“数字信号处理”课程教学改革与实践

陈嘉琪 胡居荣

【摘要】“数字信号处理”课程已普遍成为大学本科电子信息工程专业必修的重要专业基础课。随着学科发展，“数字信号处理”课程的传统教授方式在教学实践中已日渐显现出不相适应的问题。本文根据“ 数字信号处理” 的课程特点和学习认知规律，结合教学实践，从数字信号处理课程教学内容的安排、教学方法的运用以及学生学习的方法三个方面阐述了数字信号处理课程的教学方法。教学实践表明，运用合适的教学方法和指导学生应用得当的学习方法进行“数字信号处理”课程的学习和研究，可以收到良好的教学效果。

【关键词】数字信号处理;教学方法;教学实践

随着科学技术近年来的迅猛发展，数字信号处理技术已成为我国实施以信息化带动工业化战略的桥梁，被广泛地应用于航空航天、通信工程、生物医学等诸多领域[1]。由于数字信号处理这一学科的内容相当丰富，与此有关的技术又在许多技术领域起着越来越重要的作用。在这样的背景下，“数字信号处理”课程在信息类高等教育体系中占有显著的地位[2]，目前国内外许多高校都已开设“数字信号处理”课程，并作为大学本科电子通信专业必修的主干课和重要的专业基础课。

“数字信号处理”课程的特点是理论性强、抽象概念多、起点高、难度大、数学推导严密。作为电子信息工程专业的主干课程具有承上启下的作用。承上的角度说，这门课的学习具有一定的门槛，需要学生先行学习高等数学、信号与系统、电路等课程，对信号处理有一定的认识。启下的角度讲，这门课的理论与实践结合比较紧密，系统学习后可以培养和提高同学们对数字信号处理系统设计和分析的能力，为今后的研究和技术工作打下坚实的基础。

目前，“数字信号处理”课程在教学中已日渐显现出与实践不相适应的问题[3]。传统的数字信号处理课程在教学的过程中往往突出数学分析，注重数学推导，工程概念相对薄弱，理论联系实际不够，较少涉及实现方法及相关的软硬件技术，特别是对学生动手能力、技术技能和创新精神的培养等方面与科技界、产业界的要求相去较远。这势必使得学生在听课的过程中会感到内容枯燥，缺乏学习兴趣。所以“数字信号处理”课程教学的改革与实践势在必行。

一、数字信号处理教学内容及考核方式的探讨

1.教学内容选择原则

数字信号处理这门课程涉及的理论非常丰富，逻辑性很强。由于大部分知识点都与数学紧密相连，过于强调数学的推导一方面会掩盖数字信号处理的实质，另一方面会使学生产生畏惧心理。因此我们在课堂教学中必须合理地筛选授课内容，在侧重基本概念、基本原理和基本方法原则指导下，重点讲授带有普遍意义的知识点，而对相似的知识只进行简单地介绍。同时，还应尽量减少公式推导，通过分析和处理具体的信号，用直观的图形表示结果，便于学生接受。

2.考试安排

数字信号处理课程的考试如果仅仅着眼于考查学生套用公式的计算能力和熟练程度，难免会造成学生以应试为目标的死记硬背，生搬硬套。从而忽略了对学生能力的培养，并造成学生的考试成绩不反映真实水平的情况。因此，在新的教学目标、教学思想的指导下，我们对课程考试方式及内容进行了一些改革和调整。在考核方式上。我们加大了平时成绩的比重，由以前的20% 增加到30%，其中出勤占10%，平时作业占10%，还有10%是课堂问答，这样可以提高学生平时学习的积极性，一定程度上纠正一部分学生平时不学，考前突击的情形。在考核内容上，我们将注重计算转移到注重分析和理解上，在强调考核基本内容、基本概念以及知识的综合应用的同时，加大综合与分析型试题的比重。这样，可以相对较为客观地考察学生的学习情况，对学生的学习成绩进行更为合理公正的评估。

二、数字信号处理教学方法的改革

1.基于知识结构分类的教学手段

数字信号处理课程的主要内容可以分为三块：1）线性时不变系统的基本概念，这是后续课程内容的理论基石;2）离散傅里叶变换，这是全书的重点;3）数字滤波器的设计，这部分内容与工程实际的联系比较紧密。

根据这三部分内容特点上的不同，我们进行了一系列教学改革，在授课时采取的授课方式各有侧重。第一部分线性时不变系统，授课时以讲授为主，教学目标是强化学生对基本概念的理解与认识，同时尽量生動有趣，激发学生对课程的兴趣。第二部分离散傅里叶变换，涉及较多的数学理论，难度相对比较大，是本课程的重点和难点，授课时需要讲授和互动相结合，讲清讲透重点内容的基本概念，同时通过课堂练习和程序仿真展示，加深学生的理解。第三部分数字滤波器的设计，以引导学生为主，在讲授基本方法和范例展示之后，需要重点突出学生的参与，加强相关的实验仿真环节，并对学生自学过程中遇到的困难进行及时的指导。

2.将知识迁移运用于教学实践

“信号与系统”作为“数字信号处理”的重要先修课程，在基础理论部分与本课程在离散信号与系统部分存在内容上的重叠[4]。为了完成对两门课程的高效衔接，经过教学实践，我们对两门课程的重叠内容采取的教学策略是：首先让学生自学，之后在课堂教学中如遇到相关知识作为基础，教师将比较两门课程中的相似概念，这样既调动了学生的学习积极性，培养了学生的独立学习、思考能力，同时利用知识迁移这一教学思想将有限的学时更好地用在后续课程的教学中，也减少了相应的授课学时，事半功倍。

3.基于Matlab的课程实践

“数字信号处理”是实践性很强的课程，在教学中结合适当的实践环节可以有助于深入理解理论知识。Matlab是当前国外信号处理和系统设计等领域最为流行的仿真软件之一，具有语言规则简捷，程序编制、调试简单，效率高的特点。我们在课堂教学中介绍Matlab的应用，给出若干习题Matlab仿真做法和仿真结果，使学生学会利用计算机解决理论问题。同时在Matlab仿真实验课程中，我们鼓励学生勤于思考，多样化解决问题，拓展了传统仿真实验的深度和广度，达到夯实学生理论基础，培养了创新能力的教学目标。

三、结束语

目前“数字信号处理”课程已是国内外大学电子信息学科重要的专业基础课，同时又往往被学生们认为是门难课。对数字信号处理课程的改革是电子信息类专业课程教师一项刻不容缓的职责。我们结合实际教学情况，在教学内容、实践教学和课堂教学模式等方面做了一系列改革的尝试，并进行深入的分析、总结。实践证明教学改革取得了一定的效果，激发了学生对该课程的兴趣，拓宽了学生的视野。今后，随着数字信号处理理论的进一步丰富和完善，我们还将不断汲取新的知识，掌握本专业的发展方向，把本学科的新技术、新理论引入课堂，最终促进电子信息专业的持续深度发展。

参考文献：

[1]程佩青.数字信号处理教程[M].第三版.北京：清华大学出版社，2007.

[2]卢铁兵.崔翔等.电气工程及其自动化专业数字信号处理课程建设[C].第二届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（下册），2004：438-442.

[3]汪西原.“数字信号处理”课程实践教学改革的探索[J].高等理科教育，2005，5：94-96.

[4]张永瑞，张妮.信号与系统与数字信号处理两课程教学内容的一种整合方案[J].电气电子教学学报，2001，23（1）：10-12.