《数字信号处理》教学改革

依据《数字信号处理》课程的地位和特点、教学现状和存在问题、学生特 点、高校教学资源情况，探讨《数字信号处理》课程教学内容设置、理论教学 和实践教学的关系，提出教学策略、兴趣培养、实验教学法和评价体系的改革 方案。实践证明这些措施可以改善教学效果。 1 课程的地位和特点 《数字信号处理》是高等学校电子与电气信息类专业的重要专业基础 课，是在学生学完了《信号与系统》课程后。进一步为学习专业知识和后续课 程例如《语音信号处理》、《图像处理》等打下基础的课程。《数字信号处 理》课程主要内容包括如下几个方面：数字信号处理的基本概念和理论、连续 信号的采样原理、Z 变换、傅里叶级数、傅里叶变换、数字滤波器结构和设计 等。通过本课程的学习，应该掌握数字信号处理的基本理论、基本知识和基本 方法，掌握一些必要的软件工具，了解数字信号处理技术在设计和应用中的手 段方法。本课程应该注意与前序、后续课程的衔接，既要避免太多重复。又要 保持课程的完整性。由于本课程涉及较多的数学知识，还有一些学生《信号与 系统》课程掌握不好，造成了不少学生对此课程有畏学、厌学的现象。在此背 景下，《数字信号处理》课程教学改革就显得尤为重要。 2 培养兴趣。夯实基础 兴趣是最好的老师，只有学生有兴趣，充分调动了学生的学习积极性， 教学效果才会事半功倍。现在的学生大多数不喜欢枯燥的纯理论的学习，每门 课程都想先知道有什么用，感觉用处大了才会下功夫学习，否则就从心里轻视 它。也就无法学好它。所以一开始就要理论联系实际，告诉本课程的一些具体 应用，培养学生兴趣。《数字信号处理》的内容广泛应用于图像处理、导弹制 导、无线电通信、仪表控制、数字电视、生物医学等。例如医学上的心电图、 脑电图等涉及到对图像分析。就用到了本课程的知识。还有我们普遍都在用的 手机，也利用了语音信号处理技术、图像处理技术。只有充分认识到课程的重 要性。学生才会认真去学。在实际教学过程中。还要重视一个问题，就是绪论、 引言的应用。很多教师认为这部分内容不太重要不做过多介绍，实际上，这部 分内容是培养兴趣最好的材料，这些内容是否讲得精彩，会影响整个课程的学 习效果。 3 教学内容改革 整个课程的教学内容包括三部分：课堂教学、实验教学、课程设计。 这三部分之间的关系一定要搞清楚，使之相互促进，协调发展。以往的教学偏 重于理论教学部分，即课堂教学，对实验教学、课程设计这些实践教学部分重 视不够，理论枯燥难学，实践效果不好。理论教学是基础，实践教学是补充， 不可偏废。因此课程改革要提高实践教学比例，使实践教学成为理论教学的有 益补充。对于理论教学的内容和次重点也要精心挑选。时域离散信号和系统在 《信号与系统》课程中已经学过，可以少讲，复习到即可。还有像状态变量法 就可以不讲。像傅氏变换、快速傅氏变换就要详细讲授。要本着淡化推导、去 繁求简、着重概念、抓住主线的原则进行课程内容的讲授。本课程公式推导较 多且复杂，因此有些推导可以淡化处理，只需记住结果即可，把复杂的内容简 单化。课程的概念较多，并且是课程的重点，因此概念一定要讲清楚，一定使 学生理解。课程内容分散，需要抓住主线，由点到线、由线到面。z 变换、 DFT、DTFT 等内容都是知识点，连到一起就是变换域分析这条线，扩展开去就 是信号分析这个知识面。这样就把分散的知识连在一起，从宏观上把握这门课 程。还有就是要及时了解学生学习动态情况，根据实际情况合理安排相应内容 的讲授时间。 4 实践教学改革 从总体上讲，实践教学地位要得到加强。实践教学开展得好，可以巩 固理论知识，促进理论知识的学习。实践教学的内容主要是离散信号的时域、 变换域分析，IIR、FIR 滤波器的设计和分析，也可以加入与这些主线内容相关 的内容。选择的原则是演示型、验证型的内容要少，设计型、分析型的内容要 多。