基于問題引導(dǎo)的“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)方法研究與實踐

陳海燕　何繼愛　藺瑩

摘要：針對數(shù)字信號處理課程教學(xué)內(nèi)容多、概念抽象等特點，在教學(xué)過程中不能充分調(diào)動學(xué)生積極性的問題，提出了問題引導(dǎo)的教學(xué)方法，以教學(xué)案例的形式展示了該教學(xué)法在“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)中的具體實施方法。教學(xué)實踐表明：該教學(xué)模式不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和能動性，而且在培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題和解決問題的能力方面具有積極的促進作用。

關(guān)鍵詞：問題引導(dǎo)；數(shù)字信號處理；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）04-0173-02

一、引言

“數(shù)字信號處理課程”是電子信息類及其相關(guān)專業(yè)的重要核心課程之一，理論性與實踐性強，在學(xué)科的課程體系中占有非常重要的地位[1]，該課程涉及范圍廣泛，包含較多的數(shù)學(xué)概念和公式推導(dǎo)，具有內(nèi)容多、概念抽象等特點。對于大多數(shù)應(yīng)用型普通高等學(xué)校的本科生來講，由于其基礎(chǔ)相對薄弱，常常會覺得課程內(nèi)容枯燥乏味，只能對書本上的理論知識死記硬背，而不能領(lǐng)悟其實際意義，從而難以將理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用[2]。同時，學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課的過程中通常感到概念抽象，對其中的基本理論和分析方法難以理解[3]。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠深入掌握課程內(nèi)容、消化課程基本概念和基本理論，同時鍛煉學(xué)生獨立分析問題與解決問題的能力，我校對數(shù)字信號處理課程的教學(xué)模式進行研究，通過問題引導(dǎo)的啟發(fā)式教學(xué)方法，以問題為基礎(chǔ)來展開學(xué)習(xí)和教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生積極思考問題，緊跟教師的教學(xué)思路，學(xué)生在教師引導(dǎo)下，通過合作共同解決一些具有一定復(fù)雜性的實際問題，將學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，使學(xué)生能夠深入掌握課程內(nèi)容，學(xué)習(xí)隱含于問題背后的知識，借此過程展開知識的建構(gòu)，促進學(xué)生獲得解決問題和自主學(xué)習(xí)的能力[4，5]。

二、問題引導(dǎo)的教學(xué)方法的實施

問題引導(dǎo)的教學(xué)方法，主要通過以下五個過程來實施。由于離散時間信號與系統(tǒng)在信號分析和處理等方面具有的諸多優(yōu)越性[6]，得到了廣泛的應(yīng)用，如數(shù)字音樂和計算機系統(tǒng)等。而自然界通過傳感器感知的信號，通常都是連續(xù)時間信號，如溫度信號、濕度信號等。為了能夠利用離散時間系統(tǒng)分析和處理連續(xù)時間信號，需要將連續(xù)時間信號轉(zhuǎn)換為離散時間信號，本文通過本課程中“信號的時域抽樣與信號的重建”小節(jié)的內(nèi)容具體分析該方法的實施過程。

2.問題的引導(dǎo)。教師通過引導(dǎo)以及學(xué)生的觀察，學(xué)生普遍能夠得到三段音樂片段的不同，第一段音樂優(yōu)美，流暢；第二段音樂盡管能夠聽出片段內(nèi)容，但有明顯的卡頓；第三段的音樂效果明顯地要好于第二段，卡頓效果減弱。此時教師就會帶著問題來啟發(fā)學(xué)生：這三段音樂片段是通過對連續(xù)時間的同一音樂片段抽樣之后恢復(fù)出來的，那如何對連續(xù)時間信號進行離散化？離散化的過程是怎么樣的？什么參數(shù)對恢復(fù)出來的信號有影響？有什么樣的影響？

4.問題的回顧。通過對抽樣過程的分析可以看出，抽樣頻率不同，恢復(fù)出來的信號有的無失真，有的產(chǎn)生了失真。第二段音樂片段不滿足抽樣不失真的約束條件，對連續(xù)時間信號進行了抽樣，產(chǎn)生了頻譜混疊，從而產(chǎn)生了失真。這就對三段音樂片段為什么會有不同進行了很好的解釋和說明。為了改善頻譜混疊情況，在對連續(xù)時間信號抽樣之前，先進行抗混疊濾波。盡管連續(xù)時間信號通過抗混疊濾波器后會產(chǎn)生截斷誤差，但通常截斷誤差是遠遠小于混疊誤差的，如圖3所示。這也就說明了為什么第三段和第二段音樂片段相比，具有同樣的采樣頻率，但失真要小于第二段的原因。

5.問題的總結(jié)。最后，對問題進行總結(jié)：為什么要進行抽樣？什么是信號的抽樣？如何進行信號抽樣？讓學(xué)生回顧實例以及對問題的分析過程進行回答，加深和鞏固本節(jié)所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。這樣，在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，學(xué)生帶著問題和教師共同分析問題和解決問題，整個授課過程都圍繞著所提出的問題，始終使學(xué)生保持著探知問題產(chǎn)生的原因以及解決問題方法的好奇心，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，緊跟教師的授課思路，使學(xué)生對比較抽象的知識進行更好的理解，從而提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。

三、結(jié)語

針對“數(shù)字信號處理”課程內(nèi)容多、概念抽象等特點，從提高課堂授課效果以及教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)出發(fā)，本文提出了問題引導(dǎo)的啟發(fā)式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生更好地理解和掌握教師所講授的課堂內(nèi)容。以案例的形式，探討了問題引導(dǎo)的教學(xué)方法在“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)中的應(yīng)用，并詳細展示了該方法在課程授課中的實施方法，體現(xiàn)了問題引導(dǎo)的教學(xué)方法在本課程教學(xué)中的優(yōu)勢，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進一步提高教學(xué)質(zhì)量有著積極的促進作用。

參考文獻：

[1]羅倩.數(shù)字信號處理課程設(shè)計中創(chuàng)新性實踐探索[J].教育教學(xué)論壇，2016，（11）：145-146.

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[3]劉婷，王帆，楊婷.《數(shù)字信號處理》綜合性課程設(shè)計的改革與探索[J].山西電子技術(shù)，2015，（2）：82-84.

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[6]陳后金.數(shù)字信號處理（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint