現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理課程建設(shè)與改革探索

歐先鋒，李宏民，羅百通，彭 鑫，郭龍?jiān)?/p>

(湖南理工學(xué)院a.信息與通信工程學(xué)院；b.物理與電子學(xué)院，湖南 岳陽 414006)

現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理課程建設(shè)與改革探索

歐先鋒a，李宏民b，羅百通a，彭 鑫a，郭龍?jiān)碼

(湖南理工學(xué)院a.信息與通信工程學(xué)院；b.物理與電子學(xué)院，湖南 岳陽 414006)

針對(duì)“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”課程數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)復(fù)雜、抽象難懂，兼具較深的理論性和很強(qiáng)的工程實(shí)踐性等特點(diǎn)，為了使學(xué)生更好地掌握該課程相關(guān)的理論知識(shí)，以培養(yǎng)學(xué)生成為能夠解決實(shí)際工程問題的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，從教學(xué)一線教師隊(duì)伍培養(yǎng)，課堂教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，教學(xué)手段、方法的革新以及針對(duì)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)和考核等方面入手，對(duì)該課程建設(shè)與改革展開分析和闡述。

現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理；教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化；課程建設(shè)與改革；應(yīng)用能力培養(yǎng)

信息與科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展是21世紀(jì)的典型特征。時(shí)代的發(fā)展離不開專業(yè)的人才，因此，培養(yǎng)有知識(shí)、有素質(zhì)、有技能的應(yīng)用型專業(yè)人才是高等教育在新時(shí)代的人才培養(yǎng)中的一個(gè)重要責(zé)任。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及集成電路的(超)大規(guī)模化而快速革新，它是信息技術(shù)的重要組成部分?；诟怕式y(tǒng)計(jì)理論的現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)主要是對(duì)離散隨機(jī)過程信號(hào)在時(shí)變、非線性系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，目前已經(jīng)在醫(yī)療、航空航天、電子技術(shù)、通信、雷達(dá)探測等各行各業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，而且這種影響的廣度和深度必將更持久和更深入?！艾F(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”是電子電氣、通信與信息系統(tǒng)類專業(yè)碩士研究生的一門主干課程，本文將結(jié)合我校相關(guān)專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)，以我校校級(jí)碩士研究生精品建設(shè)課程“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”建設(shè)為契機(jī)，以培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的人才為目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生掌握理論知識(shí)，增強(qiáng)解決實(shí)際問題能力為出發(fā)點(diǎn)，從一線教師隊(duì)伍培養(yǎng)，教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，教育手段和方法以及學(xué)生應(yīng)用能力考核改革等方面，對(duì)該課程建設(shè)與改革展開分析和闡述。

1 組建具有較強(qiáng)工程應(yīng)用能力的一線教師隊(duì)伍

中青年教師是教學(xué)、科研的骨干。本學(xué)科應(yīng)積極鼓勵(lì)中青年教師提高專業(yè)水平和授課能力，如參加進(jìn)修課程班的學(xué)習(xí)，或者通過教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、教學(xué)效果好的教師以“傳幫帶”的方式，促進(jìn)整個(gè)一線授課教師隊(duì)伍在年齡層次達(dá)到優(yōu)化。針對(duì)該課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，充分發(fā)揮我校創(chuàng)新實(shí)習(xí)基地的作用，讓更多的老師在基地中增強(qiáng)自身的應(yīng)用能力，從而促進(jìn)教師綜合能力得到提升。

礦體厚度：礦體的厚度分為兩個(gè)明顯的區(qū)間（圖2B），1～3 m為一個(gè)區(qū)間，4～7 m為另一個(gè)區(qū)間。兩個(gè)區(qū)間的資源量曲線變化也明顯存在較大的落差及間斷，礦體厚度與資源量的貢獻(xiàn)關(guān)系總體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即厚度越大，對(duì)資源量的貢獻(xiàn)越小。對(duì)資源量貢獻(xiàn)最大的礦體厚度為1～2 m，占總量的70%，這與礦床礦體多為薄脈型特征相符。

教師在教學(xué)中起著主導(dǎo)作用，學(xué)生質(zhì)量很大程度上取決于教師的綜合能力和綜合水平。通過引入高水平博士生或鼓勵(lì)一線專職教師繼續(xù)學(xué)習(xí)深造，讓其在本學(xué)科及相關(guān)學(xué)科具有較高的學(xué)術(shù)造詣和研究經(jīng)驗(yàn)。培養(yǎng)教師熱愛教學(xué)，積極主動(dòng)參與教學(xué)，敦促教師關(guān)愛、關(guān)心學(xué)生，和學(xué)生建立良好的溝通氛圍。鼓勵(lì)教師對(duì)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)進(jìn)行指導(dǎo)，促使其完成基本實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)[1]。

