数字信号处理课程教学改革的探索和实践

余 颖， 肖 静， 刘树博

(东华理工大学长江学院，江西抚州344000)

数字信号处理课程教学改革的探索和实践

余 颖， 肖 静， 刘树博

(东华理工大学长江学院，江西抚州344000)

数字信号处理课程具有理论性强、比较抽象的特点。针对目前东华理工大学学生学习的现状，学校对数字信号处理课程建设进行了相应的改革。这主要表现在整合教学内容、优化课程体系、丰富教学手段、运用多样化的实践教学、改革考核方法及加强师资队伍建设等方面。课程建设更加注重培养学生的动手能力和解决问题的能力。实践表明教学改革取得良好的效果。

数字信号处理;教学改革领;实践教学

数字信号处理是笔者所在的东华理工大学电子信息专业的一门专业必修课。课程理论性很强，抽象概念多，起点高，难度大，又包含有很多科学方法，涉及的数学知识非常多。就目前我校三本专业学生的现状来说，学生数学基础相对薄弱，且未开设实验课，学习本课程有一定困难，导致学生怕学、厌学、学不懂、学习兴趣不高。在教学过程中学生理解和掌握的部分很不理想。为了帮助学生系统理解掌握课程的基本概念、基本原理和基本分析方法，充分锻炼他们综合应用所学知识独立解决实际问题的能力和工程实践创新能力，深入贯彻教育部关于全面推进素质教育、强化高校工科三本学生的工程教育的精神要求，我们对本课程的教学内容、教学手段、实践教学、课堂教学模式和考核方式进行了相应的改革。

1 整合教学内容，优化课程体系

目前国内外出版的数字信号处理教科书注重理论体系的完整性，内容多，并且难度较大，而我校该课程的学时较少(46学时)。这就必须精选课程的内容，讲授本课程最根本的内容及其精华和思想。我们认真细致地对教学内容进行科学合理的整合。数字信号处理课程的核心主线是离散傅里叶变换以及滤波器的设计［1-5］。围绕这一主线形成教学内容如图1所示。

图1 数字信号处理教学内容

本着加强学生对数字信号处理知识与技术的理解和掌握，培养学生的创新能力，提高学生专业素质，体现前沿性、实用性和综合性的教学原则，优化课程体系如下［2，5］:

1、理论体系

2、实践体系

2 丰富教学手段，改革教学模式

数字信号处理存在概念多、不直观且非常抽象、公式推导繁琐等问题，我们运用课堂板书、多媒体教学和网络答疑等多种教学手段，开发完善适合教学的多媒体辅助系统，充分发挥网络资源及现代教学手段的优势。例如，利用 Java、Flash、Photoshop、Authorware等工具制作动画，将抽象的概念感性化，以形象生动的图像、动画来展示理论内涵。引入MATLAB，将抽象的概念形象化，直观、生动地展示概念的物理意义和设计方法的物理实现途径。充分利用幻灯片和音、视频配合进行互动教学，直观生动，便于学生理解和记忆，激发学生的积极性和学习兴趣，拓展学生的思维空间，实施形象教学［3］。

再如，利用flash动画来演示奈奎斯特抽样定理。通过flash的动画效果，让抽样频率小于、大于、等于2倍信号最高频率内容依次出现(如图2所示)，并配合教师的讲解，从而说明为什么采样频率要至少大于等于信号最高频率成分的2倍。由于图形演示形象直观、说明简洁，从而加深了学生对采样定理的理解和记忆，达到对该知识点真正的融会贯通，同时也激发了学生的学习兴趣。

图2 奈奎斯特抽样定理

3 实践教学多样化，改革实践教学体系

实践教学在强化理论内容同时，能够培养学生综合运用所学知识、独立分析问题和解决问题的能力及创新能力。以强化工科三本学生的工程教育的精神要求，推进实践教学多样化，形成促进学生知识、能力、素质的综合协调发展的实践教学体系。

首先设立实验课时，将传统的实验改革为上机实验。上机实验又可以分为基础性验证型、综合性和设计性上机实验，以满足不同层次学生的需求。

基础性验证型实验主要是对理论课的知识进行验证，帮助学生理解和掌握课堂上所学的基本理论，使学生学会利用MATLAB软件表示离散信号或系统，利用MATLAB软件分析和处理信号或系统，如离散时间信号分析、LSI系统的频域分析、Z变换、FFT做频谱分析等。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识实验。如模拟滤波器的设计、数字滤波器的设计等，以培养学生对所学知识的综合运用能力。设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。设计性实验中，先由教师给出设计实验题目和具体的技术指标;学生首先根据要求查阅相关资料，确定出实验方案;学生自己设计程序，完成实验内容;最后写出实验报告。例如FIR数字滤波器的设计、IIR数字滤波器的设计等。主要培养学生的设计能力、创新能力和主动性［4］。

