面向獨(dú)立學(xué)院的數(shù)字信號(hào)處理課程改革與實(shí)踐

吳靜然 崔冉 劉建華

[摘? ? ? ? ? ?要]? 數(shù)字信號(hào)處理課程理論性和實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度大?；讵?dú)立學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行改革與探索。通過(guò)整合課程內(nèi)容、豐富教學(xué)手段、優(yōu)化考核方式等方式，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和綜合實(shí)踐能力。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 數(shù)字信號(hào)處理;獨(dú)立學(xué)院;應(yīng)用型人才培養(yǎng);項(xiàng)目式教學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2020）10-0180-02

數(shù)字信號(hào)處理課程作為電子信息工程的專(zhuān)業(yè)核心課程，是圖像處理、語(yǔ)音處理等課程的基礎(chǔ)。課程實(shí)用性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中;理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度較大。傳統(tǒng)的理論教學(xué)采用給出定義，理論推導(dǎo)，介紹性質(zhì)的傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行[1]，學(xué)生無(wú)法意識(shí)到課程的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，學(xué)習(xí)積極性差，教學(xué)效果一般。獨(dú)立學(xué)院旨在培養(yǎng)具有一定理論基礎(chǔ)，掌握實(shí)踐技能的應(yīng)用型

人才。數(shù)字信號(hào)處理課程改革刻不容緩，在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和綜合實(shí)踐能力。

一、數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)存在的問(wèn)題

1.獨(dú)立學(xué)院學(xué)生生源參差不齊。除部分高考失利或者報(bào)考志愿滑檔的學(xué)生以外，大部分學(xué)生理論知識(shí)薄弱，學(xué)習(xí)習(xí)慣不好，自主性學(xué)習(xí)能力差，不擅長(zhǎng)復(fù)雜的理論推導(dǎo)。

2.課程理論性強(qiáng)，公式復(fù)雜;抽象的頻域分析，令學(xué)生難以理解。

3.課程重理論，輕實(shí)踐。傳統(tǒng)教學(xué)以課本理論為主線，缺乏工程實(shí)踐背景，大部分學(xué)生無(wú)法將工程實(shí)踐和理論知識(shí)有機(jī)結(jié)合，認(rèn)為課程無(wú)用武之地，逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣，放棄學(xué)習(xí)。

4.課程多采用“填鴨式”教學(xué)。教師仍以理論推導(dǎo)講解為主，教學(xué)手段相對(duì)單一，學(xué)生只能被動(dòng)接受，參與度低，無(wú)法通過(guò)積極的思考建立起課程體系結(jié)構(gòu)。

5.教學(xué)大綱改革，課時(shí)壓縮，內(nèi)容多，難度大，學(xué)生學(xué)習(xí)難度加大。

二、數(shù)字信息處理課程的改革對(duì)策

針對(duì)以上問(wèn)題，從整合教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目式教學(xué)，豐富教學(xué)手段，改善考核方式等方面，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程進(jìn)行改革。

（一）整合教學(xué)內(nèi)容

1.優(yōu)化刪減課程內(nèi)容

“信號(hào)與系統(tǒng)”“數(shù)字信號(hào)處理”“DSP原理與應(yīng)用”由不同教師講解，部分內(nèi)容重復(fù)講授，浪費(fèi)教學(xué)課時(shí)。為了保證教學(xué)效果，將三門(mén)課程內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化，減輕教師備課負(fù)擔(dān)，提高教學(xué)效率[2]。

制定課程大綱時(shí)，任課教師做好前期調(diào)研工作，明確授課重點(diǎn)，減少課程內(nèi)容重疊。信號(hào)與系統(tǒng)課程側(cè)重連續(xù)信號(hào)處理，刪減離散信號(hào)處理部分;數(shù)字信號(hào)處理課程側(cè)重離散信號(hào)處理，側(cè)重頻譜分析和濾波器設(shè)計(jì)。通過(guò)課程去重復(fù)化，節(jié)省課程重復(fù)講解導(dǎo)致的課時(shí)浪費(fèi)。

數(shù)字信號(hào)處理課程側(cè)重理論知識(shí)的講解，理論性強(qiáng);DSP原理與應(yīng)用課程側(cè)重TMS320C54x DSP芯片講解，實(shí)用性強(qiáng)。兩門(mén)課程相輔相成，密不可分。然而兩門(mén)課程教學(xué)內(nèi)容完全脫節(jié)：DSP原理與應(yīng)用課程單純學(xué)習(xí)芯片操作，沒(méi)有理論知識(shí)，學(xué)生無(wú)法將數(shù)字信號(hào)處理理論和實(shí)踐操作建立聯(lián)系。為了增強(qiáng)課程的實(shí)用性，提高學(xué)生的興趣和綜合實(shí)踐能力，授課教師相互溝通，將兩門(mén)課程進(jìn)行融合，引入項(xiàng)目式教學(xué)方式。

2.厘清課程主線，項(xiàng)目教學(xué)貫穿始終

針對(duì)考研和工作兩種不同目標(biāo)群體學(xué)生，課程教學(xué)要兼而有之，既要考慮教學(xué)的深度，又要考慮課程的實(shí)踐應(yīng)用。因此課程摒棄傳統(tǒng)教學(xué)模式，將課程頻譜分析和濾波器設(shè)計(jì)兩大核心融入數(shù)字語(yǔ)音濾波系統(tǒng)，以完成項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)為主線，貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程。遵循項(xiàng)目引入—項(xiàng)目分析—資料查找—各環(huán)節(jié)問(wèn)題描述—理論知識(shí)講解—問(wèn)題解決—編程，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)講解，循環(huán)漸進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生感受數(shù)字信號(hào)處理的課程魅力，提高動(dòng)手實(shí)踐能力和分析解決問(wèn)題能力。

