“数字信号处理”精品课程建设探索

王艳芬,王 刚,张晓光,刘卫东,李 剑

(中国矿业大学信电学院,江苏徐州 221008）

“数字信号处理”精品课程建设探索

王艳芬,王 刚,张晓光,刘卫东,李 剑

(中国矿业大学信电学院,江苏徐州 221008）

精品课程建设是实践教育质量工程的重要举措,是教学改革的灵魂。本文从教学方法、考核评定模式、教材建设、学生自主学习教学网络系统建立、以及学生实际动手能力培养等方面,介绍了我校“数字信号处理”江苏省精品课程建设的具体措施和体会,说明了建设一个精品课程所需要的几个关键因素。

数字信号处理;精品课程;教学改革

精品课程建设是提高教学质量和培养高素质人才的重要措施。精品课程建设需要以下几个关键因素:①创建一套有别于传统课堂教学方式的教学方法以及考核评定模式;②编写一部适合精品课程课堂教学的教材;③建立学生课后自主复习的教学平台,以提供课程信息、教案、课件、实验以及网络交流等;④具备良好的实验平台[1]。

“数字信号处理”课程是各高校为电气信息类专业本科生开设的一门重要的专业基础课,在我校信息工程专业教学计划中列为专业主干课程。经过十多年的不懈努力,我校的“数字信号处理”课程建设取得突出成果,2010年3月被评为江苏省精品课程。本文从精品课程建设的关键因素入手,介绍我们的做法与体会,与读者共勉。

1 教学方法和考核评定模式

为解决课程概念抽象,涉及到许多的数学知识等问题,我们以形象化教学为形式,正确有效地处理好传统教学、多媒体教学和形象化教学之间的关系,明显调动了学习的积极性,提高了教学效果。

1.1 采用形象化课堂教学方法

(1)数学公式的形象化:即训练学生对数学公式的口语化描述,强调从公式所代表的具体意义去理解公式[2]。我们将一些概念和公式用一些简单的公式图表来表示。如离散时间傅里叶变换(DTFT)和离散傅里叶变换(DFT)的对称性质是个难点内容,而采用公式图表的方法,可以清楚地表示难点内容。我们在编写教材时也注意到这些问题,分别在有关章节给出了序列的两种表示与其DTFT以及与DFT的对应关系,如图1所示。而且,还做比较,有利于学生的理解,便于学生对抽象概念的还原[3]。

图1 序列的两种表示与其DFT的对应关系

(2)抽象概念的形象化:在讲解一些抽象的知识点时,我们常常采用绘制波形图或框图的方法将抽象概念形象化,将Matlab仿真研究引入课堂。借其运行抽象的知识点的相应程序,这样可以将课程中抽象的概念和结论转变为形象化的图形曲线,如再配合多媒体动画讲解效果更佳。

1.2 列举Matlab仿真综合实例

对于抽象的数学模型应用问题,在课堂上增加用Matlab软件边操作边讲解一些例题和应用。我们在自编的教材中也增加了较多的与实际结合密切的综合性例题。如有一个综合性例题——离散时间系统的滤波作用。对此例题,我们在课堂上可利用Matlab软件边讲边演示,还可以进一步提问(如果信号频率发生变化,滤波结果怎样?为什么?)请学生思考回答,然后马上修改程序验证问题的结果。

1.3 开展课外探究式学习

指导学生进行课外探究式学习是指围绕课程中某个主题,组织学生在课外依循一定的步骤开展研究性学习。

我们的具体实施办法是:上“数字信号处理”课程第一堂课时就指出研究性课程改革的必要性[4],让学生了解课外探究式学习的思想。在教学中引导学生利用所学知识,探索和解决身边感兴趣的问题。学生3-4人为一个小组搜集课题。最终提供的报告要求有课题题目、问题提出、程序、调试波形和结果说明及小组成员分工,并作为成绩的一部分。

1.4 改革考试模式

为全面考察改革学生课堂学习、课外探究式学习及设计研究性实验效果,我们提出并实行理论笔试、上机考试及课外探究式学习加平时综合评定的考试方式。理论笔试着重基本概念、基本运算和基本原理;上机考试重点考察学生的实验效果及实际动手编程解决问题的能力;探究式学习课外作业重点培养学生的创新能力、实践能力和团结协作精神。

