信号处理课程群教学改革和优化的研究与实践

陈爱萍，张可为，龙泳涛，林 愿

(湖南工程学院电气信息学院，湖南湘潭411101)

信号处理系列课程是电子信息系统的专业理论基础。为培养具有创造性的应用型人材，湖南工程学院对信号处理课群的系列课程进行整体规划，重新构建课程群。在设置课程体系、优化整合理论和实践教学内容、创新教学手段、建设网站、建设教材等方面进行研究与探讨。［1］

一 信号处理课程群的重新设置

信号处理课程群包含有信号与系统、数字信号处理、DSP原理与应用、“数字图像处理及系统仿真(MATLAB)等课程，是电子信息类专业的核心课程，以信号处理课程群为背景重构信号处理系列课程体系，通过更新教学内容，建设精品课程，完善了理论和实践教学体系。［2，3］做到前后课程衔接好，左右课程结合好，突出了理论基础、工程应用、系统综合的课程主线，建立了纵向传承、横向互补的课程体系。如将数字信号处理与系统仿真安排在同一学期教授，系统仿真可以辅助数字信号处理的实验教学，数字信号处理的理论又为系统仿真课程服务，教学效果非常好。

二 优化整合课程群理论教学内容

在课程组织上，对整个课群进行整体规划，突出每门课程的重点和难点，强调课程的关联性，避免课程之间内容的重复，整合优化教学内容。

信号与系统课题突出理论基础和考研优势，注重时域分析和变换域分析方法，强调傳里叶变换、拉普拉斯变换和z变换的数学概念、物理概念和工程概念，突出信号与系统概念，如信号频谱和系统函数的概念，介绍工程应用实例。［4，5］淡化数学推导过程。在课堂教学中，引入MATLAB仿真软件，实现图形和数据相结合，便于学生加深理解所学知识。在此基础，还可以建立教学网站，实现资源共享。［4，6］

数字信号处理课程突出信号处理算法研究，结合MATLAB软件，理论教学的同时，注重软件计算和仿真结果的分析。针对课程的理论知识抽象，数学知识多，学生很难理解与掌握的特点，在多媒体教学中采用MATLAB软件进行仿真演示，帮助学生理解和掌握基本概念，并使课堂教学生动，激发学生的学习兴趣，提高教学质量。如在用FFT作谱分析时会出现频谱混叠现象、频谱泄漏及栅栏效应，用MATLAB演示这三种现象及改进的方法非常生动逼真;IIR和FIR滤波器的设计，淡化公式计算，强调MATLAB计算与设计方法。

DSP原理与应用课程突出信号处理工程实现方法。该课程主要是介绍DSP的结构、原理及编程，强调数字信号处理算法的工程实现。

数字图像处理课程突出科研优势。课程主要介绍数字图像处理的基本理论和主要技术，包括图像获取、变换、增强、复原、彩色图像处理、图像编码、压缩、检测与分割、图像表示与描述、图像识别等。课堂上结合MATLAB软件进行仿真演示。

系统仿真(MATLAB)课程主要介绍MATLAB的基础知识及其在信号与系统、数字信号处理、数字图像处理和通信原理中的应用。用于辅助数字信号处理、数字图像处理的理论教学和实验教学。

三 课程群实践教学体系的建立

课程群内课程都设有实践环节，实践方法包括软件、硬件及软硬件相结合进行操作。实践内容的安排考虑到相关课程的前后衔接问题。

信号与系统实验采用硬件实验，在实验箱上完成，主要实验内容有零输入响应零状态响应、信号分解与合成、信号的采样与恢复、无失真传输系统、模拟滤波器分析、二阶网络函数的模拟、二阶系统的特性测量、二阶网络状态轨迹的分析、一阶和二阶系统的幅频特性测试、系统稳定性分析、系统极点对系统频响的影响、系统相平面的分析、模拟滤波器的设计等。［4］

