“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)探索與實(shí)踐

摘要：介紹了“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)改革的理念、創(chuàng)新研究性教學(xué)的方法與措施，給出了相應(yīng)的改進(jìn)教學(xué)的教學(xué)手段。教學(xué)改革思想和方法在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用，收到了較好的效果。該研究對(duì)于進(jìn)一步研究課程教學(xué)具有很好的示范作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；教學(xué)方法與措施；教學(xué)手段

作者簡(jiǎn)介：王玉德（1970-），男，山東臨朐人，曲阜師范大學(xué)物理工程學(xué)院，副教授。（山東 曲阜 273165）

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0096-01

“數(shù)字信號(hào)處理”課程是電子信息、通信工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，“數(shù)字信號(hào)處理”課程在專業(yè)課程體系中的作用和地位日益突出。但是，“數(shù)字信號(hào)處理”課程內(nèi)容抽象、公式多，數(shù)值計(jì)算的物理意義不明顯，不容易理解，學(xué)生學(xué)習(xí)較困難。[1-6]針對(duì)課程的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，結(jié)合多年的課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)改革探索的成果，在課程教學(xué)過(guò)程中，采用了課堂互動(dòng)、角色轉(zhuǎn)換、板書(shū)推導(dǎo)與多媒體課件以及創(chuàng)新應(yīng)用課題研究等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。

一、教學(xué)理念

1.理論與實(shí)踐并重，不斷進(jìn)行教學(xué)研究，將研究成果應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程中

理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)是相互交叉、相互滲透的，實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的延伸與應(yīng)用。理論教學(xué)過(guò)程中注重理論與實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合，合理分配課堂時(shí)間安排，適當(dāng)?shù)卦诶碚摻虒W(xué)過(guò)程中應(yīng)用實(shí)踐性教學(xué)手段進(jìn)行理論教學(xué)內(nèi)容的驗(yàn)證與演示，把課堂教學(xué)時(shí)間按6∶2∶2的分配比例完成課堂的理論講解、例題與習(xí)題解答、現(xiàn)場(chǎng)仿真演示等教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生既看到理論知識(shí)的推導(dǎo)過(guò)程，又能看到理論知識(shí)的應(yīng)用結(jié)果。在教學(xué)過(guò)程中，注重研究教材、教學(xué)方法以及學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，針對(duì)課程章節(jié)內(nèi)容的聯(lián)系與不同，探索和研究有針對(duì)性、靈活的教學(xué)方法解決課程教與學(xué)的問(wèn)題。

2.正確處理和銜接好“數(shù)字信號(hào)處理”課程與前、后續(xù)課程的關(guān)系

“數(shù)字信號(hào)處理”課程在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程后開(kāi)設(shè)，它的后續(xù)課程一般有“數(shù)字圖像處理”、“語(yǔ)音信號(hào)處理”以及“DSP原理與應(yīng)用”等課程。在課程講授過(guò)程中講清楚“數(shù)字信號(hào)處理”課程與“信號(hào)與系統(tǒng)”以及后續(xù)課程的聯(lián)系與不同，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠清楚“數(shù)字信號(hào)處理”與前授、后續(xù)課程的關(guān)系，明確課程任務(wù)，帶著目的、興趣去學(xué)習(xí)。還可以使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)能夠構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，有利于學(xué)生對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

3.創(chuàng)新性課題研究與理論教學(xué)相互促進(jìn)

緊密結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，將課堂教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)密切結(jié)合，在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中讓學(xué)生能夠看到或了解到所學(xué)課程在哪些方面有具體應(yīng)用。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系實(shí)際的課題，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用信號(hào)處理理論解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的創(chuàng)新型研究，做到邊學(xué)知識(shí)邊進(jìn)行課題研究，研究促進(jìn)理論教學(xué)，使學(xué)生可以做到學(xué)以致用。

二、教學(xué)方法與措施

1.整合教材內(nèi)容，優(yōu)化課時(shí)分配

“信號(hào)與系統(tǒng)”、“自動(dòng)控制原理”與“數(shù)字信號(hào)處理”等課程中都對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論部分進(jìn)行了闡述，對(duì)于單門(mén)課程來(lái)講保證了課程體系的完整性，但縱觀整個(gè)專業(yè)的課程體系就出現(xiàn)了內(nèi)容的重復(fù)。為解決課程內(nèi)容的銜接問(wèn)題，又能優(yōu)化課程課時(shí)分配，將課程重疊的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)部分進(jìn)行整合處理。

2.進(jìn)行課題研究，研究促進(jìn)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)

應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)手段進(jìn)行教學(xué)改革，解決學(xué)生理論知識(shí)學(xué)習(xí)的融會(huì)貫通問(wèn)題。讓學(xué)生訪問(wèn)國(guó)內(nèi)、外著名大學(xué)的相關(guān)數(shù)字信號(hào)處理課程的網(wǎng)站，學(xué)習(xí)國(guó)外課程綜合大作業(yè)的完成與考核方式，鼓勵(lì)學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間選擇老師指定或自己擬定的課題，利用所學(xué)的知識(shí)提出問(wèn)題、分析問(wèn)題并應(yīng)用相關(guān)工具工具解決問(wèn)題。在研究的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)研究報(bào)告并進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，通過(guò)解決問(wèn)題和學(xué)術(shù)交流來(lái)提高學(xué)生應(yīng)用信號(hào)處理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.進(jìn)行教材建設(shè)，保證教材內(nèi)容的先進(jìn)性