随着课程教学内容的逐步展开，根据不同阶段的特点，我们构建了从实验平台、课程设计、开放型实验室构建虚拟实验平台的一套实践体系［4-6］。

(1)实验平台。将先进的硬件DSP开发平台和MATLAB软件平台融入实践教学中，直接同当前工程开发接轨，提高学生在实际工作中的适应能力。

(2)课程设计。数字信号处理课程中包含了大量关于离散信号的各种运算，如相加、相乘、翻转、平移、卷积、圆周卷积;FIR、IIR滤波器的设计;快速傅里叶变换等，针对这些问题，在整个数字信号处理课程的教学过程中，归类让同学们使用MATLAB程序语言进行课程设计。例如完成一个具体的信号处理实例(语音信号分析与处理、信号的频分复用、语音信号简单的特技处理— —延时和混响、有噪声的语音信号的滤波处理等)，加强滤波器基本理论的理解和实际实践能力的提高，实现简单的信号处理系统。若不安排课程设计，可以把此部分作为综合设计性实验课进行练习［2，6，7］。

(3)增设开放型实验，构建虚拟实验平台。我校配备了多台TMS320系列DSP实验箱，为师生提供一个完整的教学实验平台，为学生加速学习与系统掌握DSP的开发与应用提供强有力的手段。学生可以借走利用业余时间开发，还可以组成开发小组在实验室集体开发，为学生学习掌握运用DSP技术提供了保障。实现了理论学习向实验技能、创新研究的转变。利用网络资源构建数字信号处理虚拟实验室，为学生提供丰富的数字信号处理环境，且减少了实验器件的损耗，配置灵活且扩展性好，开发周期短［8］。

4 注重学习过程，改革考核方法

目前考试着眼于考核学生套用公式的能力和计算能力，势必造成学生以应试为目的，而忽略了能力的培养且不能反映学生的实际水平。改革考核方法势在必行。改变过去重知识轻能力、重理论轻实践的做法。对学生知识和能力进行综合考核，注重学习过程淡化期末考试成绩。考试采用半开卷的方式(即公式可带入考场)，学习的重点就自然转移到应用能力上。对学生所有学习过程包括平时学习、实践环节、课程设计都进行考核。考核成绩采用平时成绩、课堂小测验、大作业、小论文、实验、课程设计、期末考试等环节，让学生清楚地认识到每一个环节都是不可忽视的。

5 加强队伍建设，研讨教学改革

加强师资队伍建设，不断提高教师的整体素质、业务水平和科研能力是课程改革的前提。我们经常组织调研交流和观摩听课，取长补短。注重将电子教案编制、CAD课件、多媒体技术等现代化的教学手段及最新科技成果运用到讲课中去，重视创新意识和创新能力的培养。针对我校学生实际情况，教师积极做好课前准备工作，包括修改完善教学大纲、认真钻研教材;教学过程中探讨教学法，并与学生交流讨论学习方法、心得体会，探讨课堂得失，掌握学习需求并及时总结汲取经验［9］。目前我们正在准备编写配套的习题集。

综上所述，数字信号处理课程在电子专业各教学环节中起着承上启下的作用，优化该课程体系、丰富教学手段、运用多样化的实践教学、改革考核方法及加强师资队伍建设等环节都会影响课程教学效果，只有对各环节总体规划、协调建设和改革，才能取得更好的教学效果。实践表明，该探索和尝试能够提高数字信号处理课程的教学质量和效果，增强学生学习本课程的热情和兴趣，提高学习质量，得到了大多数学生的认可。

［1］张瑞，李歆.数字信号处理教学环节的改革研究与实践［J］.安徽教育学院学报，2007(11):30-34.

［2］丁玉美.数字信号处理［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2003:3-5.

［3］王霞，高军萍.MATLAB在数字信号课程教学改革中的应用［J］.河北工业大学成人教育学报，2005(3):12-14.

［4］赵知劲，刘顺兰.数字信号处理实验［M］.杭州:浙江大学出版社，2007:1-5.

［5］唐介.面向21世纪电工电子系列课程教学内容和课程体系改革的研究与实践总结［J］.电气电子教学学报，2001，23(4):11-14.

［6］杨述斌.数字信号处理实践教学的层次设计［J］.实验室研究与探索，2009(2):123-125.

［7］高军萍.数字信号处理课程教学改革的探索与体会［J］.电气电子教学学报，2007(2):19-21.

［8］杨鉴，等.“数字信号处理”精品课程建设的几点体会［J］.中国电子教育，2008(4):64-66.

［9］朱立，等.《传感器与检测技术》课程教学模式创新探讨［J］.东华理工大学学报:社会科学版，2011，30(1):77-80.

Exploration and Practice of Teaching Reform on Digital Signal Processing

YU Ying， XIAO Jing， LIU Shu-bo
(Yangtze College，East China Iustitute of Technology，Fuzhou344000，China)

Digital Signal Processing is a rather theoretical and abstract course.Based on the current study situation of students of East China Institute of Technology，thoughts on reform of course construction of DSP are put forward.We should integrate teaching material，optimize curriculum system，enrich teaching methods，employ diversified practical teaching models，reform assessment methods and strength teachers’training.We should also develop students’hands－on ability and problem solving capability.The teaching reform turns out to achieve good results in practice.

digital signal processing;teaching reform;practical teaching

G642

A

1674-3512(2011)03-0294-03

2011-05-23

江西省教改课题资助项目(JXJG－09－80－9)。

余 颖(1975—)，女，江西高安人，讲师，主要从事电子、信号处理研究。