“數字信號處理”課程研究型教學改革與探索

卜凡亮　趙守國　王鎖柱

文章編號：1672-5913(2009)08-0081-02

摘要：本文介紹了在“數字信號處理”教學中采用讓學生參與教學，體驗學習的主動性和樂趣，改革“數字信號處理”的實驗課的教學模式，探索提高學生創新能力和研究能力的方法，提高了學生學習積極性，得到比較滿意的教學效果。

關鍵詞：數字信號處理；教學改革；研究型教學

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

“數字信號處理”是電子、通信、計算機等專業的重要專業基礎課。隨著數字化和信息化的迅速發展，數字信號處理的地位和作用越來越突出，新的算法層出不窮,有關的器件更是新品迭出，令人目不暇接。無庸諱言，新的算法和新的器件主要來自國外，有關的文獻和器件手冊，基本上都是用英文撰寫。這就要求在本領域從事教育、研究、開發的工作人員，能夠用英文熟練地檢索、閱讀、理解有關的理論、方法、算法、以及各種使用手冊，并能用英文嫻熟地撰寫比較地道的學術論文、技術報告和文檔。更為重要的是，我們的課程教學中仍然普遍采用的滿堂灌輸的教學理念和方法，這與世界一流大學的引導式、啟發式、互動式的研究型教學理念和方法之間，存在較大的差距。鑒于此，經過多年的研究、實踐和探索，在對數字信號處理課程教學中采用課堂互動、課間討論、學生講授習題課、分組論文寫作與講述等新的教學方法和教學手段，得到比較滿意的教學效果。

1 “數字信號處理”課程研究型教學的理念

1.1理論教學和實踐教學并重，最新科研成果運用到教學過程中

理論教學和實踐教學各有側重，但不是相互獨立，而是相互交叉和滲透。實踐教學不是理論教學的輔助和補充，而是理論教學的重要延伸。數字信號處理一方面表現出重要專業基礎課的特質，另一方面也體現出重要技術基礎課的特點。將理論教學和實踐教學有機結合，是培養學生綜合能力、創新能力的重要手段。 把最新教學和科研成果運用到實際教學的各個環節中，在實踐教學中開展綜合性和設計性實驗，有助于學生開拓視野，加深對本課程基礎理論的理解，提高學生的實際動手能力，充分將理論和實際有機結合，最大限度地培養學生的研究能力和創新能力。

1.2注重數字信號處理課程與后續專業知識點的結合

將數字信號處理課程與信號采集和信號檢測、數字圖像處理、數字語音處理、統計信號處理和DSP原理及應用等課程有機結合，在課堂講授中注重所學知識的聯系及應用，使學生學有所用，學有會用，全面了解數字信號處理中的知識要點，形成發散的思維，從而使所學的知識構成有機的整體，有利于學生對后續專業課程的學習和培養學生的綜合能力。

2 “數字信號處理”課程研究型教學采取的措施和方法

2.1改革理論課教學方式，教學內容和教學方法

在教學活動中改革教學方式，改革教學內容和教學方法，注重學生思維方式和能力的培養，修訂教學計劃，編寫適應創新教學的新教材，改革課程設置及其內容，增加實踐動手能力的訓練，重新設計對學生的評價指標體系，在教學實踐中探索創新人才的培養模式，著眼于提高學生的全面素質和創新精神的培養。讓同學參與習題課的講授，充分調動同學的積極性，采取的措施是重點章節同學自己講述習題，同學把準備好的講授習題PPT發給老師，這樣可以提高課堂同學講授的效率，老師在每位同學講授完后進行點評，講授比較好的不需要再細講，講授過程中出現問題比較多的老師可以重點講解。為保持同學對于講授習題課積極性，要給講授習題課的同學一定的獎勵措施，如可期末考試總成績加2-3分。該方法已經連續試驗多年，每次同學的積極性都很高。得到的很好的效果，在教學督導組聽課中給予積極評價，評價如下：“習題課新穎。由于學生做成的PPT上臺講解，然后老師釋疑，調動了學生主動學習的自覺性。”

2.2改革實驗課教學模式，提高實踐教學的效果和效率

針對目前學生大部分擁有計算機，改革部分實驗課的教學方式。學生在實驗課開始前根據實驗指導書完成實驗內容，要求每個學生寫出實驗報告，包括實驗目的、任務、原理、實現思路、實驗結果、結果分析以及心得體會和感想。在實驗課中主要對學生的疑難問題進行答疑和實驗技能考核，這樣更能調動學生學習的積極性。同時，在實驗課堂中同學可以進行討論和更進一步的學習，使得同學的動手能力得到較大提高，為畢業論文設計等打下良好的基礎。

