高職《數(shù)字信號(hào)處理》課程教學(xué)方法探索*

司元雷 張 進(jìn) 張 維

（徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 徐州 221008）

高職《數(shù)字信號(hào)處理》課程教學(xué)方法探索*

司元雷 張 進(jìn) 張 維

（徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 徐州 221008）

通過教學(xué)實(shí)踐，分析和研究《數(shù)字信號(hào)處理》課程和高職院校學(xué)生的特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了改革和探索，歸納和總結(jié)了有針對(duì)性的經(jīng)驗(yàn)和方法，闡明了其對(duì)提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量所起到的促進(jìn)作用。

高職；數(shù)字信號(hào)處理；教學(xué)方法；教學(xué)效果

《數(shù)字信號(hào)處理》是電子信息類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門建立在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的學(xué)科，這就決定了該課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、抽象概念多、起點(diǎn)高、難度大。其中大量的理論和結(jié)論都要通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到。而高職院校學(xué)生的特點(diǎn)是學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性，學(xué)習(xí)中不考慮各學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性，文化基礎(chǔ)較差，尤其是數(shù)學(xué)理論水平不高；同時(shí)，高職教育的特點(diǎn)是以培養(yǎng)技能為主，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，片面理解為學(xué)習(xí)要突出技能、忽略理論，致使其對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣不高，甚至出現(xiàn)有些學(xué)生畏學(xué)、厭學(xué)的現(xiàn)象。如何在這門課程和高職院校學(xué)生之間搭建起一座橋梁，使學(xué)生能夠樂于學(xué)、善于學(xué)，并最終學(xué)好這門課程，就需要在教學(xué)方法和教學(xué)手段上找到合適的切入點(diǎn)。對(duì)此，筆者在教學(xué)改革探索中總結(jié)歸納了一定的經(jīng)驗(yàn)和方法。

克服畏難情緒，消除恐懼心理

《數(shù)字信號(hào)處理》課程的特點(diǎn)決定了無(wú)論使用哪本教材，即使是高職高專教材，幾乎都是數(shù)學(xué)公式、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和數(shù)學(xué)符號(hào)，這使得學(xué)生一開始就產(chǎn)生了畏懼心理和厭學(xué)情緒。因此，樹立起學(xué)生對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)信心，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，便是上好第一節(jié)課的主要任務(wù)，也是提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵一步。首先，要明確為什么要學(xué)習(xí)《數(shù)字信號(hào)處理》這門課程。可以舉一些軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的例子，如在軍事領(lǐng)域中的導(dǎo)彈制導(dǎo)，民用領(lǐng)域中醫(yī)療系統(tǒng)的心電、腦電及肌電信號(hào)的處理等，使學(xué)生了解這門課程的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，對(duì)于今后拓寬就業(yè)渠道大有裨益。其次，要弄清楚什么是數(shù)字信號(hào)處理。數(shù)字信號(hào)處理就是采用數(shù)值計(jì)算的方法，完成對(duì)信號(hào)的處理以達(dá)到提取有用信息、便于應(yīng)用的目的?！疤幚怼睂?shí)際上是“運(yùn)算”，這也是書中為什么有這么多數(shù)學(xué)公式的原因。但在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，作為工科類高職院校的學(xué)生，主要是學(xué)習(xí)基本概念、基本原理、基本應(yīng)用以及實(shí)現(xiàn)方法，而不是將重點(diǎn)放在公式的證明和推導(dǎo)上，這并不是說公式的證明和推導(dǎo)不重要，而是該課程的重點(diǎn)是對(duì)公式所蘊(yùn)含的物理含義的理解，從而達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，重視該課程，樹立其學(xué)習(xí)信心的目的。

以講授為主，兼用啟發(fā)式教學(xué)

