數(shù)字信號處理課程可視化教學(xué)的研究與實(shí)踐

潘玲佼　朱幼蓮　陸毅

摘 要 數(shù)字信號處理是一門理論與實(shí)踐緊密相結(jié)合的課程，是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程。但學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)，普遍感到概念抽象，對其中的分析方法和基本理論不能很好地理解與掌握，因此如何幫助學(xué)生理解與掌握課程中的基本理論，培養(yǎng)他們綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力是該課程教學(xué)所要解決的關(guān)鍵問題。本文分析了數(shù)字信號處理課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題，并圍繞數(shù)字信號處理課程教學(xué)可視化改革，從課堂教學(xué)、課外教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和考核環(huán)節(jié)等幾個(gè)方面入手，對本課程的教學(xué)改革進(jìn)行了一系列的探討和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 數(shù)字信號處理 教學(xué)改革 電子信息

0引言

《數(shù)字信號處理》課程是通信工程、物聯(lián)網(wǎng)工程和電子信息工程等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在通信工程和電子信息專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中占有重要地位。隨著數(shù)字化與信息化的快速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)也備受關(guān)注。將先進(jìn)的教學(xué)手段和更為豐富的教學(xué)內(nèi)容，向通信工程、物聯(lián)網(wǎng)工程和電子信息工程等相關(guān)專業(yè)推廣，將具有非常重要的實(shí)踐價(jià)值，必定能讓教師更快、更好的提高教學(xué)水平，能讓更多的學(xué)生從中受益、學(xué)以致用。

1數(shù)字信號處理課程教學(xué)存在的問題

目前，數(shù)字信號處理課程教學(xué)過程中還存在以下一些問題。

（1）數(shù)字信號處理課程理論性很強(qiáng)，內(nèi)容較為抽象，涉及的公式繁瑣，計(jì)算過程較為復(fù)雜。如幾個(gè)主要知識點(diǎn)：Z變換，離散傅里葉級數(shù)，離散傅里葉變換，快速傅里葉變換和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等都設(shè)計(jì)大量的數(shù)學(xué)計(jì)算。在目前以單一的教學(xué)手段為主的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下，學(xué)生覺得很多知識點(diǎn)難以理解，很容易對教學(xué)內(nèi)容失去興趣，從而喪失了學(xué)習(xí)的積極主動性。

（2）數(shù)字信號處理課程理論學(xué)時(shí)較長，教學(xué)內(nèi)容繁多，很多同學(xué)上課未做好課堂筆記，或課后未及時(shí)復(fù)習(xí)的話很可能會出現(xiàn)學(xué)了后面忘了前面的情況。使得前后知識無法做到融會貫通，給后面知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)掌握也增加了很多負(fù)擔(dān)。

（3）數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排較少，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為單一，主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)往往僅僅滿足于得到一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而缺乏深入的思考，因此實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容空洞，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析也不深入。

（4）數(shù)字信號處理考核方式通常以期末試卷考核為主。這樣，一方面，使得學(xué)生學(xué)習(xí)以考試為導(dǎo)向，導(dǎo)致學(xué)生只會做題，不會應(yīng)用。另一方面，教師在整個(gè)教學(xué)過程中對學(xué)生們的學(xué)習(xí)情況難以有準(zhǔn)確的把握。

2教學(xué)改革的思路

課堂教學(xué)的改革是為了讓學(xué)生能適應(yīng)未來并贏得未來。時(shí)代在進(jìn)步，我們的課堂教學(xué)也應(yīng)該緊跟時(shí)代步伐，培養(yǎng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的人才。

針對以上數(shù)字信號處理課程教學(xué)存在的問題，我們通過以下幾個(gè)思路進(jìn)行了課堂教學(xué)可視化的改革，供大家參考。所謂教學(xué)可視化總結(jié)起來講就是課堂知識不抽象，課后知識可回放，理論實(shí)踐相結(jié)合，過程考核來幫忙。

（1）興趣是學(xué)習(xí)的動力。怎樣讓學(xué)生樂于學(xué)習(xí)，善于學(xué)習(xí)是值得我們思考的問題。針對數(shù)字信號處理課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，公式繁瑣的特點(diǎn)，在課堂教學(xué)中應(yīng)注意淡化公式的推導(dǎo)，將課程中看似復(fù)雜的理論知識與現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用實(shí)例結(jié)合起來講解。例如，將數(shù)字信號處理的對象拓展至語音信號、數(shù)字圖像等更多實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，使得課程理論的應(yīng)用實(shí)例更加具體化，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生綜合分析與解決實(shí)際工程問題的能力。適當(dāng)增加當(dāng)前相關(guān)熱點(diǎn)研究內(nèi)容和方法的介紹，引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)字信號處理相關(guān)科研前沿的關(guān)注，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣與能力。只有讓學(xué)生們充分了解了課本中理論知識的應(yīng)用場景，使他們感覺這些東西觸手可及，才能拉近枯燥的理論和他們的距離，從而充分激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。在數(shù)字信號處理理論教學(xué)過程中，除了傳統(tǒng)的PPT和板書教學(xué)外，適當(dāng)?shù)募尤隡ATLAB，LABVIEW等仿真軟件對某些復(fù)雜知識點(diǎn)進(jìn)行仿真演示來輔導(dǎo)理論教學(xué)。將這些知識點(diǎn)通過仿真軟件實(shí)現(xiàn)可視化，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

