数字信号处理教学改革和实践

饶俊慧

（玉林师范学院物理与电信工程学院，广西 玉林 537000）

数字信号处理课程是电子信息类相关专业的一门专业基础课，是研究数字化的核心技术和奥秘。数字信号处理起源于17世纪的数值分析，是信息科学中许多学科的基础，它的基本概念和分析方法已渗透到信息与通信工程，电路与系统，集成电路工程，生物医学工程等诸多领域。它是通信、电子信息工程类专业的主干课程之一，是一门理论和实践相结合，实践性较强的专业课程。

1 课程特点和存在问题

《数字信号处理》上承《高等数学》《信号与系统》和《Matlab应用基础》，下接《数字图像处理》《语音信号处理》等专业前沿课程，是专业基础课知识向专业应用转变的中间桥梁，在整个专业体系中占据着举足轻重的地位。

尽管如此，在授课过程中，学生普遍感到课程难度较大，且随着课程内容的不断深入，学生的学习兴趣和主动性逐步降低，主要原因在于[1]：

（1）课程理论性较强，概念抽象，数学公式较多，对于一般应用型本科院校，学生的数学基础比较薄弱，见到教材中的数学公式、推导就对这门课程产生很大的恐惧感，失去了学习的动力；

（2）编程基础较差，对仿真软件MATLAB的应用不够熟练，难以做到实验和理论相结合；

（3）课程偏重算法理论与方法，与实际应用相结合的案例介绍得较少，使学生难以做到课程理论与实践相结合。

此外，数字信号处理课程是以高等数学、复变函数、信号与系统课程为基础的，部分学生这些先修课程的基础未打牢，也对课程教学也会造成一些影响。针对这些问题，笔者总结课程讲授经验，尝试进行课程教学改革和实践，以期增强学生的学习兴趣，改善课程的教学效果。

2 教学改革措施

2.1 优化课程内容

本学院选取的是西安电子科技大学出版社丁玉美、高西全编著的《数字信号处理》，课本的内容基础，讲解简单且例题比较丰富，但是很多学生在学习过程中往往抓不住重点，习惯性的去记忆一些变换的定义、性质，而忽略具体的应用，导致面对具体问题时，不知道采用什么知识来解决[2]。笔者针对这些问题，绘制课程的知识体系图如图1所示，在教学过程中围绕着体系图进行介绍。

图1 知识结构体系图（＊表示重点）

2.2 知识点模块化

围绕课程知识体系图进一步对知识点进行模块化，课程教学中以知识点为单位进行教学活动，对每一个知识点进行讲授——习题讲解——当堂练习巩固，在前一个知识点掌握了的前提下继续下一个知识点。以第1章时域离散信号和时域离散系统为例，将这一章划分成了18个知识点，如表1所示。

表1 知识点模块化（＊表示重点）

2.3 教学过程中注意帮学生建立学习自信

教师在课堂讲授时，应时刻注意判断学生们对所讲知识点内容的理解程度，当学生听懂、理解一个知识点后才讲解下一个知识点，宁可少讲、慢讲、学生听懂，也不要多讲、快讲、学生听不懂[3]。特别是在当堂练习环节，可以利用所学的知识点很好地完成练习时，学生的气氛非常好，这样每节课下来，学生都有一定的收获，就可以渐渐建立起学习自信，增强继续学习的动力，形成课堂教学的良性循环。这种方式虽然在教学的初始阶段可能会导致教学进度较慢，但是当学生掌握了足够多的课程内容后，基础知识和理解能力得到提高，讲课的速度自然可以加快。反之，如果教师不顾及学生的理解情况按既定教学计划授课，可能造成学生听不懂课的情况，一个知识点没搞懂，又学新的知识点，会使得学生失去听课自信，会对课程内容感到畏难，就会产生不认真听课、开小差的倾向。

2.4 引入语音信号处理实例

针对教材内容中实例少的特点，在教学过程中尽可能多的引入实际的语音信号处理实例，如利用信号延时实现音乐的混响，将原声和混响后的声音进行播放让学生亲身感受到数字信号处理的效果；改变系统函数实现不同的系统功能，将原声和经过不同系统之后的声音进行比较；对男生、女生的声音信号进行频谱分析，对双音多频信号进行识别，对同学们的语音信号进行噪声滤除等。通过引入这些语音信号处理的实例，提高了学生的学习兴趣，取得了良好的学习效果。

2.5 充分利用仿真软件Matlab

课堂教学中，将课件、板书及Matlab仿真三种形式相结合，利用Matlab对课程中的理论和算法现场进行仿真演示，学生可以直接看到数字信号处理的过程，淡化理论计算的过程，对理论学习有更直观的认识和更深刻的理解[4]。

2.6 充分利用“互联网+慕课”

互联网上有着众多优秀的慕课课程资源，为了有效利用这个优势，在整个教学过程中，适时引入线上资源，如相应知识点的慕课视频、动画素材等，开阔学生视野。将教师的课堂讲解和慕课的播放进行有机结合，多感官地对学生进行信息输入，这样能有效地集中学生上课时的注意力，提高学生学习的积极性，丰富课堂的教学内容与教学形式。

3 结语

通过教学实践，新的教学方法、教学手段等增加了学生的学习自信，上课气氛活跃，老师和学生的互动性明显增强，提高了学生的学习兴趣，取得了良好的教学效果。