数字信号处理教学改革的探索

刘芳

摘要：“数字信号处理”是电子信息类专业的重要课程，在各个学校的专业教学中受到相当的重视。本文总结近几年学生学习该课程实际情况的经验以及教训，从理论教学和实践教学两个方面进行改革。在理论教学方面，强调优化教学内容、改善教学方法、加强师生互动；在实践教学方面，开展课内实验和课外实验，培养学生主动学习、独立思考、实际解决问题的能力。

关键词：数字信号处理；改革；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）49-0242-02

“数字信号处理”是电子信息类专业的重要课程，在各校的专业教学中受到相当的重视。我们总结近几年学生学习该课程的实际情况，提出从理论教学和实践教学两个方面进行改革，让课堂教学深入浅出，教学方法灵活多变，从而提高学生学习的兴趣，培养学生主动学习的能力；另外，加强实践教学环节，培养学生独立思考问题的习惯，提高学生实际解决问题的能力，为其继续深造或工作就业打下良好基础。

一、理论教学改革

1.优化教学内容。数字信号处理课程理论性较强，概念抽象，公式繁多，学生普遍反映理解较困难，因此优化教学内容非常关键。首先，要选择合适的教材，以基本理论和基本方法为核心，配有举例说明和MATLAB程序示例；其次，根据各专业的不同要求，以及学生自身基础水平的区别，合理选取讲授内容，淡化对公式的推导，多举生活实例引导学生理解所学知识，从而提高学生学习课程的兴趣。

2.改善教学方法。一方面，采用多媒体课件与传统板书相结合的教学手段；另一方面，在一些难点知识的讲解中，借助FLASH MX等软件插入动画，吸引学生的注意力，并使抽象知识更易理解，也可用MATLAB软件演示仿真程序，让学生直观地看到分析结果和波形。

例如，采样定理是学生普遍反映较难理解的知识。我们通过举例，给定一个信号xa（t）=（1+cos（t））/2，首先给出这个信号及其频谱的波形，然后，在采样频率分别为2Hz和0.5Hz的条件下，分别绘出采样信号及其对应频谱的波形，如图1所示。

通过这个例子，让学生清晰地看到，原始信号的频谱如图1（a）所示；在采样频率为2Hz时，信号的频谱是原信号频谱的周期延拓，如图1（b）所示；在采样频率为0.5Hz时，信号的频谱与原信号的频谱间存在很大差别，如图1（c）所示。由于原始信号最高频率接近1Hz，当采样频率2Hz≥2×1Hz（即采样频率大于或等于信号的截止频率的2倍）时，采样信号的频谱在一个周期内与原信号频谱相同，否则，会发生频谱混叠现象，如图1（c）所示。

3.加强师生互动。为了更好地了解学生对知识的掌握程度，每次课堂结束前五分钟，老师提出一个与本次课程内容相关的问题，让学生课下查阅资料，互相讨论，下次课开始，让学生上台陈述自己的解决方案。通过这种办法，既锻炼了学生自我解决问题的能力，也加强了同学之间的互动交流，集思广益。为了更好地加强师生沟通，我们开发了一个课程教学网站，老师可以把授课重点上传到网站，便于学生下载复习，学生也可以在讨论区提出自己的疑问，老师给予及时解惑。在这样一种教学互动模式下，学生与老师处于平等的地位，老师不单纯是知识的传授者和讲解者，学生也不单纯是知识的接受者，老师与学生亦师亦友，互相学习，共同进步。

二、实践教学改革

“实践是检查真理的唯一标准”。通过实践，让学生对课程内容理解更深入，学生在实践中，通过“遇到问题—解决问题—总结问题”这一过程，真实体会到知识的力量以及解决问题的快乐，老师在实践中，只充当答疑解惑的角色，学生自主解决问题才是实践的宗旨。

1.课内实验环节。课内实验主要借助MATLAB这一可视化软件，结合课本知识，开发一系列由易到难的实验，包括验证性实验和设计性实验。例如：设计验证性实验“频域的采样定理”时，可以给定一个长度为10的序列，定义为x（n）={1，2，3，4，5，6，7，8，9，10|n=0，

1，2，3，4，5，6，7，8，9}，要求学生对x（n）进行16点DFT和4点DFT，绘出两种情况下的频谱图X1（k）和X2（k），由X1（k）和X2（k）分别得出y1（n）和y2（n），比较y1（n）和y2（n）与原信号x（n）之间的关系来验证频域采样定理，其结果如图2所示。可以看出，16点DFT恢复出来的信号与原信号相同，4点DFT恢复出来的信号完全失真，从而验证了频域采样定理——频域采样的点数必须大于或等于信号的长度。

设计一些与课本重点知识紧密联系的实验非常重要，通过这些实验，学生既能对理论知识深入理解，又能检验其灵活运用MATLAB软件和理论知识的能力，培养学生遇到困难后能独立思考并解决难题的精神。

2.课外实验环节。课外实验有两种模式，一是老师给出适合本科生的研究课题，学生自由组队参加，在老师的指导下，于一定时间内完成，并通过结题答辩，可获得学校颁发的证书。在实验中，学生可免费使用学部开放的实验室，学部给予每一个团队一定的经费支持，学生通过查阅资料，互相探讨，在完成课题的过程中大大提高其实践动手能力。另一种模式为，学生向老师提出自己感兴趣的课题，经过老师考证其可行性，指导学生完成。另外，学生可申请参加国家举办的各种电子类设计大赛。这些开放性的实践，锻炼了学生独立钻研的精神和创新能力，也为其将来进一步深造打下良好基础。

三、结束语

“数字信号处理”是电子信息类专业的专业基础课，也是一些学校考研的必考课程，其重要性显而易见。我们总结近几年学生学习该课程的实际情况，从理论教学和实践教学两个方面进行改革，理论教学是优化教学内容，改善教学手段和方法，加强师生互动，提高学生学习该课程的兴趣，让学生由被动学习变为主动学习；实践教学分为课内实验和课外实验，开发合适的实验项目，培养学生遇到困难后迎难而上的精神，提高学生独立思考、实际解决问题的能力。通过两年的实践证明，数字信号处理课程改革达到了良好的效果。

参考文献：

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