独立学院“数字信号处理”课程教学研究与实践

凌霖　李锋

【摘 要】 针对“数字信号处理”课程理论性强、教学效果差等问题，对独立学院“数字信號处理”课程教学进行了研究与实践，根据学生特点，优化教学内容，综合运用多种手段，激发学生学习兴趣，提高了课程教学效果。

【关键词】 教学研究;教学实践;数字信号处理

"Digital Signal Processing" Course Teaching Research and Practice of Independent Colleges

LING Lin， LI Feng

（School of Electronic & Information， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212003， China）

【Abstract】For the reasons of strong theoretical and bad teaching effect of "digital signal processing" course， has carried on the research and practice of course teaching of independent colleges. According to the characteristics of students，has optimized the teaching content. The integrated use of a variety of teaching methods has stimulated students interest in learning to improve the teaching effect.

【Key Words】teaching research; teaching practice;digital signal processing

【中图分类号】G64.22 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）15-000-02

引言：随着计算机和微电子技术的发展，半个世纪以来，理论性和工程性都很强的数字信号处理学科得到了飞跃式的发展，成为众多学科和领域的重要理论与技术基础。[1]目前，《数字信号处理》课程已成为大多数电子信息类相关专业的核心课程，对后续课程影响很大。我校独立学院也开设了该课程。

1 当前独立学院“数字信号处理”教学中的问题

在当前独立学院“数字信号处理”教学中有两个比较突出的问题。

（1）“数字信号处理“课程本身具有理论性强、数学公式推导多、概念抽象的特点，对学生的数学计算、抽象及分析能力有较高的要求。然而，独立学院的学生普遍具有基础知识相对薄弱，尤其是数学基础较差;家庭条件优越，缺乏学习动力;对理论缺乏兴趣，喜欢动手的特点。[2]

（2）独立学院的学生培养目标和普通院校有所区别，独立学院以培养“技术技能型”的应用型人才为目标，强调的是将理论转化为实际工作的能力或者运用理论解决实际工作问题的能力。与理论型人才相比，应用型人才的专业理论不要求太深，但要求更广;不要求有进行理论研究和理论创新的能力，但更注重解决实际问题的能力。[1]然而，独立学院课程授课教师大多来自母体学校，教师往往沿用一二本学生的教学方式来对待独立学院学生的课程教学，教学过程中，对独立学院的培养目标及学生特点不能做针对性调整。

2 课程教学研究与实践

基于上述存在问题，我们对独立学院“数字信号处理”教学进行了教学研究，采取了一些措施，在教学实践中尝试与探索。

（1）课程教学内容及教学目标优化

对于课程教学内容，精简后，实际上就是抓住两条主线。一是离散时间信号与系统的理论分析，包含时域分析与变换域分析，教学内容包括卷积、差分方程、三类变换，这部分内容数学计算、推导多，但是教学目标重点在于让学生理解掌握为什么要做时域、频域的转换，做变换的物理意义，将学生要求掌握的数学公式及数学关系简化至10个以内，大大降低学生的畏难心理;二是数字滤波器（系统）设计，教学内容包括系统网络结构、有限冲激响应（FIR）滤波器与无限冲激响应（IIR）滤波器设计方法，这部分内容操作性强、动手多，教学目标重点在于让学生理解掌握如何根据工程实际选择和完成滤波器设计。教学中，学生如果能深刻理解把握好这两条主线，实际上这门课程也就学好了，数学计算反倒是其次，因为数学运算不管硬件还是软件都有现成的实现。

（2）多种教学辅助手段的综合运用

传统的教学，以教师为主导，多为填鸭式、灌输式的学习，即使采用多媒体教学，也往往是快速翻过，学生学习体验差，教学效果并不好，与以学生为学习中心的现代教育理念相背离。我们的授课方式采取课堂板书、多媒体教学和网络教学相结合，以丰富的教学手段提高学生学习积极性。课堂讲授时，教师是中心，多媒体课件绝不可喧宾夺主，重要的知识点、数学公式及推导，必须板书手写，在板书过程中让学生体会逻辑的严密性，多媒体课件更多是起辅助效果，可以共享给学生课后复习，板书和多媒体课件在课堂的使用比例，视教学内容情况灵活调整。网络教学也作为课堂教学的有益补充，我们的课程建有网络天空教室，提供大量的教学资源以及有用的网络链接，还有动画、习题等等，辅助学生课程学习，另外，通过网络课堂发布网络作业让学生利用网络资源自主探究，进行小组研究性学习的实践与探索。

