“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

陳嘉琪 胡居榮

【摘要】“數(shù)字信號(hào)處理”課程已普遍成為大學(xué)本科電子信息工程專業(yè)必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著學(xué)科發(fā)展，“數(shù)字信號(hào)處理”課程的傳統(tǒng)教授方式在教學(xué)實(shí)踐中已日漸顯現(xiàn)出不相適應(yīng)的問(wèn)題。本文根據(jù)“ 數(shù)字信號(hào)處理” 的課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，從數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的運(yùn)用以及學(xué)生學(xué)習(xí)的方法三個(gè)方面闡述了數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)方法。教學(xué)實(shí)踐表明，運(yùn)用合適的教學(xué)方法和指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用得當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法進(jìn)行“數(shù)字信號(hào)處理”課程的學(xué)習(xí)和研究，可以收到良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字信號(hào)處理;教學(xué)方法;教學(xué)實(shí)踐

隨著科學(xué)技術(shù)近年來(lái)的迅猛發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已成為我國(guó)實(shí)施以信息化帶動(dòng)工業(yè)化戰(zhàn)略的橋梁，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、通信工程、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域[1]。由于數(shù)字信號(hào)處理這一學(xué)科的內(nèi)容相當(dāng)豐富，與此有關(guān)的技術(shù)又在許多技術(shù)領(lǐng)域起著越來(lái)越重要的作用。在這樣的背景下，“數(shù)字信號(hào)處理”課程在信息類高等教育體系中占有顯著的地位[2]，目前國(guó)內(nèi)外許多高校都已開(kāi)設(shè)“數(shù)字信號(hào)處理”課程，并作為大學(xué)本科電子通信專業(yè)必修的主干課和重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。

“數(shù)字信號(hào)處理”課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、抽象概念多、起點(diǎn)高、難度大、數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密。作為電子信息工程專業(yè)的主干課程具有承上啟下的作用。承上的角度說(shuō)，這門(mén)課的學(xué)習(xí)具有一定的門(mén)檻，需要學(xué)生先行學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)、信號(hào)與系統(tǒng)、電路等課程，對(duì)信號(hào)處理有一定的認(rèn)識(shí)。啟下的角度講，這門(mén)課的理論與實(shí)踐結(jié)合比較緊密，系統(tǒng)學(xué)習(xí)后可以培養(yǎng)和提高同學(xué)們對(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的能力，為今后的研究和技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前，“數(shù)字信號(hào)處理”課程在教學(xué)中已日漸顯現(xiàn)出與實(shí)踐不相適應(yīng)的問(wèn)題[3]。傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理課程在教學(xué)的過(guò)程中往往突出數(shù)學(xué)分析，注重?cái)?shù)學(xué)推導(dǎo)，工程概念相對(duì)薄弱，理論聯(lián)系實(shí)際不夠，較少涉及實(shí)現(xiàn)方法及相關(guān)的軟硬件技術(shù)，特別是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、技術(shù)技能和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)等方面與科技界、產(chǎn)業(yè)界的要求相去較遠(yuǎn)。這勢(shì)必使得學(xué)生在聽(tīng)課的過(guò)程中會(huì)感到內(nèi)容枯燥，缺乏學(xué)習(xí)興趣。所以“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)的改革與實(shí)踐勢(shì)在必行。

一、數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)內(nèi)容及考核方式的探討

1.教學(xué)內(nèi)容選擇原則

數(shù)字信號(hào)處理這門(mén)課程涉及的理論非常豐富，邏輯性很強(qiáng)。由于大部分知識(shí)點(diǎn)都與數(shù)學(xué)緊密相連，過(guò)于強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)的推導(dǎo)一方面會(huì)掩蓋數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)質(zhì)，另一方面會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理。因此我們?cè)谡n堂教學(xué)中必須合理地篩選授課內(nèi)容，在側(cè)重基本概念、基本原理和基本方法原則指導(dǎo)下，重點(diǎn)講授帶有普遍意義的知識(shí)點(diǎn)，而對(duì)相似的知識(shí)只進(jìn)行簡(jiǎn)單地介紹。同時(shí)，還應(yīng)盡量減少公式推導(dǎo)，通過(guò)分析和處理具體的信號(hào)，用直觀的圖形表示結(jié)果，便于學(xué)生接受。

2.考試安排

數(shù)字信號(hào)處理課程的考試如果僅僅著眼于考查學(xué)生套用公式的計(jì)算能力和熟練程度，難免會(huì)造成學(xué)生以應(yīng)試為目標(biāo)的死記硬背，生搬硬套。從而忽略了對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，并造成學(xué)生的考試成績(jī)不反映真實(shí)水平的情況。因此，在新的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)思想的指導(dǎo)下，我們對(duì)課程考試方式及內(nèi)容進(jìn)行了一些改革和調(diào)整。在考核方式上。我們加大了平時(shí)成績(jī)的比重，由以前的20% 增加到30%，其中出勤占10%，平時(shí)作業(yè)占10%，還有10%是課堂問(wèn)答，這樣可以提高學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性，一定程度上糾正一部分學(xué)生平時(shí)不學(xué)，考前突擊的情形。在考核內(nèi)容上，我們將注重計(jì)算轉(zhuǎn)移到注重分析和理解上，在強(qiáng)調(diào)考核基本內(nèi)容、基本概念以及知識(shí)的綜合應(yīng)用的同時(shí)，加大綜合與分析型試題的比重。這樣，可以相對(duì)較為客觀地考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行更為合理公正的評(píng)估。