數(shù)字濾波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖與課程重點(diǎn)分布如上圖所示。通過(guò)對(duì)信號(hào)采樣引出奈奎斯特采樣定理，采用DFT/FFT進(jìn)行語(yǔ)音信

號(hào)頻譜分析，設(shè)計(jì)FIR/IIR濾波器進(jìn)行高頻噪聲濾除。為了便于課堂演示，學(xué)生直觀看到頻域效果，將Matlab引入課堂，優(yōu)化教學(xué)效果。最后結(jié)合DSP原理與應(yīng)用課程學(xué)習(xí)，選擇合適的濾波器基本結(jié)構(gòu)，利用TMS320C54x DSP芯片進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)。整個(gè)過(guò)程以系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為主線，淡化公式推導(dǎo)，重視理論思路分析，推導(dǎo)過(guò)程講解為解決問(wèn)題服務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)課程講解的靈活性。

（二）豐富教學(xué)手段

1.增加教學(xué)互動(dòng)

（1）通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)向方式，與學(xué)生進(jìn)行有效的課堂互動(dòng)。重難點(diǎn)理論推導(dǎo)過(guò)程，采用多媒體與板書(shū)相結(jié)合，放慢課程進(jìn)度，重理論推導(dǎo)輕數(shù)學(xué)計(jì)算，避免由于復(fù)雜的理論推導(dǎo)消磨學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，影響教學(xué)效果。

（2）增強(qiáng)學(xué)生的參與度，每節(jié)課由學(xué)生進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)回顧和總結(jié)，習(xí)題課增加學(xué)生講解環(huán)節(jié)，教師查漏補(bǔ)缺，進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.錄制微課短視頻

數(shù)字信號(hào)處理課程理論性強(qiáng)，理論學(xué)習(xí)對(duì)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生而言難度較大。所以，教師可以將課程重難點(diǎn)壓縮成5～10分鐘的微視頻，輔助課內(nèi)教學(xué)。

筆者發(fā)現(xiàn)，雖然大部分學(xué)生習(xí)題課能聽(tīng)懂，卻容易遺忘。如果將習(xí)題講解錄制成視頻，學(xué)生隨時(shí)查看復(fù)習(xí)，可以有效降低學(xué)生學(xué)習(xí)的畏難情緒，教學(xué)效果顯著，期末考試成績(jī)明顯提高。

3.借助微信資源，輔助課堂教學(xué)

微信軟件家喻戶(hù)曉，學(xué)生使用率極高。借助微信小程序輔助課程教學(xué)，比如使用微信投票小程序，課后發(fā)布群內(nèi)投票，及時(shí)獲得學(xué)生學(xué)習(xí)反饋的難點(diǎn)和疑點(diǎn)，第二天針對(duì)性地復(fù)習(xí)和講解。建立課程微信群，課程結(jié)束后，在群組分享課程重難點(diǎn)講解微視頻以及習(xí)題視頻，固定時(shí)間進(jìn)行答疑，推送最新數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用等知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采用微信資源，學(xué)生能夠不受時(shí)空限制，隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理課程的學(xué)習(xí)。

4.布置課程項(xiàng)目大作業(yè)

通過(guò)數(shù)字語(yǔ)音濾波系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握如何將數(shù)字信號(hào)

處理應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題。為了達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果，教師采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式，布置課程相關(guān)作業(yè)，學(xué)生借鑒數(shù)字語(yǔ)音濾波系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，舉一反三，完成任務(wù)。教師提供題目和學(xué)生任選題目均可，整個(gè)過(guò)程由教師進(jìn)行過(guò)程管理。每組3～5人，從項(xiàng)目選題、方案設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)、海報(bào)展示和項(xiàng)目答辯5個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考核。通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

（三）改革考核方式

有效客觀的課程考核可以引導(dǎo)學(xué)生正確安排課程，提高學(xué)習(xí)積極性[3]。課程新舊考核內(nèi)容和比例如下表所示。最新考核方式中，平時(shí)成績(jī)考核增加上課學(xué)生課堂表現(xiàn)部分，督促學(xué)生積極參加課堂討論。增加數(shù)字信號(hào)處理大作業(yè)部分，增強(qiáng)課程的實(shí)踐性，成績(jī)組成包括項(xiàng)目難度、方案、實(shí)際效果、答辯、論文和小組貢獻(xiàn)度，其中小組貢獻(xiàn)度由小組組長(zhǎng)參與給分，有效反映學(xué)生的貢獻(xiàn)情況?？荚囆问秸{(diào)整為試卷考試和現(xiàn)場(chǎng)答辯任選其一的方式，比重調(diào)整為50%。其中現(xiàn)場(chǎng)答辯方式難度更大，需要學(xué)生對(duì)課程知識(shí)體系充分理解，具有較強(qiáng)的應(yīng)變能力和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)上述考核方式內(nèi)容的改變，避免出現(xiàn)學(xué)生成績(jī)優(yōu)異卻無(wú)實(shí)踐能力的情況，督促學(xué)生積極認(rèn)真參與實(shí)踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

三、總結(jié)

基于獨(dú)立學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)課程教學(xué)特點(diǎn)存在的問(wèn)題進(jìn)行改革與探索。通過(guò)課程間去重復(fù)化，項(xiàng)目貫穿整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的方式，整合課程內(nèi)容;利用板書(shū)與多媒體結(jié)合、搭建微信平臺(tái)、錄制微課視頻、布置大作業(yè)等方式豐富教學(xué)手段;優(yōu)化多元考核方式的手段;教輔合一，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和綜合實(shí)踐能力。

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◎編輯 陳鮮艷