2 教材建设

2.1 主教材

编写教材的基本思路是:针对课程抽象难学的特点,以Matlab为主线,自始至终运用Matlab来阐述基本概念和基本原理。我们2007年编写的讲义经过一年试用,然后进行修改、完善和补充,教材《数字信号处理原理及实现》于2008年 3月正式出版[3]。该教材结合研究性课程建设的需要,增加了理论与实际结合的环节,在每一章都增加了Matlab实现,提供了本章重要知识点的Matlab演示程序和结果。我们在教材中增加了上机实验一章,并直接作为课程的实验教材,并配有上机习题,它可以作为课程实验练习和上机考试的复习习题。

2.2 辅助教材

与本书配套的教学辅导书《数字信号处理原理及实现学习指导》于2009年3月出版[4]。本书作为主教材的配套教材,共包括九章内容。前八章内容与主教材相一致,每一章都包括重点与难点、内容提要、典型例题分析、习题精解、自测题及综合测试。第九章是新增加的本科生考试试题及解答。

主教材于2009年6月被评为江苏省精品教材,《数字信号处理系列教材》(包括主教材和配套的学习指导书)于2009年10月被评为中国矿业大学精品教材。这一套教材对我们搞好课程建设、推进课程的教学改革、促进教学质量的提高发挥了重要作用[5]。

3 教学网络系统

建立学生课后自主学习的平台,以提供课程信息、教案、课件、实验以及网络交流等,也是建设精品课程的一个重要内容。

我们结合自编教材,研制了数字信号处理网络教学系统,该系统包括网络课程、多媒体动画库、Matlab仿真块区、上机考试、探究性学习指导和网上答疑等内容[6]。其主要特色是:根据课程建设和改革的需要,增加了Matlab仿真块区,覆盖了从Matlab语言编程到Matlab Websersver远程仿真和Matlab/GUI交互练习等各个辅导环节,强化了Matlab仿真环境。该网络教学系统在2008年获得全国多媒体大赛,2009年获得江苏省优秀多媒体教学课件二等奖。

4 软件仿真和DSP硬件实现结合

我们在利用Matlab软件仿真强化学生掌握课程基础理论的同时,还将其与DSP硬件平台相结合,用以指导学生开展了科技训练和电子设计大赛等活动,把课程的实践环节延伸到课外。

我们的DSP实验室成立于2001年,我们此后为实验室研制了一套DSP开发系统包括开发实验板和仿真器,用于信息工程专业综合实验。近几年,我们又开发了改进版TIDSP实验装置,进行硬件实验,并用于开展课外大学生科技训练和电子设计大赛等。本课程教师指导的学生已获得电子设计大赛全国一等奖1项,二等奖3项,江苏省一等奖2项。

[1] 啜钢,王文博,齐兆群,等.移动通信精品课程教学改革实践与探讨[J].北京:北京邮电大学学报(社会科学版),2009,11(4):85-90

[2] 刘大年等.“数字信号处理”课程的形象化教学方法探索[J].南京:电气电子教学学报,2006,28(4):104-107

[3] 王艳芬王刚等.数字信号处理原理及实现[M].北京:清华大学出版社,2008

[4] 王艳芬.教学信号处理原理及实现学习指导书[M].北京:清华大学出版社,2009

[5] 王艳芬王刚等.《数字信号处理》研究性课程建设与探索[J].成都:实验科学与技术,2008,6(2):80-82

[6] 王艳芬王刚等.“数字信号处理”网络教学系统的开发[J].南京:电气电子教学学报,2009,31(3):112-113

Exploration for Excellent Course of Digital Signal Processing

WANG Yan-fen,WANG Gang,ZHANG Xiao-guang,LIUWei-dong,LI Jian

(School In formation and Electrical Engineer ing,Ch ina University o f M ining Technology,Xuzhou 221008,China)

The construction of excellent-courses is the most important action for practicing the education quality p roject,and is the sou l of teaching reforms.In this paper,we introduce the specificmeasures and experience of the construction of Jiangsu province excellent-course Digital Signal Processing,from the several ways of teachingm ethods,examination assessment system,construction of teachingm aterials,development of student's self-learning network system,enhancing the student's software p rogramming capabilities and practicalability and so on,w hich show s the several key factors of construction of excellent-course.

digital signal processing;excellent-course;teaching reform

G423.07

A

1008-0686(2011)02-0022-03

2010-07-29;

2010-12-25 基金项目:中国矿业大学课程建设与教学改革项目(200907)

王艳芬(1962-),女,博士,教授,主要从事信号处理与通信方面的教学和科研工作,E-mail:lszw yf@163.com