推進(jìn)教學(xué)和科研的有機(jī)整合。鼓勵(lì)教師通過科研掌握新方法、了解新動(dòng)向、形成新思路。同時(shí)積極推進(jìn)本科教學(xué)和研究生教學(xué)相結(jié)合，以此來積累從事數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和授課技藝[2]。通過開展學(xué)校范圍、院系范圍、教研室范圍三層次開放式的“教學(xué)沙龍”活動(dòng)，集眾所長，提升教師隊(duì)伍的整體教學(xué)素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力，通過2～3年的教學(xué)積累，逐漸形成自己特有的授課風(fēng)格。

約50%的T2DM患者伴有血脂代謝紊亂，這是造成其心血管病變和血栓形成的獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一[18]。多項(xiàng)研究證明，二甲雙胍能改善機(jī)體脂肪合成與代謝，有效降低血漿TG、TC、LDL-C水平，升高高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平[33-35]。但目前關(guān)于該藥減輕體質(zhì)量、調(diào)節(jié)血脂水平的具體機(jī)制研究以及臨床研究均有待進(jìn)一步完善。

2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，理論知識(shí)與應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合

“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”是一個(gè)研究算法、有很強(qiáng)實(shí)用性的課程，這些算法主要是用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)相關(guān)的數(shù)值計(jì)算[5]?！艾F(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”課程是許多專業(yè)的一個(gè)重要的基礎(chǔ)課程，其課程內(nèi)容既需要深厚的數(shù)學(xué)知識(shí)，又需要與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系，其理論、算法和技術(shù)手段發(fā)展快速，因此，有必要加大課程內(nèi)容的整合和教學(xué)體系的改革。擬從4個(gè)方面來著手實(shí)現(xiàn)課程改革：1)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論的學(xué)習(xí)和理解，強(qiáng)調(diào)如離散傅里葉變換、數(shù)字濾波器等的物理本質(zhì)和工程概念，淡化其數(shù)學(xué)技巧和運(yùn)算推導(dǎo)；2)精選教學(xué)內(nèi)容，相關(guān)教師集體備課，確定每章節(jié)教學(xué)重、難點(diǎn)，重組融合知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)模塊。3)授課內(nèi)容保持相對(duì)穩(wěn)定又要實(shí)現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)最新科技的發(fā)展增加一些新內(nèi)容，刪除一些過時(shí)的東西，以保證內(nèi)容的先進(jìn)性。4)加強(qiáng)以工程實(shí)踐為主的DSP技術(shù)內(nèi)容，著重學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，作業(yè)以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更體現(xiàn)工程性、設(shè)計(jì)性、討論性和綜合性，側(cè)重于學(xué)生對(duì)分析方法和典型應(yīng)用能力的掌握。

“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”課程具有眾多的復(fù)雜數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，這就越加使得其內(nèi)容和理論概念抽象化。因?yàn)楣た祁愌芯可臄?shù)學(xué)理論較為缺乏，而且課程的學(xué)時(shí)相對(duì)有限，若任課教師的教學(xué)方法不當(dāng)，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生常會(huì)感到索然無味，對(duì)理論知識(shí)難以理解和掌握，易使學(xué)生產(chǎn)生畏難的心理，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)的興趣。傳統(tǒng)的授課中，教師偏重基礎(chǔ)理論的講授和算法的公式推導(dǎo)，學(xué)生可能會(huì)認(rèn)為這門課程更像是一門數(shù)學(xué)理論課，不利于他們理解數(shù)學(xué)概念中所蘊(yùn)含的深層次的物理和工程意義，也不利于學(xué)生以后從事有關(guān)信號(hào)處理領(lǐng)域的研究工作。因此，如何達(dá)到增強(qiáng)他們對(duì)知識(shí)的理解、掌握、會(huì)用的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的應(yīng)用實(shí)踐能力是本課程教學(xué)過程中要解決的關(guān)鍵問題。為此，需要改革傳統(tǒng)的主要以“灌輸書本理論知識(shí)”的填鴨式教學(xué)模式，逐步轉(zhuǎn)化為以“學(xué)生能力提升”的啟發(fā)式教學(xué)模式。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維習(xí)慣，適當(dāng)減少復(fù)雜理論和公式推導(dǎo)的講授，增加學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課外輔導(dǎo)，課堂授課和課外輔導(dǎo)有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)以致用。引導(dǎo)研究生使用網(wǎng)絡(luò)和查找學(xué)術(shù)期刊以獲取該領(lǐng)域最新的技術(shù)成果，充分利用互聯(lián)網(wǎng)，搜索國內(nèi)各知名高校甚至是國際上各高校所開設(shè)的“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”課程相關(guān)內(nèi)容，包括其所使用的教材、授課大綱、教學(xué)課件、設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)、歷年的考試考核內(nèi)容及答案等各種教學(xué)資源，從而培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和習(xí)慣。以分組討論的方式，共享信息和資源，以此來拓展學(xué)生的知識(shí)面和視野。而對(duì)于授課教師，通過這些共享的教學(xué)資源，可以較好的提高備課效率，能夠追蹤到當(dāng)前的發(fā)展趨勢，保持與同行相向而行，甚至是齊頭并進(jìn)之勢，達(dá)到國內(nèi)同類課程的先進(jìn)水平。將基礎(chǔ)知識(shí)與教師的相關(guān)工程項(xiàng)目結(jié)合起來，如“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”的自相關(guān)函數(shù)知識(shí)部分和圖像處理方向的圖像統(tǒng)計(jì)特性部分結(jié)合起來，并通過項(xiàng)目實(shí)例加深理解，既加深對(duì)基本理論的理解，也鍛煉學(xué)生將理論貫穿到實(shí)際的應(yīng)用動(dòng)手能力。