二、數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)方法的改革

1.基于知識(shí)結(jié)構(gòu)分類的教學(xué)手段

數(shù)字信號(hào)處理課程的主要內(nèi)容可以分為三塊：1）線性時(shí)不變系統(tǒng)的基本概念，這是后續(xù)課程內(nèi)容的理論基石;2）離散傅里葉變換，這是全書(shū)的重點(diǎn);3）數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，這部分內(nèi)容與工程實(shí)際的聯(lián)系比較緊密。

根據(jù)這三部分內(nèi)容特點(diǎn)上的不同，我們進(jìn)行了一系列教學(xué)改革，在授課時(shí)采取的授課方式各有側(cè)重。第一部分線性時(shí)不變系統(tǒng)，授課時(shí)以講授為主，教學(xué)目標(biāo)是強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基本概念的理解與認(rèn)識(shí)，同時(shí)盡量生動(dòng)有趣，激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣。第二部分離散傅里葉變換，涉及較多的數(shù)學(xué)理論，難度相對(duì)比較大，是本課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，授課時(shí)需要講授和互動(dòng)相結(jié)合，講清講透重點(diǎn)內(nèi)容的基本概念，同時(shí)通過(guò)課堂練習(xí)和程序仿真展示，加深學(xué)生的理解。第三部分?jǐn)?shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，以引導(dǎo)學(xué)生為主，在講授基本方法和范例展示之后，需要重點(diǎn)突出學(xué)生的參與，加強(qiáng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)仿真環(huán)節(jié)，并對(duì)學(xué)生自學(xué)過(guò)程中遇到的困難進(jìn)行及時(shí)的指導(dǎo)。

2.將知識(shí)遷移運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐

“信號(hào)與系統(tǒng)”作為“數(shù)字信號(hào)處理”的重要先修課程，在基礎(chǔ)理論部分與本課程在離散信號(hào)與系統(tǒng)部分存在內(nèi)容上的重疊[4]。為了完成對(duì)兩門(mén)課程的高效銜接，經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，我們對(duì)兩門(mén)課程的重疊內(nèi)容采取的教學(xué)策略是：首先讓學(xué)生自學(xué)，之后在課堂教學(xué)中如遇到相關(guān)知識(shí)作為基礎(chǔ)，教師將比較兩門(mén)課程中的相似概念，這樣既調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)、思考能力，同時(shí)利用知識(shí)遷移這一教學(xué)思想將有限的學(xué)時(shí)更好地用在后續(xù)課程的教學(xué)中，也減少了相應(yīng)的授課學(xué)時(shí)，事半功倍。

3.基于Matlab的課程實(shí)踐

“數(shù)字信號(hào)處理”是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在教學(xué)中結(jié)合適當(dāng)?shù)膶?shí)踐環(huán)節(jié)可以有助于深入理解理論知識(shí)。Matlab是當(dāng)前國(guó)外信號(hào)處理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域最為流行的仿真軟件之一，具有語(yǔ)言規(guī)則簡(jiǎn)捷，程序編制、調(diào)試簡(jiǎn)單，效率高的特點(diǎn)。我們?cè)谡n堂教學(xué)中介紹Matlab的應(yīng)用，給出若干習(xí)題Matlab仿真做法和仿真結(jié)果，使學(xué)生學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)解決理論問(wèn)題。同時(shí)在Matlab仿真實(shí)驗(yàn)課程中，我們鼓勵(lì)學(xué)生勤于思考，多樣化解決問(wèn)題，拓展了傳統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)的深度和廣度，達(dá)到夯實(shí)學(xué)生理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)。

三、結(jié)束語(yǔ)

目前“數(shù)字信號(hào)處理”課程已是國(guó)內(nèi)外大學(xué)電子信息學(xué)科重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)又往往被學(xué)生們認(rèn)為是門(mén)難課。對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程的改革是電子信息類專業(yè)課程教師一項(xiàng)刻不容緩的職責(zé)。我們結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)和課堂教學(xué)模式等方面做了一系列改革的嘗試，并進(jìn)行深入的分析、總結(jié)。實(shí)踐證明教學(xué)改革取得了一定的效果，激發(fā)了學(xué)生對(duì)該課程的興趣，拓寬了學(xué)生的視野。今后，隨著數(shù)字信號(hào)處理理論的進(jìn)一步豐富和完善，我們還將不斷汲取新的知識(shí)，掌握本專業(yè)的發(fā)展方向，把本學(xué)科的新技術(shù)、新理論引入課堂，最終促進(jìn)電子信息專業(yè)的持續(xù)深度發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程[M].第三版.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[2]盧鐵兵.崔翔等.電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)數(shù)字信號(hào)處理課程建設(shè)[C].第二屆全國(guó)高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集（下冊(cè)），2004：438-442.

[3]汪西原.“數(shù)字信號(hào)處理”課程實(shí)踐教學(xué)改革的探索[J].高等理科教育，2005，5：94-96.

[4]張永瑞，張妮.信號(hào)與系統(tǒng)與數(shù)字信號(hào)處理兩課程教學(xué)內(nèi)容的一種整合方案[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23（1）：10-12.