該課程的特點(diǎn)決定了應(yīng)采用以講授為主的教學(xué)模式，適當(dāng)采用啟發(fā)式教學(xué)，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及對(duì)課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。例如，在講授為什么要對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，可以給學(xué)生展示兩幅圖片，如圖1所示，一段持續(xù)時(shí)間很短的連續(xù)時(shí)間信號(hào)(語(yǔ)音信號(hào))和一塊硬盤。教師可以課堂提問：假如給你一塊存儲(chǔ)容量為320G的硬盤，是否可以將左邊這一持續(xù)時(shí)間很短的連續(xù)時(shí)間信號(hào)存儲(chǔ)下來(lái)？給學(xué)生一段時(shí)間進(jìn)行思考和討論，然后再公布答案。由于是連續(xù)時(shí)間信號(hào)，無(wú)論持續(xù)時(shí)間多么短，都有無(wú)窮多個(gè)點(diǎn)，即使容量再大的硬盤也無(wú)法將其完全存儲(chǔ)下來(lái)，因此，必須對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行采樣。

圖1 啟發(fā)式教學(xué)例圖

同熟悉內(nèi)容關(guān)聯(lián)，采用“類比法”教學(xué)

《信號(hào)與系統(tǒng)》是《數(shù)字信號(hào)處理》的前修課程，二者在內(nèi)容和分析方法上有許多關(guān)聯(lián)之處，適合采用類比法進(jìn)行教學(xué)。例如，在講授時(shí)域離散信號(hào)——單位脈沖序列δ[k]時(shí)，可以和信號(hào)與系統(tǒng)中時(shí)域連續(xù)信號(hào)——單位沖激信號(hào)δ（t）進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，如圖2所示，這樣更容易掌握和記憶相關(guān)知識(shí)。類比法尤其適合于離散信號(hào)與系統(tǒng)的分析、Z變換和離散傅里葉變換等章內(nèi)容的教學(xué)。

圖2 類比法教學(xué)例圖

拓展學(xué)生思維，采用“引申比較式”教學(xué)

在英語(yǔ)教學(xué)中常采用引申比較式教學(xué)，即先引申出兩個(gè)以上的詞語(yǔ)，然后進(jìn)行比較。通過引申擴(kuò)大和豐富學(xué)生的詞匯量，通過比較幫助學(xué)生理解和使用語(yǔ)言。在《數(shù)字信號(hào)處理》教學(xué)中也可采用這種方法拓展學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講授Z的反變換時(shí)，采用引申比較式教學(xué)方法，依次對(duì)以下幾道例題進(jìn)行詳細(xì)講解。通過一道類型的題目可以延伸出四道不同類型的題目，而每一種類型都有固定的解法和步驟，這樣能夠使學(xué)生更加全面系統(tǒng)地理解和掌握不同類型題目的解題思路，同時(shí)也可使學(xué)生感受到這門課程的精彩紛呈之處，提高學(xué)習(xí)興趣，鍛煉思維能力。

弱化公式推導(dǎo)，強(qiáng)化對(duì)三個(gè)概念的理解

高職教育主要培養(yǎng)學(xué)生的技能，理論知識(shí)以“必需、夠用”為標(biāo)準(zhǔn)，在教學(xué)過程中應(yīng)以此為尺度。在《數(shù)字信號(hào)處理》課程的教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)弱化公式推導(dǎo)和理論證明，同時(shí)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對(duì)于繁瑣復(fù)雜公式背后三個(gè)概念的理解，即數(shù)學(xué)概念、物理概念及工程概念。例如，在講授離散傅里葉變換（DFT）時(shí)，應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)化對(duì)DFT公式的推導(dǎo)和證明。