“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”課程有如下特點(diǎn)[3]：1)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，不僅要有經(jīng)典數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)，而且要掌握線性代數(shù)、矩陣?yán)碚?、概率理論、?shù)理統(tǒng)計(jì)、復(fù)變函數(shù)等多門工程數(shù)學(xué)知識(shí)；2)課程內(nèi)容比較抽象，用抽象的數(shù)學(xué)語言來描述現(xiàn)代信息處理技術(shù)，大多數(shù)內(nèi)容缺乏直觀性；3)緊密聯(lián)系工程應(yīng)用實(shí)踐，課程內(nèi)容來源于工程實(shí)踐并用數(shù)學(xué)語言描述，而分析結(jié)果又將應(yīng)用于工程實(shí)踐。根據(jù)這些課程特點(diǎn)，我們選用了何子述、夏威等編著的《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理及其應(yīng)用》。該書用較為淺顯的方式講述了現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理中的基本概念，使讀者易于理解、掌握；同時(shí)邏輯嚴(yán)密地對(duì)基本理論、基本公式進(jìn)行了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和理論證明；并且注重理論算法與具體工程應(yīng)用相結(jié)合，主要表現(xiàn)為書中的各章在對(duì)基本理論進(jìn)行介紹后，對(duì)其在實(shí)際工程中的應(yīng)用給出具體實(shí)例，這有助于學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

3 革新教學(xué)方法與手段，以工程實(shí)例提升教學(xué)效果

“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”內(nèi)容廣泛，不同的研究方向?qū)ο鄳?yīng)需求的差別也比較大。為了最大限度地滿足來自不同研究方向的研究生的學(xué)習(xí)需求，使課程內(nèi)容與工程實(shí)踐緊緊結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，可在授課時(shí)，根據(jù)學(xué)科方向不同，對(duì)教材的部分內(nèi)容有所側(cè)重，以此來拓寬學(xué)生的知識(shí)面。教師在授課過程中適時(shí)地引入最新研究成果，將課程內(nèi)容與近段時(shí)間世界上發(fā)生的重要科技事件聯(lián)系起來，講講課程內(nèi)容里面提到的技術(shù)在其中充當(dāng)?shù)慕巧蛻?yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生更為深入地思考問題。如譜估計(jì)在無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例，學(xué)生不僅聽課時(shí)趣味盎然，課后也積極思考、動(dòng)手操作，從而激發(fā)了他們解決問題的潛能。

（2）一些企業(yè)缺乏對(duì)成本控制的理念。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，路橋技術(shù)也不斷地更新?lián)Q代。在這種情況下，部分企業(yè)無法跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。路橋技術(shù)的更新?lián)Q代，也帶來了路橋管理技術(shù)的更新。企業(yè)只是學(xué)習(xí)了在建造路橋方面先進(jìn)的技術(shù)，而忽略了現(xiàn)代企業(yè)路橋成本控制方面的技術(shù)，沒有成本控制的理念。如果想要企業(yè)得到發(fā)展，就要求公司領(lǐng)導(dǎo)有成本控制的理念，并且付諸實(shí)踐。在公司中建立良好的成本控制體系，這樣才能保證企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

4 改革考試和考核模式，注重學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)

