“数字信号处理课程设计”教学的探索与实践

李红岩

【摘 要】本文以工程教育认证的核心理念为指导，在数字信号处理课程设计的教学实践中，着重培养学生严谨认真的工程探索精神，引导学生掌握电子信息工程项目开发的基本流程，教学实践表明这有助于提高学生处理复杂工程问题的能力。

【关键词】数字信号处理；教学内容；方法

在我院电子信息工程专业的培养方案中，《数字信号处理课程设计》是继《数字信号处理》、《Matlab及其应用》课程及有关课程设计后，电子信息工程专业学生在信号处理技术方面综合性的设计实训课程，是数字信号处理技术的一个重要组成部分。其目的和任务是通过一周的时间，让学生掌握数字信号处理的基本概念和基本理论，掌握数字滤波器的设计方法，熟悉Matlab软件的使用方法，能够利用Matlab软件进行FIR或IIR数字滤波器的设计，进行一维信号的频谱分析，并利用混合信号通过所设计的数字滤波器进行验证，解决信号处理技术中的综合问题，为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础，加强实践教学环节，加强学生独立分析、解决问题的能力，培养学生动手能力和解决实际问题的能力，实现宽口径教育。

工程教育认证是来源于国外的教育质量评价制度，目前是国际通行的高校工程专业进行质量评价评估的重要手段， 基于此可以实现工程教育领域各国之间的互相认可。 开展工程教育认证，能够推进高校工程类专业的国际化，增强本校工程专业在国际上的竞争力，并能够保证工科毕业生的质量，对我国高等教育和工程教育的进展有着重要意义。我国已于2013年加入《华盛顿协议》，表明我国工程教育质量及其保障得到了国际工程教育界的认可，意味着为我国的工程类学生提供了具有国际互认质量标准的通行证，为将来我国工程类学生走向世界打了下坚实的基础，加入国际认证协会也标志着我国工程教育向国际化迈出了重大一步，说明我国的工程教育认证体系初步具备了与国际认证的“实质等效”性。借助专业认证，达到教育质量评价标准的高校或专业得到认可，同时能够有助于院校改进工作，有助于教师改进教学水平。

通过学习工程认证的核心理念和认证考核标准，本文作者反思了“数字信号处理课程设计”教学中存在的问题，主要包括以下两点：1）在当前的教学大纲中，课程设计的题目是老师选定后指定给学生的，选题没有考虑调动学生的自主性和激发学生的兴趣点，不利于学生自主学习能力和工程探索意识的培养；2）在课程设计指导书内容的安排和组织方面，侧重于给出学生详细的设计流程和设计方法，而没有启发学生自主提出课题设计思路和设计方案，限制了学生独立分析解决问题的空间，不利于培养学生的创新能力。总之，当前的数字信号处理课程设计教学中还存在较多的问题，这些问题的存在不利于提高学生分析解决复杂工程问题的能力，因此亟待引入新的教学理念和教学方法。

工程教育认证目前已成为全球高校专业认证的主流，是我国高校与国际接轨的重要途径。为了达到工程教育认证标准中设定的毕业要求，需要将毕业要求分解到各门课程中，在教学中综合体现并最终达成毕业要求。依据毕业要求，我院设定“数字信号处理课程设计”对毕业要求的支撑体现在：“能够在电子信息系统软硬件开发项目中进行概要设计和详细设计。能够按照设计方案要求实现电子信息信息系统软硬件开发”。本文以课题“应用数字滤波法实现语音去噪”为例，对如何提高学生解决复杂工程问题的能力，进行了有益的探索与实践。

具体来讲，以基于学习产出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE）为指导，本文从以下几个方面进行了“数字信号处理课程设计”教学内容和方法的探索与实践。

1 分析和分解问题能力的培养

首先，明确要处理的工程问题，即利用用MATLAB仿真工具，对数字滤波法的语音去噪效果进行分析和评价。要求学生自主查阅专业文献，对语音去噪的常用方法和设计思路进行文献综述，目的是通过广泛的文献阅读对课题进行深入剖析，掌握课题设计的核心问题和基本思路。在文献阅读基础上，启发学生对问题进行分析和分解，让学生认识到一个复杂的工程问题是由多个关键问题组成的，合理的问题分解能够使复杂问题清晰化简单化，基于问题分解可以得出模块化的设计思路。比如，本课题要解决的工程问题可以分解为：如何采集语音信号，如何选择合适的数字滤波器，如何对语音信号进行时频分析，如何设置滤波器的参数，如何评价设计方案的合理性等子问题。

2 解决问题能力的培养

针对本课题，引导学生认识到解决具体工程问题时，应按照项目的规划有序开展。首先，透彻理解设计中用到的基本原理，让学生复习数字信号处理课程中所学的IIR和FIR滤波器的基本原理。其次，确定设计方案。预定初步的设计方案，评估设计方案的合理性，同组同学讨论修改设计方案细节，其核心是理解并掌握模块化设计思路。明确了每一步骤的内容和目标以后，最后，进行仿真代码编写。熟悉MATLAB仿真工具的基本操作，熟悉MATLAB自带滤波函数的用法，编写代码，运行调试，修改代码直至调试通过。学生在仿真部分花费精力比较多，代码编写和调试特别考验学生的耐心和热情。此时要引导学生自己解决小的代码问题，适时给予鼓励和帮助。

3 总结和归纳能力的培养

改变系统参数或条件，重复仿真实验，对比分析实验结果。比如，输入条件相同时，采用不同类型的数字滤波器，对比分析滤波效果的优劣。采用的数字滤波器不变，改变滤波器参数，分析滤波效果和规律。改变输入噪声的特性，分析滤波器的滤波效果和规律。引导学生得出结论，即不同滤波器有不同的适用场合，有各自的优势和缺陷，让学生认识到这些结论能够指导具体的工程实践。

数字信号处理课程设计是我院电子信息工程专业本科生培养方案中的重要环节，本文以专业认证标准为指导，在数字信号处理课程设计的教学实践中，着重培养学生严谨认真的工程探索精神，引导学生掌握电子信息工程项目开发的基本流程，实践表明这有助于提高学生处理复杂工程问题的能力。

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[责任编辑：田吉捷]