數(shù)字信號處理教學(xué)改革和實(shí)踐

饒俊慧

（玉林師范學(xué)院物理與電信工程學(xué)院，廣西 玉林 537000）

數(shù)字信號處理課程是電子信息類相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是研究數(shù)字化的核心技術(shù)和奧秘。數(shù)字信號處理起源于17世紀(jì)的數(shù)值分析，是信息科學(xué)中許多學(xué)科的基礎(chǔ)，它的基本概念和分析方法已滲透到信息與通信工程，電路與系統(tǒng)，集成電路工程，生物醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域。它是通信、電子信息工程類專業(yè)的主干課程之一，是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課程。

1 課程特點(diǎn)和存在問題

《數(shù)字信號處理》上承《高等數(shù)學(xué)》《信號與系統(tǒng)》和《Matlab應(yīng)用基礎(chǔ)》，下接《數(shù)字圖像處理》《語音信號處理》等專業(yè)前沿課程，是專業(yè)基礎(chǔ)課知識向?qū)I(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)變的中間橋梁，在整個專業(yè)體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。

盡管如此，在授課過程中，學(xué)生普遍感到課程難度較大，且隨著課程內(nèi)容的不斷深入，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性逐步降低，主要原因在于[1]：

（1）課程理論性較強(qiáng)，概念抽象，數(shù)學(xué)公式較多，對于一般應(yīng)用型本科院校，學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，見到教材中的數(shù)學(xué)公式、推導(dǎo)就對這門課程產(chǎn)生很大的恐懼感，失去了學(xué)習(xí)的動力；

（2）編程基礎(chǔ)較差，對仿真軟件MATLAB的應(yīng)用不夠熟練，難以做到實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合；

（3）課程偏重算法理論與方法，與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的案例介紹得較少，使學(xué)生難以做到課程理論與實(shí)踐相結(jié)合。

此外，數(shù)字信號處理課程是以高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、信號與系統(tǒng)課程為基礎(chǔ)的，部分學(xué)生這些先修課程的基礎(chǔ)未打牢，也對課程教學(xué)也會造成一些影響。針對這些問題，筆者總結(jié)課程講授經(jīng)驗(yàn)，嘗試進(jìn)行課程教學(xué)改革和實(shí)踐，以期增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善課程的教學(xué)效果。

2 教學(xué)改革措施

2.1 優(yōu)化課程內(nèi)容

本學(xué)院選取的是西安電子科技大學(xué)出版社丁玉美、高西全編著的《數(shù)字信號處理》，課本的內(nèi)容基礎(chǔ)，講解簡單且例題比較豐富，但是很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往抓不住重點(diǎn)，習(xí)慣性的去記憶一些變換的定義、性質(zhì)，而忽略具體的應(yīng)用，導(dǎo)致面對具體問題時，不知道采用什么知識來解決[2]。筆者針對這些問題，繪制課程的知識體系圖如圖1所示，在教學(xué)過程中圍繞著體系圖進(jìn)行介紹。

圖1 知識結(jié)構(gòu)體系圖（＊表示重點(diǎn)）

2.2 知識點(diǎn)模塊化

圍繞課程知識體系圖進(jìn)一步對知識點(diǎn)進(jìn)行模塊化，課程教學(xué)中以知識點(diǎn)為單位進(jìn)行教學(xué)活動，對每一個知識點(diǎn)進(jìn)行講授——習(xí)題講解——當(dāng)堂練習(xí)鞏固，在前一個知識點(diǎn)掌握了的前提下繼續(xù)下一個知識點(diǎn)。以第1章時域離散信號和時域離散系統(tǒng)為例，將這一章劃分成了18個知識點(diǎn)，如表1所示。

表1 知識點(diǎn)模塊化（＊表示重點(diǎn)）

2.3 教學(xué)過程中注意幫學(xué)生建立學(xué)習(xí)自信

教師在課堂講授時，應(yīng)時刻注意判斷學(xué)生們對所講知識點(diǎn)內(nèi)容的理解程度，當(dāng)學(xué)生聽懂、理解一個知識點(diǎn)后才講解下一個知識點(diǎn)，寧可少講、慢講、學(xué)生聽懂，也不要多講、快講、學(xué)生聽不懂[3]。特別是在當(dāng)堂練習(xí)環(huán)節(jié)，可以利用所學(xué)的知識點(diǎn)很好地完成練習(xí)時，學(xué)生的氣氛非常好，這樣每節(jié)課下來，學(xué)生都有一定的收獲，就可以漸漸建立起學(xué)習(xí)自信，增強(qiáng)繼續(xù)學(xué)習(xí)的動力，形成課堂教學(xué)的良性循環(huán)。這種方式雖然在教學(xué)的初始階段可能會導(dǎo)致教學(xué)進(jìn)度較慢，但是當(dāng)學(xué)生掌握了足夠多的課程內(nèi)容后，基礎(chǔ)知識和理解能力得到提高，講課的速度自然可以加快。反之，如果教師不顧及學(xué)生的理解情況按既定教學(xué)計劃授課，可能造成學(xué)生聽不懂課的情況，一個知識點(diǎn)沒搞懂，又學(xué)新的知識點(diǎn)，會使得學(xué)生失去聽課自信，會對課程內(nèi)容感到畏難，就會產(chǎn)生不認(rèn)真聽課、開小差的傾向。

2.4 引入語音信號處理實(shí)例

針對教材內(nèi)容中實(shí)例少的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中盡可能多的引入實(shí)際的語音信號處理實(shí)例，如利用信號延時實(shí)現(xiàn)音樂的混響，將原聲和混響后的聲音進(jìn)行播放讓學(xué)生親身感受到數(shù)字信號處理的效果；改變系統(tǒng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)功能，將原聲和經(jīng)過不同系統(tǒng)之后的聲音進(jìn)行比較；對男生、女生的聲音信號進(jìn)行頻譜分析，對雙音多頻信號進(jìn)行識別，對同學(xué)們的語音信號進(jìn)行噪聲濾除等。通過引入這些語音信號處理的實(shí)例，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了良好的學(xué)習(xí)效果。

2.5 充分利用仿真軟件Matlab

課堂教學(xué)中，將課件、板書及Matlab仿真三種形式相結(jié)合，利用Matlab對課程中的理論和算法現(xiàn)場進(jìn)行仿真演示，學(xué)生可以直接看到數(shù)字信號處理的過程，淡化理論計算的過程，對理論學(xué)習(xí)有更直觀的認(rèn)識和更深刻的理解[4]。

2.6 充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+慕課”

互聯(lián)網(wǎng)上有著眾多優(yōu)秀的慕課課程資源，為了有效利用這個優(yōu)勢，在整個教學(xué)過程中，適時引入線上資源，如相應(yīng)知識點(diǎn)的慕課視頻、動畫素材等，開闊學(xué)生視野。將教師的課堂講解和慕課的播放進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，多感官地對學(xué)生進(jìn)行信息輸入，這樣能有效地集中學(xué)生上課時的注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，豐富課堂的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)形式。

3 結(jié)語

通過教學(xué)實(shí)踐，新的教學(xué)方法、教學(xué)手段等增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)自信，上課氣氛活躍，老師和學(xué)生的互動性明顯增強(qiáng)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了良好的教學(xué)效果。