2.3利用現代網絡技術，提高學生自信心和學習動力

利用現代網絡技術，讓學生訪問國外著名大學的相關數字信號處理課程的網站，通過對比學習，尋找差距及時彌補，讓學生認識到國內外本課程教學的不同側重點，了解我們的教學條件并不比國外差，從而提高自信心和學習的動力。同時學習國外課程綜合大作業的考核方式，鼓勵同學了解數字信號處理發展的最新成果，寫一篇關于數字信號處理的綜述性論文，做到學以致用。培養學生的寫作能力和綜合運用能力。

2.4加強實踐能力和創新意識培養，提高科學素質、動手能力與創新能力

實驗教學具有直觀性、實踐性、綜合性與創新性特點，在教學過程中對培養學生的創新意識、實踐能力和創業精神有特別重要的作用。驗證性實驗、設計性實驗和開放性實驗的比例科學化和系統化。加強實踐環節，重視綜合實踐訓練，培養學生的動手能力；把科學研究和自主開發引入教學過程。讓學生擁有更多自我設計的空間和選擇學習的機會，使學生始終保持熱情和激情去學習。

原有實驗課大部分都是同學按實驗指導書的所給步驟，進行操作和編程，學生們照貓畫虎，即使得到滿意結果，也并不了解所以然，達不到對理論課內容加深理解的目的，我們采用綜合實驗辦法，讓學生自己設計采集實驗數據，完成處理方法的設計，并對設計方法進行論證，使其學生們真正了解所學知識的要點，鍛煉學生綜合科研能力和獨立分析解決問題的實際能力，提高學生的科學素質、動手能力和創新能力。

3 “數字信號處理”研究型教學手段

首先，針對本課程的特點，采取理論教學和實踐教學相結合的教學方法，使學生學以致用，提高學習興趣。通過課堂演示和基于MATLAB的算法仿真實驗等多層次的教學活動，幫助同學進一步領會和深化課堂上學到的有關數字信號處理的基本概念、基本原理以及基本的信號處理操作，使學生逐步克服了對DSP的陌生和恐懼心理，激發了同學們強烈的好奇心和求知欲，激發了同學們專業課學習的興趣。改變傳統的灌輸式教學為引導啟發式教學，理論講解使學生掌握基本概念和基本原理，例題與習題解答使學生學會分析問題和分析問題的方法，并深化基本理論，而現場仿真實驗是調動同學們的參與意識，使學生親身感受數字信號處理算法的性能，提高學習興趣，寓教于樂。

其次，開展課堂板書、多媒體教學和網絡教學相結合的授課方式。針對一些基本原理和基本方法的推導和證明的需要，我們仍然延續課堂板書的授課方式，讓學生一步一步跟上教師的思路，同時在板書的同時留足夠的時間讓學生領會；而對于一些需要形象理解、圖示舉例以及演示的部分，我們采用多媒體教學方式，充分利用聲音、圖像、視頻、動畫等多種形式進行互動教學；針對課后的復習、相關背景知識的學習以及課堂內容的擴展部分，充分利用網絡，建立課程主頁，提供相關資源和討論空間。

第三，加強MATLAB語言與數字信號處理相結合的教學方式。使同學們綜合學習科技英語、信號處理和算法語言等課程，使他們在學習過程中融會貫通所學的知識，使學生體會基礎課與專業基礎課之間的關系，從而明確學習的目的提高學習的自覺性和自主性，提高教學質量。

目前，同學們最大的問題是自主應用知識能力太弱，可以在教學中采取分組完成一個大作業的方法，每個組5-6人，要求同學完成信號處理算法編程，按照發表論文的格式每組提交一個報告，最后對所完成的任務進行論文宣講，小組成員全部上臺進行答辯，下面同學可以對每個同學提問。這樣可以鍛煉學生們自主學習的主動性，鍛煉同學們的相互協作精神，培養同學們如何撰寫科技論文，也鍛煉同學們的表達能力，綜合運用前面所學知識，做到個人知識、能力和素質的綜合提高，起到事半功倍的作用。對于這樣的大作業給予較大的成績權重，使得把成績考核分散在教學過程中更多些，而不是最后一個簡單的考試決定成績，這樣的考核更加合理，對一些動手能力強的學生更加公平，可以防止高分低能現象的產生，同時也調動同學們的學習積極性。得到比較滿意的教學效果。

4結束語

針對“數字信號處理”這門課程特點，在教學中采取許多改進教學方法和教學內容的措施，以提高學生的學習興趣，做到用中學，學中用，使得學生們大大增加課程學習的興趣，針對教學內容難于理解接受的問題，展開教學方法、教學措施的改革，得到滿意的效果。學生在相關專業研究生考試中，“數字信號處理”專業課及格率提高很大，達到滿意的結果。

參考文獻：

[1] 胡學友,王穎,胡云龍.“數字信號處理”教學改革與實踐[J]. 高教論壇,2007,(3):67-69.

[2] 郭素敏,郭素芳,吳波. 數字信號處理教學改革與實踐探索[J]. 教學研究,2006,(5):453-455.

[3] 朱幼蓮. MATLAB在數字信號處理教學中的應用[J]. 電子電器教學學報,2001,(3):30-32.