“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)中的幾點建議

毋玉芬

摘 要：本文簡述了在光電信息科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)“數(shù)字信號處理”課程的必要性，并分析了在該專業(yè)教學(xué)過程中存在的主要問題。針對“數(shù)字信號處理”的課程特點，研究優(yōu)化課程內(nèi)容，對“數(shù)字信號處理” 的教學(xué)方法給出了幾點教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；教學(xué)方法；課堂教學(xué)；MATLAB

“數(shù)字信號處理”是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域的新興科學(xué)，目前“數(shù)字信號處理”課程普遍開設(shè)于通信與電子工程專業(yè)[1-2]。

光電信息科學(xué)與工程專業(yè)是根據(jù)教育部在2012年9月下發(fā)文件，將原屬于電子信息科學(xué)類的光信息科學(xué)與技術(shù)、光電子技術(shù)科學(xué)專業(yè)與原屬于電氣信息類的信息顯示與光電技術(shù)、光電信息工程、光電子材料與器件五個專業(yè)統(tǒng)一修訂后的專業(yè)名稱。該專業(yè)培養(yǎng)具有現(xiàn)代科學(xué)意識、理論基礎(chǔ)扎實、知識面寬、創(chuàng)新能力強，可從事光學(xué)工程、光通信、電子學(xué)、圖像與信息處理等技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)研究，以及相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計與制造、科技開發(fā)與應(yīng)用、運行管理等工作，能夠適應(yīng)當(dāng)代信息化社會高速發(fā)展需要的應(yīng)用型人才。根據(jù)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)科性質(zhì)、學(xué)科特點和培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)可知，為該專業(yè)學(xué)生開設(shè)“信號與系統(tǒng)”及“數(shù)字信號處理”相關(guān)課程具有必要性。通過“數(shù)字信號處理”課程的學(xué)習(xí)，可提升該專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)并為學(xué)生后續(xù)深入的專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

現(xiàn)就目前“數(shù)字信號處理”課程在物電學(xué)院光電信息科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)過程中遇到的幾點問題做如下歸納總結(jié)，并就各個問題提出相應(yīng)的意見及建議。

1 面臨的問題和挑戰(zhàn)

“數(shù)字信號處理”課程具有以下幾個主要特點：①使用數(shù)學(xué)語言對工程實踐中的數(shù)據(jù)采集、分析及處理等問題進(jìn)行描述，內(nèi)容相對比較抽象[3-4]；②將高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)及線性代數(shù)等課程的內(nèi)容作為基本工具，并賦予實際的工程物理意義；③課程主體內(nèi)容源于工程實踐，既用于描述工程實踐問題，又用于指導(dǎo)工程實踐。這就意味著，該課程的學(xué)習(xí)對學(xué)生提出的要求更高。在給光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生開設(shè)“數(shù)字信號處理課程”時，具體要面對的問題有以下幾點。

1.1 師范院校學(xué)生，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識相對薄弱

對于師范院校的學(xué)生來說，在大一修習(xí)“高等數(shù)學(xué)”等基礎(chǔ)學(xué)科時，普遍比較吃力，在后續(xù)進(jìn)行“信號與系統(tǒng)”及“數(shù)字信號處理”課程學(xué)習(xí)時，數(shù)學(xué)短板顯現(xiàn)。

1.2 先修課程沒有儲備

在“數(shù)字信號處理”課程學(xué)習(xí)前，要求學(xué)生具有一定的數(shù)學(xué)功底，除高等數(shù)學(xué)外，還需要先修“復(fù)變函數(shù)”或“數(shù)學(xué)物理方法”等相關(guān)課程。鑒于學(xué)科綜合科目統(tǒng)籌等考慮，我校光電信息專業(yè)開設(shè)以來，“復(fù)變函數(shù)”未列入學(xué)科規(guī)劃課程內(nèi)，因此在“數(shù)字信號處理”課程開設(shè)時，教學(xué)難度相對較大。

1.3 “數(shù)字信號處理”內(nèi)容與學(xué)時的沖突

該課程涉及信號的采集、變換、分析、處理和應(yīng)用等問題，內(nèi)容非常豐富。 相對于通信與電子工程專業(yè)，光電信息專業(yè)開設(shè)的課程學(xué)時較少。 如何利用較少學(xué)時講授這些內(nèi)容， 給課程教學(xué)帶來不小的挑戰(zhàn)。

1.4 非必修課，學(xué)生重視度不夠

盡管是光電專業(yè)碩士入學(xué)的考試課程，但是由于本課程在光電信息專業(yè)開始時，是選修而非必修科目，因而部分學(xué)生對其不夠重視，僅將課程學(xué)習(xí)當(dāng)作修學(xué)分的一項任務(wù)。