数字信号处理实验采用MATLAB软件做仿真实验，主要实验内容有离散序列的产生运算与分解、系统频率响应和单位脉冲响应、信号系统及响应、时域采样定理和频域采样定理的验证、用FFT作谱分析、IIR数字滤波器的设计、FIR数字滤波器的设计等。

DSP原理与应用采用软件硬件结合的方法，在CCS集成环境下编程，下载到DSP实验箱上完成。主要实验内容有指示灯、拨码开关控制、定时器、中断、发光二极管阵列显示、液晶显示器控制、音频信号发生、FIR滤波器、IIR滤波器、FFT算法、卷积、自适应滤波器、语音的采集与放送、语音信号编码等。

数字图像处理实验采用MATLAB软件做仿真实验，主要实验内容有图像获取、图像处理变换、图像滤波、图像分割、图像压缩与编码、图像特征提取、几何变换、图像融合等。

系统仿真(MATLAB)主要实验内容有MATLAB基本运算、M文件编辑和图形处理、MATLAB在信号与系统课程中的应用、MATLAB在数字信号处理课程中的应用、Simulink的应用、MATLAB在数字信号处理课程中的应用、MATLAB在通信原理课程中的应用等。

除实验外，还可安排专业课程设计。课程设计是将DSP原理与应用、数字信号处理、数字图像处理课程融合在一起。设计内容主要突出信号处理理论和技术的综合运用，主要是先用MATLAB进行设计、计算和仿真，再在CCS集成环境中编程，在DSP实验箱上实现。

四 教学方法和手段的创新

信号处理课程群的特点是理论性强，概念多，涉及大量的数学公式和理论推导，为了提高教学质量，改进传统的教学方式，可以采用板书与计算机多媒体相结合的教学手段，采用引进和自编的方式编写所有课程的多媒体课件，加大课堂教学的信息量。教学中，充分利用计算机仿真技术，对课程中的关键知识点进行仿真，用图形和数据结合的方式展现给学生，便于学生掌握和理解。数字信号处理和数字图像处理课程的大部分课后习题要求学生用MATLAB完成。

为了实现教学资源的共享，还可以建设课程群网络教学平台，为群内课程提供多个教学资源的共享，包括课程教学大纲、电子教案、电子课件、教学录像、习题解答、实验指导书等。

五 教材建设

结合湖南工程学院实际教学情况，理论课程选用权威教材，为了提高学生的专业英语应用能力，数字信号处理课程采用双语教学，选用全英文的原板教材。实验教材由自己编写，保证了教学质量。老师也积极参与规划教材的编写工作。

六 结语

为培养创造性、应用型人才，湖南工程学院以信号与系统、数字信号处理、数字图像处理课程的基本理论为核心，以系统仿真及DSP原理与应用为软件和硬件的辅助设计和实现工具，在课程群体系的构建、教学内容的整合与优化、教学方法与手段、实践教学等方面进行了改革与实践，使信号类课程具有强调基础、点面结合、反映最新技术、内容分布合理、理论与实践结合紧密的特色，突出了对学生工程实践能力和创新能力的培养。

［1］ 张爱华，董秀洁，高 辉．信号处理系列课程的教学改革与实践［J］．电气电子教学学报，2010(8)．

［2］ 欧阳缮，欧阳宁，刘庆华．信号处理课程群的建设与改革实践［J］．大众科技，2008(11)．

［3］ 熊庆旭．“信号与系统”中三个层次教学探索［J］．电气电子教学学报，2009(1):5－7.

［4］ 陈爱萍，等．“信号与系统”课程教学改革与实践［J］．湖南工程学院学报，2010(4):100－102．

［5］ 郑君里，应启珩，杨为理．信号与系统:第2版［M］．高等教育出版社，2005．

［6］ 刘翠响，王宝珠，吴焕丽．信号与系统精品课程建设的探讨与实践［J］．河北工业大学成人教育学院学报，2006(3):16－20.