎng)?chuàng)造”能力。這樣不僅適用于較廣泛的教學(xué)方式，還可以增加評價(jià)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，更有效地確定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

引入“三位一體”的評價(jià)理念，即把知識、能力和學(xué)風(fēng)綜合評定，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、樹立良好的學(xué)風(fēng)。具體做法:依照教學(xué)大綱要求，抓住基本點(diǎn)、重要點(diǎn)、疑難點(diǎn)，建立試題庫。真正做到教考分離。在考核方式上，傾向平時(shí)成績的比重，由以前的20%增加到30%，其中實(shí)驗(yàn)成績占15%，另15%是傳統(tǒng)的平時(shí)成績，即出勤和平時(shí)作業(yè)以及測驗(yàn)成績等;降低期末考試成績比例，增加平時(shí)的技能訓(xùn)練、課余活動(dòng)、創(chuàng)新活動(dòng)所占比重。在考核內(nèi)容上，要拓展思路，從分析和綜合上入手，保證傳統(tǒng)考試的命題的客觀題型的基礎(chǔ)性、綜合性與全面性的前提下，適當(dāng)提高綜合與分析型試題的比重，嘗試加入部分創(chuàng)新與拓展題。使考試成績具有層次性，能更好地檢驗(yàn)學(xué)生對數(shù)字信號處理課程了解的深淺程度、基礎(chǔ)知識掌握的熟練程度以及綜合能力。

考核方式，作為整個(gè)教學(xué)體系里重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其改革，對于整個(gè)教學(xué)改革的發(fā)展有著重要的意義，對素質(zhì)教育的實(shí)施和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著深遠(yuǎn)的影響。長期以來，應(yīng)試教育在教師和學(xué)生心中已經(jīng)根深蒂固，教學(xué)過程套路已為廣大師生所習(xí)慣接受。而要改革這樣的教學(xué)與考核模式，必然要引導(dǎo)學(xué)生注重平時(shí)的學(xué)習(xí)和技能的訓(xùn)練，這同時(shí)也對教師提出了更高的要求。培養(yǎng)學(xué)生成為創(chuàng)新型人才，教師首先要成為創(chuàng)新型教師，平時(shí)必須圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)開動(dòng)腦筋，不斷研究、創(chuàng)新教學(xué)，這勢必大大增加了教師的工作勞動(dòng)強(qiáng)度，對老師、對學(xué)生都是一種挑戰(zhàn)。

四、結(jié)語

數(shù)字信號處理課程改革是以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力、人際交往能力、協(xié)同合作能力為目標(biāo)，以科學(xué)的專業(yè)內(nèi)容為載體，以自主團(tuán)隊(duì)探究式學(xué)習(xí)、案例教學(xué)為手段，以多種有效的評價(jià)過程為衡量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合科研成果進(jìn)行教學(xué)，提高課程內(nèi)容的先進(jìn)性，把學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)貫穿于教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中，最終激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)新意識。

［1］ 胡居榮，曹寧.基于MATLAB的數(shù)字信號處理研究型教學(xué)的探索［J］.中國電力教育，2008(121):67－69.

［2］ 楊述斌，楊志方，曹新莉.“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)改革初探與實(shí)踐［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2008(6):77－78.

［3］ 肖海林，歐陽繕，葉進(jìn)，等.“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)實(shí)踐與探索［J］.桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29 (2):148－151.

［4］ 彭啟綜.“數(shù)字信號處理”課程雙語教學(xué)的初步實(shí)踐與探討［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2003，25(4):12－15.

［5］ 張學(xué)敏.“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)改革實(shí)踐［J］.中國電力教育，2009(2):140－141.

Reform and practice of in the course of digital signal processing

LV Xiao－li，et al.
(School of Electrical＆Information Engineering，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China)

The course and the actual state of digital signal processing is analyzed aiming at the teaching features of the undergraduate course and the applicationtype goal setting.Combining with the teaching practice of the course，the paper puts forward the teaching reform plan，which is illustrated through the aspects of the teaching system，the teaching content and the assessment method.The plan is tried out primarily.

digital signal processing;teaching reform; application-type

G64

A

1009-8976(2011)03-0125-03

2011－04－23

呂曉麗(1978—)，女(漢)，吉林長春，博士主要研究軟件無線電、超寬帶無線通信技術(shù)。