现代数字信号处理课程建设与改革探索

欧先锋，李宏民，罗百通，彭 鑫，郭龙源

(湖南理工学院a.信息与通信工程学院；b.物理与电子学院，湖南 岳阳 414006)

现代数字信号处理课程建设与改革探索

欧先锋a，李宏民b，罗百通a，彭 鑫a，郭龙源a

(湖南理工学院a.信息与通信工程学院；b.物理与电子学院，湖南 岳阳 414006)

针对“现代数字信号处理”课程数学公式推导复杂、抽象难懂，兼具较深的理论性和很强的工程实践性等特点，为了使学生更好地掌握该课程相关的理论知识，以培养学生成为能够解决实际工程问题的应用型人才为目标，从教学一线教师队伍培养，课堂教学内容优化，教学手段、方法的革新以及针对学生实际应用能力的培养和考核等方面入手，对该课程建设与改革展开分析和阐述。

现代数字信号处理；教学内容优化；课程建设与改革；应用能力培养

信息与科学技术迅猛发展是21世纪的典型特征。时代的发展离不开专业的人才，因此，培养有知识、有素质、有技能的应用型专业人才是高等教育在新时代的人才培养中的一个重要责任。数字信号处理技术始于20世纪60年代，随着计算机科学技术的飞速发展以及集成电路的(超)大规模化而快速革新，它是信息技术的重要组成部分。基于概率统计理论的现代数字信号处理技术主要是对离散随机过程信号在时变、非线性系统当中的应用进行研究，目前已经在医疗、航空航天、电子技术、通信、雷达探测等各行各业产生深远影响，而且这种影响的广度和深度必将更持久和更深入。“现代数字信号处理”是电子电气、通信与信息系统类专业硕士研究生的一门主干课程，本文将结合我校相关专业的学生培养，以我校校级硕士研究生精品建设课程“现代数字信号处理”建设为契机，以培养满足社会需求的人才为目标，培养学生掌握理论知识，增强解决实际问题能力为出发点，从一线教师队伍培养，教学内容优化，教育手段和方法以及学生应用能力考核改革等方面，对该课程建设与改革展开分析和阐述。

1 组建具有较强工程应用能力的一线教师队伍

中青年教师是教学、科研的骨干。本学科应积极鼓励中青年教师提高专业水平和授课能力，如参加进修课程班的学习，或者通过教学经验丰富、教学效果好的教师以“传帮带”的方式，促进整个一线授课教师队伍在年龄层次达到优化。针对该课程实践性强的特点，充分发挥我校创新实习基地的作用，让更多的老师在基地中增强自身的应用能力，从而促进教师综合能力得到提升。

矿体厚度：矿体的厚度分为两个明显的区间（图2B），1～3 m为一个区间，4～7 m为另一个区间。两个区间的资源量曲线变化也明显存在较大的落差及间断，矿体厚度与资源量的贡献关系总体呈负相关关系，即厚度越大，对资源量的贡献越小。对资源量贡献最大的矿体厚度为1～2 m，占总量的70%，这与矿床矿体多为薄脉型特征相符。

教师在教学中起着主导作用，学生质量很大程度上取决于教师的综合能力和综合水平。通过引入高水平博士生或鼓励一线专职教师继续学习深造，让其在本学科及相关学科具有较高的学术造诣和研究经验。培养教师热爱教学，积极主动参与教学，敦促教师关爱、关心学生，和学生建立良好的沟通氛围。鼓励教师对学生的研究性学习进行指导，促使其完成基本实验、综合实验和创新实验[1]。

推进教学和科研的有机整合。鼓励教师通过科研掌握新方法、了解新动向、形成新思路。同时积极推进本科教学和研究生教学相结合，以此来积累从事数字信号处理课程的教学经验和授课技艺[2]。通过开展学校范围、院系范围、教研室范围三层次开放式的“教学沙龙”活动，集众所长，提升教师队伍的整体教学素质和业务能力，通过2～3年的教学积累，逐渐形成自己特有的授课风格。

约50%的T2DM患者伴有血脂代谢紊乱，这是造成其心血管病变和血栓形成的独立危险因素之一[18]。多项研究证明，二甲双胍能改善机体脂肪合成与代谢，有效降低血浆TG、TC、LDL-C水平，升高高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平[33-35]。但目前关于该药减轻体质量、调节血脂水平的具体机制研究以及临床研究均有待进一步完善。

