數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)方法探討

摘要：數(shù)字信號(hào)處理課程是電子信息類專業(yè)的本科生的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。結(jié)合河南工業(yè)大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)的專業(yè)特色與培養(yǎng)方案，針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，在教學(xué)時(shí)間、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行了改革與實(shí)踐，為該課程的教學(xué)實(shí)踐提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；電子信息科學(xué)與技術(shù)；教學(xué)內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TN911.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 (2012) 14-0176-01

隨著大規(guī)模集成電路以及DSP芯片的廣泛應(yīng)用，數(shù)字信號(hào)處理在通信、嵌入式系統(tǒng)、自動(dòng)控制、生物醫(yī)學(xué)等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理課程本身也是部分高校研究生入學(xué)考試的專業(yè)基礎(chǔ)課。本文就數(shù)字信號(hào)處理課程的課程特點(diǎn)、教材選擇以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面，對(duì)該課程進(jìn)行了教學(xué)改革探討。

一、課程教學(xué)特點(diǎn)

數(shù)字信號(hào)處理課程的先修課程有高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、模擬電路、數(shù)字邏輯電路、信號(hào)與線性系統(tǒng)，其特點(diǎn)為數(shù)學(xué)理論性強(qiáng)，濾波器結(jié)構(gòu)以及算法復(fù)雜多樣。因此，學(xué)生在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)不容易掌握。此外，學(xué)生先修課程基礎(chǔ)的差異也給教學(xué)帶來了一定的困難。

二、教材選擇的改變

基于河南工業(yè)大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方向偏電路和控制的特點(diǎn)，在教材選擇上特別注重了教材的應(yīng)用性。為此，選用的教材是清華大學(xué)出版社姚天任主編的《數(shù)字信號(hào)處理》，該教材是2011年底出版的新教材，有精裝版和簡(jiǎn)明版兩種。其中，精裝版中增添了多速率濾波器的設(shè)計(jì)，這是其他本科教材中所沒有的。該教材最大的特色是把MATLAB應(yīng)用到了教材中，更加重視知識(shí)的應(yīng)用性，既有MATLAB的相關(guān)例題，又有與之對(duì)應(yīng)的課后習(xí)題，這樣更加方便同學(xué)們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

三、教學(xué)時(shí)間調(diào)整和內(nèi)容安排的優(yōu)化

本課程包含兩大塊知識(shí)內(nèi)容。一是離散信號(hào)的時(shí)、頻域分析，主要包括離散系統(tǒng)的時(shí)域分析、Z變換、DFT、FFT；二是數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)，包括FIR濾波器和IIR濾波器的結(jié)構(gòu)、FIR濾波器的設(shè)計(jì)、IIR濾波器的設(shè)計(jì)。教材中最后一章的多速率數(shù)字信號(hào)處理是本科教學(xué)中的新內(nèi)容，可以讓同學(xué)們自學(xué)。

河南工業(yè)大學(xué)的信號(hào)與系統(tǒng)課程在大二下學(xué)期開設(shè)，數(shù)字信號(hào)處理在大三上學(xué)期開設(shè)，間隔的時(shí)間很短。因此在數(shù)字信號(hào)處理的教學(xué)時(shí)間安排上，第一章的離散時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間系統(tǒng)不再作詳細(xì)介紹，可以用一次課的時(shí)間簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)一下，這樣可以把更多的教學(xué)時(shí)間安排在后面的章節(jié)中。特別是DFT的特殊算法FFT以及濾波器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法這些較難的、學(xué)生以前沒有學(xué)過的內(nèi)容，可以重點(diǎn)講述。由于教材直接引入了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，對(duì)于DFT、FFT可以相較之以前用更少的時(shí)間去講述，只講述它們的一些經(jīng)典算法結(jié)構(gòu)，同學(xué)們可以在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)里去進(jìn)一步加強(qiáng)，因?yàn)檫@些算法本身都是經(jīng)典算法，有成熟的流程和代碼，這樣可以把更多的學(xué)時(shí)留給后面的濾波器結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。所選用的教材正好符合這一思路，F(xiàn)FT不再單列一章出來專門講述，而是作為一節(jié)放在DFT的那一章中。

四、教學(xué)手段的改革

數(shù)字信號(hào)處理課程具有很強(qiáng)的理論性和應(yīng)用性，為了更加方便同學(xué)們的學(xué)習(xí)，我們使用了具有動(dòng)態(tài)效果的幻燈片，另外，還加入了一些具有圖片形式的輔助資料。例如，通過對(duì)FIR、IIR濾波器的基本概念、特點(diǎn)、理的介紹以及如何在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行選擇，對(duì)于初學(xué)者的學(xué)習(xí)，起到了較好的效果。

在概論中講述數(shù)字信號(hào)處理的內(nèi)容、發(fā)展和應(yīng)用時(shí)，結(jié)合圖片或者動(dòng)畫，增強(qiáng)了學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。比如在介紹其在芯片方面的應(yīng)用時(shí)，可以通過圖片以及動(dòng)畫介紹各種不同的DSP芯片的特點(diǎn)，讓同學(xué)們對(duì)數(shù)字信號(hào)處理這門課程的應(yīng)用有一個(gè)更加直觀的認(rèn)識(shí)；當(dāng)然還在圖像處理、圖像濾波等方面、自動(dòng)控制等方面進(jìn)行了圖片或者動(dòng)畫的示例，收到了良好的效果。

五、利用Matlab實(shí)驗(yàn)來輔助教學(xué)

在課堂上適量引入MATLAB例程，既增加了對(duì)本課程學(xué)習(xí)的興趣，又加深了對(duì)教材內(nèi)容的理解，還可以有效的引導(dǎo)學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)。MATLAB語(yǔ)言比較簡(jiǎn)單易學(xué)，里面自帶了好幾十種的工具箱，我們專業(yè)要用到里面的數(shù)值運(yùn)算、信號(hào)處理等工具箱，每種工具箱有大量的庫(kù)函數(shù)供我們調(diào)用，這樣在編程時(shí)就省去了很大的工作量。例如進(jìn)行DFT、FFT、求解差分方程時(shí)一個(gè)函數(shù)調(diào)用，一句話就完成了。因此，利用它可以很方面的求解系統(tǒng)，得到系統(tǒng)的頻響特性。在教學(xué)中，通過MATLAB示例，可以對(duì)著圖形分析，可以讓同學(xué)們更加直接的地識(shí)信號(hào)的頻譜和系統(tǒng)特性。

六、結(jié)束語(yǔ)

本文在數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)特點(diǎn)、教材選擇、教學(xué)實(shí)踐安排、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等幾個(gè)方面對(duì)該課程的教改進(jìn)行了探討，一方面豐富了教學(xué)內(nèi)容，另一方面激發(fā)了同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，收到了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚天任.數(shù)字信號(hào)處理[M].清華大學(xué)出版社.

[2]高西全.多媒體教學(xué)的地位與作用[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)社科版.

[3]吳鎮(zhèn)揚(yáng).數(shù)字信號(hào)處理[M].高等教育出版社.

[4]程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程(第三版)[M].清華大學(xué)出版社，2007.