数字信号处理教学方法探讨

[摘 要] 数字信号处理是工科院校本科阶段一门重要的专业必修课，课程概念抽象，公式繁多，内容枯燥，传统教学方法的教学效果较差。为了取得较好的教学效果，从教学方法、培养学生学习兴趣等方面进行了探讨。这些措施的实施能够激发学生的求知欲和学习兴趣，启发学生的创造性思维，达到了较好的教学效果。

[关键词] 数字信号处理;教学方法;教学效果

[基金项目] 郑州轻工业大学第十一批教学改革与研究项目

[作者简介] 杨永双，女，河南人，郑州轻工业大学计算机与通信工程学院讲师，研究方向：信息处理。

[中图分类号] G642.4    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）31-0273-02    [收稿日期] 2020-02-05

数字信号处理是工科院校本科阶段一门重要的专业必修课，是一门理论与实践结合性很强的学科，同时也是学生考研的学科之一，因此，数字信号处理在各个学校的专业教学中都具有十分重要的地位，受到相当的重视。该课程总体上概念抽象，公式繁多，内容枯燥，学时间一般较短，导致学生对这门课学习兴趣不足，学习效果较差。

一、数字信号处理课程教学方法

1.采用对比的教学方法。由于数字信号处理的知识点包含了时域离散信号与系统的时域与频域分析，这部分内容与信号与系统中的时域连续信号与系统的时域与频域分析几乎是一一对应的，比如，在数字信号处理中的时域离散系统的响应用差分方程来描述和分析，在信号与系统中的时域连续系统的响应用微分方程来描述和分析;在数字信号处理中的频域分析中包含了序列的傅里叶变换、序列的Z变换、周期序列的傅里叶级数等等，这些知识点都与信号与系统的信号的傅里叶变换、信号的拉氏变换、周期信号的傅里叶级数的学习方法、思路乃至一些性质都完全相同，因此在学习这些知识点的时候，我们可以通过对比的方法去学习这部分知识，从而快速理解掌握这部分知识。

2.强调数字信号处理概念的物理意义和工程应用。数字信号处理课程中含有大量的概念和公式，概念抽象，并且課程中大量的理论和结论也都是通过复杂的数学推导方式得出，因此，繁杂的数学推导和计算使学生感到难学、难懂，并且学了也不知道如何去用，导致学生过于注重公式推导或证明而不去理解其实质和用途。针对上述情况，在课堂教学中，应简化数学推导过程，着重讲解物理意义、实际应用等。例如：序列的单位脉冲分解定理

此式就表明任意一个时域序列都可用单位脉冲序列的加权移位和得到，因此，在时域中，单位脉冲序列就是一个基本序列，它就像我们的任何整数都是由数字1组成一样。

在时域中有这样的分解定理，同样在频域中也有这样的分解定理。例如：逆傅里叶变换的定义式

3.案例的导入。由于数字信号处理本身就是一门理论与实际联系紧密的课程，而且概念抽象，公式繁多，内容枯燥，仅仅从理论上进行对比分析学习来改进教学，有时候学生们仍然不能深入理解，达不到较好的教学效果，因此我们还要理论结合实际。

比如，将我们自己的语音信号引入课程。首先，将我们的语音信号录入，通过matlab软件中的读取函数[x，fs]=audioread（‘A.wav）读取语音信号，并获得采样频率fs，通过sound（x，fs）函数，把我们录入的语音信号播放出来，可以直观地看到我们自己的语音信号（图1），同时也可以了解采样频率以及采样位数的概念，还可以对语音信号的频谱进行分析，我们可以知道，我们自己的声音在那个频域范围。

数字信号处理课程的后部分内容是滤波器的设计。我们可以在一个噪杂的环境中录入自己的语音信号，进行时域频域分析显示，之后再通过设计的滤波器，把我们的声音信号通过所设计的滤波器之后进行频谱分析，并与之前的信号进行对比，看看前后其频谱的变化情况，从而来验证滤波器设计得好坏。因此，通过一个语音信号的引入，能够将整个数字信号处理的教学过程贯穿起来，从而提高学生的学习兴趣以及学习效果。

4.改进课后作业模式。为了让学生能够及时掌握每章节所学内容，同时培养学生的归纳总结的能力，除了正常的作业之外，在每个章结束后要求对本章知识进行梳理总结，让学生除了掌握细节内容之外，对整个章节内容有一个整体的理解，从而了解学生学习的基本状态。

5.培养学生学习兴趣。由于数字信号处理具有概念抽象，公式繁多，内容枯燥等特点，导致学生对这门课学习兴趣不足，因此，除了使用上面的教学方法之外，我们还必须培养学生学习兴趣，把日常生活中的应用加入课程里面。

二、任务驱动法培养学生学习兴趣

任务驱动法是以任务为主线，以教师为主导，以学生为主体的教学方法。例如：我们在课堂上引入了生活中的语音实例，在课堂上直观看到了语音信号的时域频域图形，当然我们还可以对声音信号进行放大和衰减、对录音内容倒播放、进行变调处理、实现混音效果、实现回音效果，等等。

这些内容我们可以在课堂上展示其中的一部分，其余的以任务的形式布置给学生，让学生通过查找资料解决学习的内容，通过这种方式，增加学生的学习兴趣以及学生对所学知识的理解，从而提升利用数字信号处理的方法分析问题和解决问题的能力。

三、组织学生参与各种创新项目或者竞赛

现在针对大学生的电子类竞赛有很多，积极组织学生参与各种创新项目或者竞赛，有助于激发自主学习的热情，在这些项目或者比赛中，学生从过去的“要我学”变成“我要学”，调动了学生学习的积极性。同时，学生要完成这些项目或者竞赛需要自己查阅资料，积极思考，认真分析，提出自己的观点，相互讨论，并完成相应的内容。在这个过程中，学生不仅提高了学习主动性，同时也提高了创新能力，这也顺应了当前新工科背景下课程教改的发展方向。

四、给学生营造更多的学习和讨论空间

在信息化的时代，好的方法也是在不断变化的，为了给学生营造更多的学习和讨论的空间，我们不仅要有学校的精品课程，还要有校内的在线作业、在线测试、在线讨论，等等，同时还有专门针对学生建立的qq群、微信群，学生们可以随时把有疑问的内容提出来，随时进行解答，从而做到有问题不积累，以便后面更好的学习。

五、结束语

数字信号处是电子通信等工科专业的一门重要专业基础课，由于其自身的特点，在传统的教学模式下，学生学习兴趣不高，学习积极性较差。为了提高学生学习兴趣，达到较好的教学效果，从教学方法、培养学生兴趣、鼓励学生积极参与各种创新项目或者竞赛等方面着手，让学生在学习中获得的成就感，从而激发学生的求知欲和学习兴趣，启发了学生的创造性思维，达到了较好的教学效果。

参考文献

[1]张竞成，袁琳，黄爱爱，章国稳，吴开华.“数字信号处理”教学方法评析与实践[J].科技视界，2019（5）：127-128.

[2]舒小华，贺正芸，龙晓薇.基于兴趣驱动的数字信号处理教学方法探讨[J].教育现代化，2017，4（52）：50-51+54.

[3]韩建，牟海维，姜晓岚，吕秀丽，邢志方.新工科背景下数字信号处理课程教学方法探讨[J].教育教学论坛，2019，3（11）：185-186.