2 优化教学内容，理论知识与应用实例相结合

“现代数字信号处理”是一个研究算法、有很强实用性的课程，这些算法主要是用来实现计算机相关的数值计算[5]。“现代数字信号处理”课程是许多专业的一个重要的基础课程，其课程内容既需要深厚的数学知识，又需要与工程实践紧密联系，其理论、算法和技术手段发展快速，因此，有必要加大课程内容的整合和教学体系的改革。拟从4个方面来着手实现课程改革：1)加强学生对基础知识、基本理论的学习和理解，强调如离散傅里叶变换、数字滤波器等的物理本质和工程概念，淡化其数学技巧和运算推导；2)精选教学内容，相关教师集体备课，确定每章节教学重、难点，重组融合知识点和知识模块。3)授课内容保持相对稳定又要实现与时俱进，根据最新科技的发展增加一些新内容，删除一些过时的东西，以保证内容的先进性。4)加强以工程实践为主的DSP技术内容，着重学生应用能力的培养，作业以及实验内容更体现工程性、设计性、讨论性和综合性，侧重于学生对分析方法和典型应用能力的掌握。

“现代数字信号处理”课程具有众多的复杂数学公式推导，这就越加使得其内容和理论概念抽象化。因为工科类研究生的数学理论较为缺乏，而且课程的学时相对有限，若任课教师的教学方法不当，在学习过程中，学生常会感到索然无味，对理论知识难以理解和掌握，易使学生产生畏难的心理，进而失去学习的兴趣。传统的授课中，教师偏重基础理论的讲授和算法的公式推导，学生可能会认为这门课程更像是一门数学理论课，不利于他们理解数学概念中所蕴含的深层次的物理和工程意义，也不利于学生以后从事有关信号处理领域的研究工作。因此，如何达到增强他们对知识的理解、掌握、会用的教学效果，培养学生综合应用所学知识解决实际问题的应用实践能力是本课程教学过程中要解决的关键问题。为此，需要改革传统的主要以“灌输书本理论知识”的填鸭式教学模式，逐步转化为以“学生能力提升”的启发式教学模式。培养学生的创新思维习惯，适当减少复杂理论和公式推导的讲授，增加学生课外实验内容和课外辅导，课堂授课和课外辅导有机结合，让学生学以致用。引导研究生使用网络和查找学术期刊以获取该领域最新的技术成果，充分利用互联网，搜索国内各知名高校甚至是国际上各高校所开设的“现代数字信号处理”课程相关内容，包括其所使用的教材、授课大纲、教学课件、设计的实验、历年的考试考核内容及答案等各种教学资源，从而培养学生的自学能力和习惯。以分组讨论的方式，共享信息和资源，以此来拓展学生的知识面和视野。而对于授课教师，通过这些共享的教学资源，可以较好的提高备课效率，能够追踪到当前的发展趋势，保持与同行相向而行，甚至是齐头并进之势，达到国内同类课程的先进水平。将基础知识与教师的相关工程项目结合起来，如“现代数字信号处理”的自相关函数知识部分和图像处理方向的图像统计特性部分结合起来，并通过项目实例加深理解，既加深对基本理论的理解，也锻炼学生将理论贯穿到实际的应用动手能力。

“现代数字信号处理”课程有如下特点[3]：1)数学基础要求较高，不仅要有经典数字信号处理基础，而且要掌握线性代数、矩阵理论、概率理论、数理统计、复变函数等多门工程数学知识；2)课程内容比较抽象，用抽象的数学语言来描述现代信息处理技术，大多数内容缺乏直观性；3)紧密联系工程应用实践，课程内容来源于工程实践并用数学语言描述，而分析结果又将应用于工程实践。根据这些课程特点，我们选用了何子述、夏威等编著的《现代数字信号处理及其应用》。该书用较为浅显的方式讲述了现代数字信号处理中的基本概念，使读者易于理解、掌握；同时逻辑严密地对基本理论、基本公式进行了严格的数学推导和理论证明；并且注重理论算法与具体工程应用相结合，主要表现为书中的各章在对基本理论进行介绍后，对其在实际工程中的应用给出具体实例，这有助于学生应用能力的培养。

3 革新教学方法与手段，以工程实例提升教学效果

“现代数字信号处理”内容广泛，不同的研究方向对相应需求的差别也比较大。为了最大限度地满足来自不同研究方向的研究生的学习需求，使课程内容与工程实践紧紧结合，加深学生对课程内容的理解，可在授课时，根据学科方向不同，对教材的部分内容有所侧重，以此来拓宽学生的知识面。教师在授课过程中适时地引入最新研究成果，将课程内容与近段时间世界上发生的重要科技事件联系起来，讲讲课程内容里面提到的技术在其中充当的角色和应用，引导学生更为深入地思考问题。如谱估计在无人机导航系统的应用实例，学生不仅听课时趣味盎然，课后也积极思考、动手操作，从而激发了他们解决问题的潜能。