（2）將課堂現(xiàn)場教學(xué)和課外輔助教學(xué)有機(jī)結(jié)合。國內(nèi)外高校都非常重視數(shù)字信號處理課程的建設(shè)和改革。國外一些大學(xué)，如MIT，為本課程設(shè)置專門的網(wǎng)站，為學(xué)生提供豐富的網(wǎng)絡(luò)資源。近年來，國內(nèi)高校也越來越重視將現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機(jī)地結(jié)合起來，利用電子技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)，錄制課程錄像以及微課，使學(xué)生在課外可以利用網(wǎng)絡(luò)資源，隨時(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)，從而進(jìn)一步提高教學(xué)效果。借鑒國內(nèi)外著名高校的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我?！皵?shù)字信號處理”課程教學(xué)的現(xiàn)狀，在教學(xué)方式可視化改革中，重點(diǎn)制作并推廣使用更加豐富、生動的多媒體課件；及時(shí)錄制課程重點(diǎn)、難點(diǎn)的微課錄像，并利用網(wǎng)絡(luò)課堂，讓學(xué)生能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行課后自主學(xué)習(xí)與知識鞏固。

（3）理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，改良實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和形式。為了幫助學(xué)生更好的理解與掌握課程中的基本理論，基本分析方法以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，本課程以數(shù)字信號處理的兩個(gè)基本分支：譜分析，數(shù)字濾波為基礎(chǔ)開設(shè)了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)有綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。除了信號譜分析和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)為兩個(gè)必做實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生信號分析和信號處理的基本能力外，我們（下轉(zhuǎn)第124頁）（上接第122頁）還增設(shè)了語音信號數(shù)字信號處理系統(tǒng)的選做實(shí)驗(yàn)。通過學(xué)生對自己語音信號進(jìn)行特征分析，處理并試聽處理效果，可以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣和課外科技制作的熱情，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)調(diào)基本概念的深刻理解，淡化計(jì)算公式和計(jì)算機(jī)語言的編程技巧。強(qiáng)化信號處理實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（4）增加過程性考核機(jī)制。以往的考核只重結(jié)果，不重過程，期末考試成績往往在課程考核總成績中占很大的比重。如果期末考試臨場沒有發(fā)揮好，那么也無法取得較好的課程成績。然而，通過一張?jiān)嚲韥碓u定學(xué)生的成績是有片面性的，無法全面的反映學(xué)生對課程的掌握情況和實(shí)際能力。隨著教學(xué)改革的深入，考核方法的改革也勢在必行。增加過程性考核機(jī)制，通過多方面的考核來評價(jià)一個(gè)學(xué)生，比如增加作業(yè)，小測試，小論文，分組討論，實(shí)驗(yàn)等多樣化的考核方式，一方面能更加客觀的反映學(xué)生對課程的實(shí)際掌握情況，另一方面也便于教師及時(shí)了解學(xué)生對重點(diǎn)、難點(diǎn)知識的掌握情況，能做到及時(shí)查漏補(bǔ)缺。

3結(jié)語

通過以上幾方面的改革探究，使得本課程既有嚴(yán)密的理論體系，又有生動的工程實(shí)例，既注重對基本概念和基本方法的介紹，又在理論推導(dǎo)中引出工程應(yīng)用的概念，在實(shí)例分析中強(qiáng)化理論概念，加深學(xué)生對數(shù)字信號處理理論的認(rèn)識和理解，激發(fā)學(xué)生對數(shù)字信號處理研究的興趣與熱情。

更進(jìn)一步講，授人與魚不如授人與漁。培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣比教會他們做幾道題目更為重要。作為教師，一方面，應(yīng)注重課本知識的講授，另一方面，更應(yīng)該注重學(xué)生良好學(xué)習(xí)習(xí)慣和正確學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)。在今后的教學(xué)中，我們將不斷的從教學(xué)中吸取經(jīng)驗(yàn)， 但相信教學(xué)效果將會在探索與實(shí)踐中得到穩(wěn)步提升。

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