“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”注重理論、算法和具體工程應(yīng)用相結(jié)合，若只考核學(xué)生對(duì)算法原理和繁瑣的公式證明，是無法真正地了解學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)掌握的程度，學(xué)生只能通過死記硬背的方式通過考試，同時(shí)學(xué)生也不能運(yùn)用學(xué)到的理論知識(shí)解決相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用問題，很難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和動(dòng)手實(shí)踐能力的要求。因此我們對(duì)這門課程的考核方式進(jìn)行相應(yīng)的改革，注重學(xué)生動(dòng)手能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。教師在授課過程中，講解完相關(guān)理論知識(shí)和算法原理后，更注重實(shí)踐的重要性，學(xué)生帶筆記本電腦上課，及時(shí)通過代碼實(shí)現(xiàn)，加深對(duì)算法理論的理解。比如上課時(shí)針對(duì)教材中關(guān)于隨機(jī)信號(hào)分析、最佳線性濾波器、維納濾波器、自適應(yīng)信號(hào)處理、譜估計(jì)等教學(xué)內(nèi)容來設(shè)計(jì)案例，鼓勵(lì)并督促學(xué)生用Matlab語言完成相應(yīng)的仿真，這樣不僅有助于學(xué)生理解該課程中的抽象概念，也能夠有效地提高學(xué)生分析問題、解決問題的應(yīng)用能力，讓學(xué)生在解決問題的這種喜悅中獲得成就感，實(shí)現(xiàn)高效地學(xué)、快樂地學(xué)。每次我們都按學(xué)生完成情況給予相應(yīng)的平時(shí)成績。最后，在課程學(xué)習(xí)的結(jié)課階段，設(shè)計(jì)3個(gè)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目，并設(shè)置2～3個(gè)小問題。學(xué)生2～3人1組，設(shè)1名小組長，組員通力協(xié)作，完成代碼編寫和調(diào)試，并完成相應(yīng)報(bào)告內(nèi)容。小組長向全班同學(xué)講解解決實(shí)際問題的過程，包括代碼演示和答辯的相關(guān)問題，小組所有成員參加答辯，以此作為學(xué)生結(jié)課成績的考核依據(jù)。這樣的考核方式，并不拘泥于學(xué)生追求一個(gè)高分?jǐn)?shù)，而是主要考核和檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)掌握情況，更能充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及應(yīng)用能力，使學(xué)生得到良好訓(xùn)練的同時(shí)，深化和鞏固理論知識(shí)，為學(xué)生以后在工作學(xué)習(xí)中完成相關(guān)的工程項(xiàng)目奠定相關(guān)的應(yīng)用能力基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

對(duì)“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”課程進(jìn)行了1年多的建設(shè)與改革，使學(xué)生能夠真正透徹掌握其理論知識(shí)內(nèi)容，算法實(shí)現(xiàn)，并能學(xué)以致用，具備很好的解決實(shí)際問題的動(dòng)手能力和應(yīng)用能力。通過多方面的改革，努力培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，創(chuàng)造性。前期的實(shí)踐證明，這些建設(shè)和改革的探索效果顯著，能夠明顯提升學(xué)生的整體素質(zhì)和綜合能力。

[1]蔡竟業(yè)，楊金，柬朱，等.國家精品課程《數(shù)字信號(hào)處理》的建設(shè)與實(shí)踐[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)(社科版)，2005，7(S1)：52-54.

[2] 朱冰蓮.數(shù)字信號(hào)處理精品課程建設(shè)的探索[J].高等建筑教育，2007，16(2)：95-97.

[3] 王秋生，袁海文，崔勇.《現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理》的教學(xué)研究與實(shí)踐[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2009，22(4)：77-80.

[4] 高遠(yuǎn)，袁海英，吳艷.現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2012(16)：93-94.

[5] 李梅，劉俊華.“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國地質(zhì)教育，2010，19(3)：96-100.

Construction and Reform Exploration of Modern Digital Signal Processing Course

OUXianfenga，LIHongminb，LUOBaitonga,PENGXina,GUOLongyuana

(a. College of Information and Communication Engineering;b. College of Physics and Electronic，Hunan Institute of Science and Technology，Yueyang 414006，China)

Modern digital signal processing is one of the main courses for graduate students majoring in electronic and electrical，communication and information system etc. This course includes the merits of complex mathematical formula derivation，abstract theory contents and engineering practices. To promote the students to master the related theoretical knowledge and improve these abilities to solve practical engineering problems，this paper analyzes and expounds the course construction and reform from the following aspects: teachers’ cultivation，optimization of teaching contents，reform of teaching methods and the evaluation mode of the course. The practice proves the effectiveness of this study.

modern digital signal processing; optimization of teaching content; course construction and reform; application ability training

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2017.01.022

2016-12-20

湖南理工學(xué)院研究生課程“現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理”建設(shè)項(xiàng)目；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61300039)；湖南省教育廳項(xiàng)目(16C0723)

歐先鋒(1983—)，男，講師，博士，研究方向：圖像處理/視頻壓縮編碼及傳輸。

郭龍?jiān)?1973—)，男，副教授，博士，研究方向：圖像處理/機(jī)器視覺，電子郵箱：guolongyuan@hnist.edu.cn。

G423.3

A

2095-5383(2017)01-0085-03