教材是進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的重要媒介，必須保證教材內(nèi)容的科學(xué)性、適用性和先進(jìn)性。緊跟數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將科研成果和教學(xué)改革成果融入教材內(nèi)容中。通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用實(shí)例的闡述和應(yīng)用圖片的展示導(dǎo)入課程，知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系框圖給出章節(jié)內(nèi)容之間的聯(lián)系，知識(shí)拓展模塊進(jìn)一步地闡明課程內(nèi)容的延伸，進(jìn)一步優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容。[7]

4.改革實(shí)踐教學(xué)模式，提高實(shí)踐教學(xué)效果

改革原有的實(shí)踐教學(xué)方法，實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)通過(guò)課堂演示、基于MATLAB的算法仿真驗(yàn)證及分析、基于DSP的硬件算法綜合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等三個(gè)層次的實(shí)踐活動(dòng)來(lái)完成。通過(guò)課堂演示的形式介紹數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用實(shí)例和基本的數(shù)值計(jì)算，MATLAB軟件來(lái)驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的基本算法，采用創(chuàng)新性習(xí)題訓(xùn)練、DSP硬件實(shí)現(xiàn)等手段完成綜合與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的改革與實(shí)施，使學(xué)生具備工程開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的能力，深化數(shù)字信號(hào)處理理論，提高實(shí)踐教學(xué)效果。

三、教學(xué)手段

第一，針對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”課程的特點(diǎn)，借助MATLAB軟件來(lái)解決數(shù)字信號(hào)處理概念抽象、基本理論和分析方法難以理解的問(wèn)題。應(yīng)用MATLAB軟件完成序列的運(yùn)算、連續(xù)信號(hào)的采樣、離散傅里葉變換、DFT分析連續(xù)非周期信號(hào)的頻譜以及濾波器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用等，使學(xué)生可以直觀看到數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，明白數(shù)值計(jì)算的目的和意義，幫助學(xué)生進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)和深化課堂上學(xué)到的有關(guān)數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本原理以及基本的信號(hào)處理操作。

第二，改變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)為引導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)，靈活運(yùn)用板書(shū)、課堂軟件仿真演示、多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種教學(xué)手段?；驹砗突痉椒ǖ耐茖?dǎo)和證明應(yīng)用板書(shū)講解，讓學(xué)生跟上老師的教學(xué)思路；難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容，還要在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用MATLAB仿真演示，使學(xué)生親身感受數(shù)字信號(hào)處理算法的性能，鞏固所學(xué)的基本理論知識(shí)；例題與習(xí)題解答使學(xué)生學(xué)會(huì)分析問(wèn)題和分析問(wèn)題的方法，鞏固基本理論；對(duì)于一些需要形象理解、圖示舉例以及演示的部分，采用多媒體教學(xué)方式，充分利用聲音、圖像、視頻、動(dòng)畫(huà)等多種形式進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)；課后的復(fù)習(xí)、相關(guān)背景知識(shí)的學(xué)習(xí)以及課堂內(nèi)容的擴(kuò)展部分，可以在課程網(wǎng)站上自助或在線尋求老師幫助解決問(wèn)題，也可在論壇上進(jìn)行學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)交流。

第三，加強(qiáng) MATLAB 實(shí)現(xiàn)與數(shù)字信號(hào)處理理論相結(jié)合的教學(xué)方式。注重理論教學(xué)與算法實(shí)現(xiàn)相結(jié)合的教學(xué)環(huán)節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用MATLAB軟件或其他工具完成自擬或老師指定的創(chuàng)新性課題研究，使學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的同時(shí)能夠?qū)W會(huì)查閱文獻(xiàn)資料，完成相關(guān)的課題研究，學(xué)會(huì)撰寫(xiě)并提交課題研究報(bào)告。通過(guò)理論講解、學(xué)生研究等各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)提高學(xué)生的應(yīng)用能力。同時(shí)，把課題研究的評(píng)價(jià)成績(jī)納入課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)之中，使成績(jī)考核分散在教學(xué)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，使得成績(jī)的評(píng)定更加合理、客觀、全面，其檢查、幫助和引導(dǎo)的效果更明顯，調(diào)動(dòng)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性，收到了比較滿意的教學(xué)效果。

四、小結(jié)

針對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”課程特點(diǎn)，通過(guò)多種介質(zhì)展示和闡述數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)，讓學(xué)生明確課程學(xué)習(xí)目的和知識(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。在教學(xué)過(guò)程中整合教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法，采用靈活多樣的教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生完成創(chuàng)新性課題研究。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐和探索，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果明顯提高，教學(xué)質(zhì)量有大幅提升。

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（責(zé)任編輯：王意琴）