“數(shù)字信號(hào)處理”課程的教學(xué)改革研究與實(shí)踐

楊 暉 尹鳳杰 時(shí)書麗

（遼寧大學(xué)信息學(xué)院，遼寧 沈陽 110036）

0 引言

“數(shù)字信號(hào)處理”課程是通信與電子信息類專業(yè)的一門重要專業(yè)主干課，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的重要基礎(chǔ)。課程主要討論時(shí)域離散信號(hào)的頻域分析，離散傅里葉變換DFT及其快速算法FFT，數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)理論與方法，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本理論和基本方法，培養(yǎng)和提高學(xué)生的理論與實(shí)踐能力。

“數(shù)字信號(hào)處理”課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，涉及的數(shù)學(xué)工具較多，學(xué)習(xí)難度較大。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生會(huì)感到內(nèi)容抽象、枯燥，難學(xué)、難懂，學(xué)習(xí)興趣不足，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性不高，影響了學(xué)習(xí)效果。為提高教學(xué)質(zhì)量，需要對(duì)課程的教學(xué)進(jìn)行改革。

1 教學(xué)改革措施

1.1 課堂教學(xué)改革

豐富教學(xué)手段，改革教學(xué)模式，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)效果。充分利用MATLAB仿真工具和多媒體教學(xué)手段把理論教學(xué)形象化、直觀化。精心地制作和完善課程的多媒體課件，把抽象的概念、原理、設(shè)計(jì)過程等用波形、框圖、步驟的形式生動(dòng)、形象、直觀地進(jìn)行了表示。其中對(duì)一些重要的概念、結(jié)論和應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行MATLAB仿真，以曲線、圖形等形式進(jìn)行演示，有助于理解概念和原理，突出其物理意義及應(yīng)用。

例如在緒論部分介紹課程的主要內(nèi)容時(shí)，給出一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理的仿真實(shí)例（含噪信號(hào)的濾波處理），其處理過程和結(jié)果如圖1所示。其中，圖（a）是信號(hào)加噪聲的波形，沒有什么規(guī)律。圖（b）是利用DFT對(duì)圖（a）信號(hào)進(jìn)行的頻譜分析，從頻譜圖可以看出這是抑制載波的單頻調(diào)幅信號(hào)加高頻噪聲，可以用低通濾波器將噪聲濾除。可見譜分析很重要，而譜分析的方法是DFT，從而引出本課程的一個(gè)主要內(nèi)容是離散傅里葉變換（DFT）及其快速算法（FFT）。 圖（c）是根據(jù)圖（b）的頻譜而設(shè)計(jì)的FIR低通濾波器的幅頻特性，該濾波器可將信號(hào)中的噪聲濾除，在此引出本課程的另一個(gè)重要內(nèi)容是濾波器的設(shè)計(jì)。圖（d）是低通濾波后的信號(hào)波形，和圖（a）的波形相比，去除了噪聲，是抑制載波的單頻調(diào)幅信號(hào)。通過對(duì)這個(gè)仿真實(shí)例的演示和講解，形象、直觀地向?qū)W生介紹了數(shù)字信號(hào)處理課程的主要內(nèi)容以及譜分析和數(shù)字濾波的基本概念，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的興趣。

圖1 含噪信號(hào)的濾波處理

同時(shí)，對(duì)于重要的、復(fù)雜的理論推導(dǎo)（例如FFT算法原理）以及習(xí)題講解等，采用板書的教學(xué)方式，這樣有助于學(xué)生的思考、理解和掌握，也有利于課堂的互動(dòng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

合理安排、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和類型，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要遍及數(shù)字信號(hào)處理的基本理論，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論教學(xué)保持同步，在實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，安排了一些思考題和可以擴(kuò)展的內(nèi)容，滿足了不同層次學(xué)生的需要。實(shí)驗(yàn)類型分為驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性，大部分實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性和綜合性。

在實(shí)驗(yàn)過程中，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的操作指導(dǎo)，認(rèn)真了解每個(gè)學(xué)生的實(shí)際操作情況，及時(shí)回答和解決學(xué)生提出的問題，同時(shí)讓學(xué)生分析他所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并給出下一步的實(shí)驗(yàn)建議。通過實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)基本理論和原理的理解，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問題的實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

1.3 考核方法改革

完善課程的考核環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)和平時(shí)成績(jī)的考核，實(shí)現(xiàn)課程總成績(jī)是由期末考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和平時(shí)成績(jī)?nèi)糠值木C合評(píng)定。其中期末考試為閉卷，成績(jī)占70%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)（包括出勤、預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等）占20%，平時(shí)成績(jī)（包括出勤、課堂提問、作業(yè)等）占10%，從而比較客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)和能力。這種考核方式使學(xué)生注重了平時(shí)的學(xué)習(xí)和技能的訓(xùn)練，有助于提升學(xué)習(xí)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

2 結(jié)論

針對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”課程的地位和特點(diǎn)，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和考核方法等方面進(jìn)行了課程的教學(xué)改革。充分利用了MATLAB仿真工具和多媒體教學(xué)手段把理論教學(xué)形象化、直觀化，同時(shí)與板書相結(jié)合，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了教學(xué)效果；合理安排、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和類型，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生加深了對(duì)基本理論的理解，同時(shí)提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問題的實(shí)踐能力；采用多元化的考核方式，比較客觀地評(píng)價(jià)了學(xué)生的知識(shí)和能力，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。實(shí)踐表明，課程改革取得了良好的效果。

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［2］劉舒帆,費(fèi)諾,陸輝.數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)(MATLAB版)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008.

［3］賀偉,陳國振.“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)方法探索與研究[J].中國電力教育,2014(11):159-160.

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