2 相應(yīng)解決方案

雖然在光電信息科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)“數(shù)字信號處理”存在著諸多問題和挑戰(zhàn)，但是通過對教學(xué)方法的改革和實踐，我們不僅比較成功的解決了上述問題， 且取得了很好的教學(xué)效果。

2.1 及時補充基礎(chǔ)知識

針對師范院校學(xué)生高數(shù)基礎(chǔ)差及光電信息專業(yè)學(xué)生缺少“復(fù)變函數(shù)”基礎(chǔ)的問題，在課堂教學(xué)中注意及時補充相關(guān)內(nèi)容，以免影響課堂教學(xué)效果。如講授數(shù)字信號傅立葉變換及頻譜的周期性等問題時，采取一次講授、多次復(fù)習(xí)的策略，加深學(xué)生對內(nèi)容的理解。通過分析和處理具體的信號，并配合直觀易懂的圖形化教學(xué)語言，使學(xué)生易于理解和掌握知識點，如用梳狀圖講授數(shù)字信號的抽樣定理。

2.2 合理選擇內(nèi)容

“數(shù)字信號處理”涉及的內(nèi)容很多、邏輯性很強，在課程學(xué)時安排有限的情況下，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的原則指導(dǎo)下，重點講授具有普遍意義的重要知識點，如在講授數(shù)字濾波器設(shè)計問題時，僅以矩形窗為授課重點，對其它窗口如漢明窗等只進(jìn)行簡單介紹。

2.3 培養(yǎng)學(xué)生興趣

針對非必修課學(xué)生興趣不高及不夠重視的問題，在開課伊始的課程說課及導(dǎo)論過程時，即由授課教師向?qū)W生說明并強調(diào)“數(shù)字信號處理”課程作為光電專業(yè)考研科目的重要性。

為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)中采用多種教學(xué)方式相結(jié)合的模式，充分利用板書、幻燈片以及多媒體教學(xué)各自的優(yōu)勢，綜合運用在實際教學(xué)過程中。此外，為提高教學(xué)內(nèi)容的趣味性及加深學(xué)生的理解，采取了將授課內(nèi)容與現(xiàn)實生活實踐緊密結(jié)合的方法。例如，在講授連續(xù)時間信號的離散化處理體系時，以常見手機通信中的圖像及聲音信號的A/D和D/A轉(zhuǎn)換為例進(jìn)行介紹，加深學(xué)生印象并便于學(xué)生理解。

2.4 理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方式

“數(shù)字信號處理”是一門實踐性很強的課程，在教學(xué)中適當(dāng)加入實踐環(huán)節(jié)可以幫助學(xué)生深入理解知識。我們在實踐環(huán)節(jié)中，主要參考“信號與系統(tǒng)”課程的教學(xué)方法，授課過程中貫穿MATLAB 仿真實踐，利用MATLAB 仿真的圖形和動態(tài)演示，讓學(xué)生領(lǐng)會到諸如抽樣定理、離散傅立葉變換DFT 概念、信號濾波原理等抽象理論。同時，適當(dāng)引入使用MATLAB 處理光電信號的實例，比如常見通信信號的濾波、調(diào)制與解調(diào)等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。

3 結(jié)語

在光電信息科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)“數(shù)字信號處理”課程具有緊迫性和必要性，遵循本文所述原則并采取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)措施，順利地開設(shè)了“數(shù)字信號處理”課程，并圓滿地完成了授課任務(wù)。 結(jié)合相關(guān)任課教師的教學(xué)實踐表明，本文探索和實踐的課程教學(xué)方法，能夠在順利開展“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)的同時，有效地提高教學(xué)質(zhì)量，得到有關(guān)專家的認(rèn)可與肯定。

將“數(shù)字信號處理”的具體特點和學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)相結(jié)合，將課堂教學(xué)和輔助教學(xué)有機結(jié)合，將理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合，過程中還有值得進(jìn)一步研究和嘗試的問題， 但相信教學(xué)效果將會在探索與實踐中得到穩(wěn)步提升。

參考文獻(xiàn)

[1]余穎，肖靜，劉樹博.數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革的探索和實踐[J].東華理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2011，30（3）：294-296.

[2]程佩青.數(shù)字信號處理教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

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[4]王俊峰.交互式教學(xué)在數(shù)字信號處理課程中的應(yīng)用[J].中國電子教育，2010（2）：64-67.endprint