《數字信號處理》在不同學位教育中的教學方法

摘 要: 隨著社會的發展，電子信息類技術日新月異。各大中專院校和高職高專類學校都逐步設立電子信息類專業，《數字信號處理》正是此類專業基礎課程。由于不同學位教學體系的設置，以及就讀學生的基礎不同，此課程在教學過程中的側重點也有所不同。本文從教材的選擇、教學內容、教學方法實驗教學等環節進行了闡述，著重強調針對不同階段的教學必須采用不同的方法，以達到更好地利用高新技術手段進行新式教育的目的。

關鍵詞: 《數字信號處理》課程 不同學位教育 教學方法

一、引言

《數字信號處理》是電子信息類專業的一門重要的專業基礎課程，其特點是理論性強、公式繁雜、內容晦澀難懂，新技術和新理論層出不窮。其應用領域也非常廣泛，不僅在電子信息、自動控制、通信工程、計算機等領域得到應用，而且在生物、紡織、機械、汽車、醫學等領域也有涉及。理解和掌握數字信號產生、處理的過程，對于學生日后從事此方面工作至關重要。在不同專業和不同學位課程體系中，數字信號處理所占的比重不同、側重點不同，學生基礎條件也不一樣。本著因材施教、為學生負責的教學態度，教師在教學過程中一定要發現這種差別并予以解決。我針對《數字信號處理》課程在不同學位教育中的教學方法進行了分析討論。

二、教材的選擇

不同專業、不同學習階段的學生基礎不同，其接受能力也有所不同。教師在教學過程中既會接觸到電信類專業的學生，又會接觸到非電信類專業的學生;既會接觸到本科研究生階段的學生，又會接觸到獨立學院與成人教學階段的學生。針對不同類別的學生，教材的選擇應有所不同。

1.研究生電信類專業。

在通信與信息系統等電信類專業的研究生階段的教學中，數字信號處理本就是一門專業基礎課程，非電信類專業的研究生教學中一般不再涉及此課程。由于電信類專業的學生在本科階段一般都學習過此課程的基礎部分，因此在研究生階段的教學中要重點突出，教材的選擇應該以開拓學生視野、提高專業水平、理論與實際能高度融合的教材為首。例如華中科技大學出版社出版的由姚天任等編著的《現代數字信號處理》一書，不再講述數字信號處理的基本理論知識，而是從廣度和深度進行拓展。學生能從此書中學到很多現代新興的實用的數字信號處理技術，對從事的科學研究有一定的價值。

2.本科電信類專業。

本科電信類專業的學生在前期的學習過程中大多學過《信號與系統》。《信號與系統》講述過信號的產生、處理的過程與系統的整體特性等。因此，電信類專業選擇的教材應該直接從數字信號產生開始講述，重點在離散信號的時域、頻域上不同的表示方法及其物理意義。在此基礎上，教材中可涉及到各種簡單濾波器的設計方法及其物理意義和適用場合，讓學生能與實際聯系。

3.本科非電信類專業。

我在教學的過程中曾給計算機等非電信專業的學生授課，他們沒有接觸過前續的各類課程，因此在上課的時候有一定的難度。對于此類學生教材的選擇應注意前面的鋪墊，應該有對信號與系統基本理論的講述，讓學生先有整體概念才有利于整體的教學。我在實際的教學過程中采用了自編教材，把前面需要補充的內容進行了簡單的講述。

4.獨立學院。

獨立學院是普通高校采用民辦機制吸收社會力量參與辦學的教育機構。目前，大多數獨立學院的教學活動主要依托其母體一本院校的教育資源，在教材、教學方法、教師等方面都是照搬其母體院校的教學模式。這種做法使學生在學習時，由于自身基礎不夠扎實、自學能力不強等因素而感到力不從心。因此對于此類學生，教材的選擇應該與大院有所區別，教材應該以循序漸進的方式進行講述，內容不能過于龐雜。

5.高職高專類。

高職高專類學校在近年來也開始普遍設立電信類專業。據我考察，大多數專業選擇的課本仍舊是本科系列教材，這對于學生的學習不利。由于此類學生在畢業后大多到一線崗位上從事技術工作，因此對理論的要求不是深奧，而是淺顯易懂。教材的選擇應該側重于講述基本理論框架和原理、側重于實際意義而不是純粹的數學公式。教材中應該多講實例，不單是數學推導的實例，還要包括此理論的應用場合與產生的作用等，以提高學生的學習興趣。

三、教學內容

根據不同的專業設置，教學內容的選擇各不相同。研究生教學強調數學模型的建立，對于數學工具的運用要熟練。本科階段電信類要求學生能夠掌握數字信號產生的過程以及基本的處理方法，并且能夠對現代數字信號處理技術有大體的了解;非電信類本科生要求會用，在本專業課程中需要數字信號處理技術的地方要能用得上。獨立學院的學生要求對基本的原理要掌握，對FFT、DFT技術的基本思想要能掌握，要有簡單的數字濾波器的設計技能并且要能學有所用。高職高專的學生要求了解基本原理，能夠活學活用。