实验的方法要虚实结合，既要接触实际的实验电路和 DSP 芯片，还要有必 要的程序，甚至是虚拟的实验系统。实践教学要跟上科学的进步、时代的发展， 适当引入一些必要的工具软件，例如 MatLab、Simulink、LabVIEW 等。例如 MatLab 软件的引入，教师自己编写程序，教师讲课的时候，一边解释程序一边 演示，可以加深学生对相关概念原理的理解。还可以利用 FDATOOL 工具演示 滤波器的设计，还可以用 Simulink 进行仿真。对学有余力的学生还可以指导他 们利用 MatLab 中 GUl 人机交互界面设计虚拟实验系统，当然也可以利用 LabVIEW 设计虚拟实验系统，若经过努力设计出虚拟实验系统。则相关概念原 理将终生难忘。课程末尾的课程设计中，布置难度适当的题目，更能使学生体 会课程学习成功的喜悦。 5 教学方法改革 填鸭式的教学模式不适应高校教学已得到大家的普遍认可。只有充分 调动学生的主观能动性，积极开展启发式、讨论式、研究式的学习模式，才能 有效提高教学效果。启发式教学是由教师提出问题，让学生自己思考。课程中 引入一个新的内容都要思考为什么，有什么用。例如离散信号的引入，可以让 学生思考一个问题，一个时间很短的模拟信号能否 100％的无失真存储到电脑 中。由于是连续时间信号，即使持续时间很短，也有无穷多个点，即使容量再 大的硬盘也无法将其完全存储下来，因此，必须对连续时间信号进行采样。这 样就可以使学生充分理解离散信号引入的必要性了。讨论式教学是让学生在相 互讨论过程中逐渐理解相关概念原理。例如可以讨论在时间域中能否把图像的 噪声去掉，从而加深对变换域的理解。研究式教学是学生通过研究一个题目， 为完成这个题目又重新有目的学习的一种方法。例如要求学生设计一个滤波器， 告诉滤波器的参数，学生在设计的过程中把相关的知识又学习了一遍，相关内 容没有学会是不可能设计成功的。现代教育的教学手段越来越多样化，传统的 单一的粉笔加黑板擦正逐渐被多样化的教学手段所取代，多媒体教学、动画演 示、虚拟实验、网络资源都有自己的优缺点。合格的教师应恰当地选取合适的 教学手段，能用实际电路演示的最好不用虚拟实验系统，除非电路连接复杂， 造成实验就是连线感觉的除外。能用动画演示的不要用口头纯理论解释。例如 卷积有线性卷积、周期卷积、循环卷积之分，用多媒体手段解释要比口头加粉 笔有效得多，再例如采样定理、周期延拓用动画演示，看一遍就一目了然。 6 评价体系改革 传统的课程评价体系往往是一考定终生，现在既然课程内容、组成部 分发生了变化，所以评价体系也要做相应的调整。全面的评价体系应该包括平 时表现、作业情况、考试、实验表现、课程设计。平时表现一个是上课是否缺 课，还有就是课堂听讲情况，课堂讨论情况。通过布置适量的作业习题，习题 够用即可，主要目的是检验知识的掌握情况，作业要注意是否有抄袭现象。可 以将学生分成若干小组，不同小组有不同的题目。实验和课程设计要注重过程， 不要只看最终的结果。避免学生抄袭实验数据或者编造实验数据。总之，评价 体系应该体现出知识与能力并重的原则，让评价的结果激励学生进一步的学习。 7 教学资源改革 一门课程，仅仅靠一课堂的五十分钟是没有办法解决所有问题的，因 此在课堂外应该还有学习的资源和途径。目前高校都普遍建立了校园网，很多 高校都建立了网络课程和精品课程，这些网络资源提供了课堂之外的学习途径。 通过硬件和软件的支持，建立交互的网络学习资源，可以培养学生学习兴趣。 改善教学效果，在网络平台上，每个人都有权利提出疑问和解答问题，建立一 个类似论坛的平台，形成一个风气浓厚的学习环境。潜移默化地影响着每一个 学生。教师一方面建立、维护这个平台，另一方面通过平台上的发言了解学生 学习情况，还可以对各个学生的平时表现评价提供参考。