數(shù)學(xué)概念：求有限長(zhǎng)離散時(shí)間序列x（n）的離散傅里葉變換，就是該序列x（n）與旋轉(zhuǎn)因子WN相乘后再相加的結(jié)果，通常情況下x（n）和WN都為復(fù)數(shù)。因此，離散傅里葉變換在數(shù)學(xué)表達(dá)式上就是復(fù)數(shù)乘法和復(fù)數(shù)加法運(yùn)算。數(shù)學(xué)概念是解決會(huì)算的問題。物理概念：n代表時(shí)域，k代表頻域，離散傅里葉變換的物理含義就是將時(shí)域有限長(zhǎng)序列變換到頻域有限長(zhǎng)序列。物理概念是解決用在哪里的問題。工程概念：在實(shí)際工程應(yīng)用領(lǐng)域，計(jì)算有限長(zhǎng)離散時(shí)間序列x（n）的離散傅里葉變換是否可直接用DFT的算法來(lái)運(yùn)算呢？由于DFT算法的運(yùn)算量太大，實(shí)際計(jì)算中則是采用的快速傅里葉變換（FFT）來(lái)進(jìn)行運(yùn)算。工程概念是解決在實(shí)際中如何用的問題。

一題兩用，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，加深原理理解

毫無(wú)疑問，《數(shù)字信號(hào)處理》是一門理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系的課程，尤其對(duì)高職院校的學(xué)生，在講授理論知識(shí)的同時(shí)，更應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。目前，最為流行的MATLAB軟件工具是能夠進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)的首選工具。安排實(shí)驗(yàn)除涵蓋了《數(shù)字信號(hào)處理》課程的主要內(nèi)容外，還要求學(xué)生對(duì)于課后的作業(yè)習(xí)題，除采用筆算外，在上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)再采用MATLAB語(yǔ)言編程仿真實(shí)現(xiàn)，即要求每道作業(yè)題采用兩種方法去求解。例如，求序列x（n）=[2，1，0，1]四點(diǎn)的離散傅里葉變換。采用筆算，可直接帶入DFT的定義式中進(jìn)行計(jì)算。即代入（5）式，得

可以得到：X（1）=2，X（2）=0，X（3）=2。

采用MATLAB編程仿真可得DFT仿真圖，如圖3所示。

通過一道習(xí)題兩種解題方法的對(duì)比，更能夠使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)也進(jìn)一步強(qiáng)化了實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。

《數(shù)字信號(hào)處理》是電子信息類專業(yè)一門理論性、實(shí)踐性都很強(qiáng)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，理解和掌握起來(lái)有一定的難度，尤其對(duì)高職院校層次的學(xué)生來(lái)說，要想學(xué)懂這門課程就更加有難度。針對(duì)這種情況，筆者在教學(xué)方法和教學(xué)手段方面進(jìn)行了一些新的探索和嘗試，并在教學(xué)過程中采用了以上的方法。實(shí)踐證明，教學(xué)效果良好，學(xué)生普遍感覺在學(xué)習(xí)這門課程的過程中理論知識(shí)變得容易理解，不再有高不可攀的感覺，學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性都有很大程度的提高，學(xué)習(xí)成績(jī)也有所進(jìn)步。

[1]劉大年.“數(shù)字信號(hào)處理”課程的形象化教學(xué)方法探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（4）:104-111.

[2]陳華，覃玉榮，陳海強(qiáng).“數(shù)字信號(hào)處理”課程及教學(xué)改革的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，32（6）:194-196.

[3]張慶榮，王憲.如何進(jìn)行《數(shù)字信號(hào)處理》課程的學(xué)習(xí)[J].中國(guó)科技信息，2007，27(10):290-292.

[4]陳后金，胡健，薛健，等.信號(hào)與系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，1999，(12):4-7.

G712

A

1672-5727（2010）07-0081-02

*本文系徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題《〈現(xiàn)代通信技術(shù)〉重點(diǎn)課程建設(shè)》（課題編號(hào)：90250886500129）的階段性研究成果

司元雷（1978—），男，江蘇徐州人，碩士，徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)閷拵o(wú)線通信與通信信號(hào)處理。

圖3 DFT仿真例圖