數字信號處理課程教學方法探討

摘要：數字信號處理課程是電子信息類專業的本科生的一門必修的專業基礎課。結合河南工業大學電子信息科學與技術本科專業的專業特色與培養方案，針對數字信號處理課程的特點進行了分析，在教學時間、教學內容、教學手段、實驗教學等方面進行了改革與實踐，為該課程的教學實踐提供了有益的參考。

關鍵詞：數字信號處理；電子信息科學與技術；教學內容；實驗教學

中圖分類號：TN911.72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 14-0176-01

隨著大規模集成電路以及DSP芯片的廣泛應用，數字信號處理在通信、嵌入式系統、自動控制、生物醫學等方面得到越來越廣泛的應用。數字信號處理課程本身也是部分高校研究生入學考試的專業基礎課。本文就數字信號處理課程的課程特點、教材選擇以及實驗教學等方面，對該課程進行了教學改革探討。

一、課程教學特點

數字信號處理課程的先修課程有高等數學、復變函數、模擬電路、數字邏輯電路、信號與線性系統，其特點為數學理論性強，濾波器結構以及算法復雜多樣。因此，學生在有限的教學時間內不容易掌握。此外，學生先修課程基礎的差異也給教學帶來了一定的困難。

二、教材選擇的改變

基于河南工業大學電子信息科學與技術專業的培養方向偏電路和控制的特點，在教材選擇上特別注重了教材的應用性。為此，選用的教材是清華大學出版社姚天任主編的《數字信號處理》，該教材是2011年底出版的新教材，有精裝版和簡明版兩種。其中，精裝版中增添了多速率濾波器的設計，這是其他本科教材中所沒有的。該教材最大的特色是把MATLAB應用到了教材中，更加重視知識的應用性，既有MATLAB的相關例題，又有與之對應的課后習題，這樣更加方便同學們進行實驗。

三、教學時間調整和內容安排的優化

本課程包含兩大塊知識內容。一是離散信號的時、頻域分析，主要包括離散系統的時域分析、Z變換、DFT、FFT；二是數字濾波器的結構以及設計，包括FIR濾波器和IIR濾波器的結構、FIR濾波器的設計、IIR濾波器的設計。教材中最后一章的多速率數字信號處理是本科教學中的新內容，可以讓同學們自學。

河南工業大學的信號與系統課程在大二下學期開設，數字信號處理在大三上學期開設，間隔的時間很短。因此在數字信號處理的教學時間安排上，第一章的離散時間信號和離散時間系統不再作詳細介紹，可以用一次課的時間簡單復習一下，這樣可以把更多的教學時間安排在后面的章節中。特別是DFT的特殊算法FFT以及濾波器的結構和設計方法這些較難的、學生以前沒有學過的內容，可以重點講述。由于教材直接引入了實驗環節，對于DFT、FFT可以相較之以前用更少的時間去講述，只講述它們的一些經典算法結構，同學們可以在實驗學時里去進一步加強，因為這些算法本身都是經典算法，有成熟的流程和代碼，這樣可以把更多的學時留給后面的濾波器結構和設計。所選用的教材正好符合這一思路，FFT不再單列一章出來專門講述，而是作為一節放在DFT的那一章中。

四、教學手段的改革

數字信號處理課程具有很強的理論性和應用性，為了更加方便同學們的學習，我們使用了具有動態效果的幻燈片，另外，還加入了一些具有圖片形式的輔助資料。例如，通過對FIR、IIR濾波器的基本概念、特點、理的介紹以及如何在實際應用中進行選擇，對于初學者的學習，起到了較好的效果。

在概論中講述數字信號處理的內容、發展和應用時，結合圖片或者動畫，增強了學生的興趣和學習的主動性。比如在介紹其在芯片方面的應用時，可以通過圖片以及動畫介紹各種不同的DSP芯片的特點，讓同學們對數字信號處理這門課程的應用有一個更加直觀的認識；當然還在圖像處理、圖像濾波等方面、自動控制等方面進行了圖片或者動畫的示例，收到了良好的效果。

五、利用Matlab實驗來輔助教學

在課堂上適量引入MATLAB例程，既增加了對本課程學習的興趣，又加深了對教材內容的理解，還可以有效的引導學生們的實驗。MATLAB語言比較簡單易學，里面自帶了好幾十種的工具箱，我們專業要用到里面的數值運算、信號處理等工具箱，每種工具箱有大量的庫函數供我們調用，這樣在編程時就省去了很大的工作量。例如進行DFT、FFT、求解差分方程時一個函數調用，一句話就完成了。因此，利用它可以很方面的求解系統，得到系統的頻響特性。在教學中，通過MATLAB示例，可以對著圖形分析，可以讓同學們更加直接的地識信號的頻譜和系統特性。

六、結束語

本文在數字信號處理課程的教學特點、教材選擇、教學實踐安排、實驗教學等幾個方面對該課程的教改進行了探討，一方面豐富了教學內容，另一方面激發了同學的學習興趣和學習主動性，收到了良好的效果。

參考文獻：

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