四、教學方法

現代教學過程已不再是單純的一支粉筆一塊黑板的模式。高科技的手段使得教學方法多種多樣。

1.在課堂教學上，可以采用多媒體的教學工具。

教師在傳統的教學過程中，每節課都要書寫大量的推導公式。我做學生時曾有深刻印象，在學習《數字信號處理》這門課程時，老師不停地在黑板上寫，學生不停地在下面抄;老師顧不上給大家解釋，學生也沒有時間去思考。這種上課方式，使得教學效果很差。有了多媒體工具以后，教師就可以從這種繁雜體力勞動中解脫出來，把更多的時間用于向學生更好地講解公式的具體含義、應用場合、物理意義等，達到最佳的教學效果，完成教學目的。多媒體工具的介入也可以解決復雜圖形的問題，老師只要輕輕點擊鼠標，所要的圖形就投影到大屏幕上，老師可以指到哪里講到哪里，學生也能跟上老師的講解，非常容易地讀懂圖形，達到很好的學習效果。

2.在課下學習過程中，教師可以采用網絡教學平臺進行輔助教學。

有些學生在上課的時候可能沒有聽懂或者有些問題理解不夠深刻，在課下的時候就可以在網絡上對理論知識進行補充學習。我制作的教學平臺不但給學生提供了上課所學的理論知識，而且用大量的動畫把一些晦澀難懂的理論公式形象的表示出來，讓大家在教室外也能學到知識。這種方式不但可以作為課上的補充，而且可以作為成人教育或者是遠程教學的一種教育方式。

3.在教學過程中，教師不能忽略老師的主導地位。

很多教師在制作完成多媒體課件以后，就一勞永逸，上課時只是把幻燈片放出來，照本宣科。而很多課件本身就是課本的翻版，在學生中造成了“看黑板不如看課本”、“聽老師講不如自己學”的現象。種種問題的出現都是由于老師過度依賴多媒體工具，而忽略了老師的主體地位。其實，在教學的過程中，老師永遠都是“主角”。老師要充分發揮講的作用，特別是在工科教學中，很多概念、公式、圖形永遠是需要老師去充分解釋的。多媒體只是一種輔助工具，不能過于依賴。

五、實驗環節

數字信號處理是一門實踐性很強的課程，只有通過實踐教學環節，教師才能加強學生對數字信號處理原理的理解和應用，并通過實踐教學培養學生的分析能力和綜合設計能力。在實踐教學中，我選用MATLAB軟件作為平臺。該軟件是一種先進的計算軟件，功能強大、簡單易學、編程效率高，且具有信號分析工具箱，不需很強的編程能力，就可以很方便地進行信號分析、處理和設計，是一種有力的實驗教學工具。

1.在實驗教學環節中，教師一定要因材施教，不同階段的學生所設立的實驗課程要有所不同。在研究生階段，教師應該強調數學模型的實現，例如卡爾曼濾波器、維納濾波器的實現等，并且要根據實例把這些濾波器進行應用，觀察結果進行比較分析。在本科階段實驗課上，教師應將課程中比較抽象、也較難理解概念、原理如離散線性卷積、循環卷積、抽樣定理，頻譜分析、數字濾波器設計等用MATLAB語言通過圖形建模使之可視化，增強數學原理的可讀性與可觀性。在獨立學院的實驗安排中，應配合實驗箱，用一些程序已經固化、參數可設置的實驗設備簡單易行地顯示常見的基礎性試驗;創新性的實驗可以在課下開放性的實驗室中完成。在高職高專的實驗課程安排上，教師應該側重于實驗結果與理論知識的對比，讓學生明白在哪些場合中可以用到，不應強調理論知識的推導。

2.在實驗教學中一定要注重老師演示與學生動手相結合的方式。有些教師過于強調學生的動手性，把所有的實驗從一開始就交給學生去做，可是學生在接觸實驗設備時對其特性并不了解。教師應該身體力行，手把手地教給學生實踐性的環節，當學生掌握了實驗設備的使用方法后，再用啟發式的方式讓學生按部就班地完成實驗，而不是全部放手讓學生去做，只去檢查實驗結果。在一些高難知識理解的過程中，教師也應當利用實驗設備給學生生動形象地講解知識，做到教師與學生互動互學。

總之，教師在教學的過程中一定要因人而異、因材施教、以人為本，一切從學生的實際角度出發，從教材的選擇、教學內容的安排、教學方法的綜合利用、實驗環節的悉心指導等各方面幫助學生更好地學習數字信號處理這門課程。

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[4]姚天任.現代數字信號處理[M].武漢:華中科技大學出版社，1999.

基金項目:本項目由江蘇大學京江學院教學改革課題資助，項目號為JJ08B017。