（3）形象化教学、比较教学方式

形象化教学具有直观、易于理解的特点。将数字信号处理的数学表述用物理过程的形象化建立，可以帮助学生理解掌握关键的知识点。对于“数字信号处理”课程教学来说，有一个非常有力的形象化教学工具，就是MATLAB软件，利用MATLAB仿真可以把抽象化的概念直观化，以图片的形式呈现给学生，使学生能对其所学的理论知识在实际应用中有一个初步的认识，从而让理论和工程实践结合更加紧密。例如，在教学过程中，讲解滤波器设计时候，可以使用SPTool和FDATool工具箱，给学生做一些演示，让学生先有一个感性认识，引起学生的学习兴趣。形象化教学也可以利用其它的一些工具，例如，在介绍频谱的概念时，借助大多数电脑都安装的音乐播放器显示声音信号的谱变化;还有，制作动画演示卷积、采样等过程。当然，将一些抽象的知识点用图表形式总结出来也属于形象化教学。

比较教学法是将有一定联系和差异的教学内容放在一起进行对比讨论和分析，找出其中的异同点，将有关的知识和理论迁移到另一对象上。这种方法不是简单的比较，而是举一反三、对比类推的过程，学生在理解一个内容之后很自然地想到另外一个内容，易于掌握和理解，所以能很好地达到教学目的。[3，4]“数字信号处理”的比较教学，可以联系先修课程“信号与系统”知识点进行比较，也可以本课程内知识点或以往所学知识比较。在实际教学中，比较教学也常与形象教学相结合。

有一些比较典型的例子可以介绍。比如，在讲解傅里叶变换的物理意义时，一个恰当的比较是将傅里叶变换比作物理中学过的玻璃棱镜。棱镜是可以将光分解为不同颜色的物理仪器，每个成分的颜色由波长（或频率）来决定。傅里叶变换可以看作是数学上的棱镜，将信号基于频率分解为不同的成分，从而让学生理解傅立叶变换使我们能通过频率成分来分析一个信号。再如，对于系统线性相位的概念，很多同学难以理解，课堂上可以用军训走队列的例子进行比较，将信号的各个频率成分想象成站成一排队列的不同人，信号的不同频率经过系统后的延时就像队列中不同人跨出的步子，步子不同，会使队列排面变形，信号成分延时不同就会引起经过系统后信号失真，所以学生很快就能理解线性相位实际就是要求系统对不同频率成分的延时应该相同。还有，在学习频域采样时候，可以和时域采样进行比较，如下表1所示：

表1 时域采样和频域采样比较

采样间隔 观察域 观察域特征 无失真条件

时域采样 频域 频域周期延拓，可能频域混叠

频域采样 时域 时域周期延拓，可能时域混叠

通过比较学生可以发现，原来时域、频域之间的转换关系是相似的，同时还可以引申到时域、频域信号乘积、卷积的相互转换。

另外，像连续时间系统和离散时间系统在数学公式形式及内在联系上的比较，也应该在教学中有意识的提醒学生分类总结，可以极大的帮助学生记忆公式和理解。

（4）MATLAB实验实践训练

实验环节是课程教學的重要组成。课堂讲授时的MATLAB实例演示能帮助学生掌握知识，但这种掌握往往是肤浅、表面的，离学生真正理解掌握知识还有不少距离，这就需要对学生进行充分必要的实验实践训练。我们依据前述两条教学主线，通过8课时的实验，分别对时域分析、频域分析以及两类滤波器设计进行MATLAB编程实验仿真，学生动手编写程序，理论与实践相结合，在实验报告中进行数据分析，验证理论所学知识，加深了对相关知识的理解，在培养学生实践动手能力方面取得明显效果。

3 结束语

课题组通过教学实践与摸索，根据独立学院学生特点，以满足培养“技术技能型人才”为目标，开展“数字信号处理”课程教学研究，合理运用多种教学手段和方法，努力克服学生学习中重数学推导论证，轻物理概念与实践应用的现象，切实改进了教学效果。对于和本课程特点相似的一些课程，本课题成果能提供有益的参考和可行的操作方案。

参考文献

[1]李亚，马云辉.独立学院电子信息类应用型人才培养模式的构建[J]，中国电力教育，2010，（9）：10-12

[2]王玮.独立学院“数字信号处理”教学探讨[J]，中国电力教育，2011，（25）：12-113

[3]叶新荣，张爱清.“数字信号处理”课程教学中对比教学法应用研究[J]，中国电力教育，2013，（1）：58-59

[4]张冬玲，李天昀，闫红刚.“数字信号处理”课程新教学方案初探[J]，工业和信息化教育，2013，（8）：24-27