（2）一些企业缺乏对成本控制的理念。随着我国经济的发展，路桥技术也不断地更新换代。在这种情况下，部分企业无法跟上时代发展的步伐。路桥技术的更新换代，也带来了路桥管理技术的更新。企业只是学习了在建造路桥方面先进的技术，而忽略了现代企业路桥成本控制方面的技术，没有成本控制的理念。如果想要企业得到发展，就要求公司领导有成本控制的理念，并且付诸实践。在公司中建立良好的成本控制体系，这样才能保证企业的长远发展。

4 改革考试和考核模式，注重学生应用能力的培养

“现代数字信号处理”注重理论、算法和具体工程应用相结合，若只考核学生对算法原理和繁琐的公式证明，是无法真正地了解学生对该课程学习掌握的程度，学生只能通过死记硬背的方式通过考试，同时学生也不能运用学到的理论知识解决相关的实际应用问题，很难达到培养学生创新思维和动手实践能力的要求。因此我们对这门课程的考核方式进行相应的改革，注重学生动手能力和应用能力的培养。教师在授课过程中，讲解完相关理论知识和算法原理后，更注重实践的重要性，学生带笔记本电脑上课，及时通过代码实现，加深对算法理论的理解。比如上课时针对教材中关于随机信号分析、最佳线性滤波器、维纳滤波器、自适应信号处理、谱估计等教学内容来设计案例，鼓励并督促学生用Matlab语言完成相应的仿真，这样不仅有助于学生理解该课程中的抽象概念，也能够有效地提高学生分析问题、解决问题的应用能力，让学生在解决问题的这种喜悦中获得成就感，实现高效地学、快乐地学。每次我们都按学生完成情况给予相应的平时成绩。最后，在课程学习的结课阶段，设计3个实际应用项目，并设置2～3个小问题。学生2～3人1组，设1名小组长，组员通力协作，完成代码编写和调试，并完成相应报告内容。小组长向全班同学讲解解决实际问题的过程，包括代码演示和答辩的相关问题，小组所有成员参加答辩，以此作为学生结课成绩的考核依据。这样的考核方式，并不拘泥于学生追求一个高分数，而是主要考核和检验学生对该课程的学习掌握情况，更能充分发挥学生的主动性、创造性和团队协作以及应用能力，使学生得到良好训练的同时，深化和巩固理论知识，为学生以后在工作学习中完成相关的工程项目奠定相关的应用能力基础。

5 结语

对“现代数字信号处理”课程进行了1年多的建设与改革，使学生能够真正透彻掌握其理论知识内容，算法实现，并能学以致用，具备很好的解决实际问题的动手能力和应用能力。通过多方面的改革，努力培养学生学习的积极性，创造性。前期的实践证明，这些建设和改革的探索效果显著，能够明显提升学生的整体素质和综合能力。

[1]蔡竟业，杨金，柬朱，等.国家精品课程《数字信号处理》的建设与实践[J].电子科技大学学报(社科版)，2005，7(S1)：52-54.

[2] 朱冰莲.数字信号处理精品课程建设的探索[J].高等建筑教育，2007，16(2)：95-97.

[3] 王秋生，袁海文，崔勇.《现代数字信号处理》的教学研究与实践[J].北京航空航天大学学报(社会科学版)，2009，22(4)：77-80.

[4] 高远，袁海英，吴艳.现代数字信号处理课程的教学改革与实践[J].教育教学论坛，2012(16)：93-94.

[5] 李梅，刘俊华.“现代数字信号处理”课程的教学改革与实践[J].中国地质教育，2010，19(3)：96-100.

Construction and Reform Exploration of Modern Digital Signal Processing Course

OUXianfenga，LIHongminb，LUOBaitonga,PENGXina,GUOLongyuana

(a. College of Information and Communication Engineering;b. College of Physics and Electronic，Hunan Institute of Science and Technology，Yueyang 414006，China)

Modern digital signal processing is one of the main courses for graduate students majoring in electronic and electrical，communication and information system etc. This course includes the merits of complex mathematical formula derivation，abstract theory contents and engineering practices. To promote the students to master the related theoretical knowledge and improve these abilities to solve practical engineering problems，this paper analyzes and expounds the course construction and reform from the following aspects: teachers’ cultivation，optimization of teaching contents，reform of teaching methods and the evaluation mode of the course. The practice proves the effectiveness of this study.

modern digital signal processing; optimization of teaching content; course construction and reform; application ability training

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2017.01.022

2016-12-20

湖南理工学院研究生课程“现代数字信号处理”建设项目；国家自然科学基金项目(61300039)；湖南省教育厅项目(16C0723)

欧先锋(1983—)，男，讲师，博士，研究方向：图像处理/视频压缩编码及传输。

郭龙源(1973—)，男，副教授，博士，研究方向：图像处理/机器视觉，电子邮箱：guolongyuan@hnist.edu.cn。

G423.3

A

2095-5383(2017)01-0085-03