“數字信號處理”課程教學實踐與探索

【摘 要】數字信號處理課程理論性強，公式較多。為了加深學生對理論知識的理解，文章以測控技術與儀器專業培養目標為中心，從教學內容、教學方法、教學手段、考核方式等方面進行了改革與探索，取得了良好的教學效果。

【關鍵詞】數字信號處理 教學改革 教學方法 教學手段

目前數字信號處理課程已成為國內外電子信息、通信工程、自動控制及計算機等幾乎所有電類專業甚至非電類專業如：生物、紡織、醫學等專業的專業基礎課程。讓學生理解和掌握數字信號的產生及處理過程對學生未來從事電子工程設計是非常必要的。20多年來，隨著電子技術的發展，該課程教材內容發生了很大的變化，教學的對象也從研究生課程或本科選修課變成專業基礎必修課。為適應電子技術的發展，使學生所學盡可能的與社會發展接軌，對數字信號處理這一課程進行改革勢在必行。

數字信號處理課程的特點是課程本身理論性強、公式推導較多、概念比較抽象，學生常有枯燥難學之感。近年來，國外及國內有些學校對一般電類專業該課程的教學主要強調應用性 學習 ，主要介紹數字信號處理的用途和用法，而對其深奧的理論推導僅做一般介紹，并給學生提供進行實驗的機會，以激發學生對該課程的興趣和學習主動性。

一、合理設置教學內容

在教材選取方面，選用《數字信號處理教程》為主要教材，選用《數字信號處理》為輔助教材，對兩本教材的不同章節進行交叉融合使用，既有利于學生夯實基礎，又有利于拓寬知識面。

在教學內容設置方面，以信號的離散傅里葉變換（DFT）和數字濾波器的設計為兩大主線。為突出教學的重點和難點，把不同教學模塊中各知識點分為自學、了解、理解、掌握等層次，精簡課程內容，將理論與實際應用相結合，加強學生創新意識和實踐能力的培養。

二、采用將抽象內容形象化的教學方法

教師在熟悉課程內容的基礎上，精心設計每一節課的內容，突出重點、分散難點，將抽象內容形象化，采用啟發式、討論式和研究式的教學方法，加強教師和學生的互動。對部分內容采用“設置懸疑”“分層講解”“實例分析”“結論描述”的步驟講解。以線性卷積和圓周卷積關系為例，給出兩個序列x1（n）和x2（n），長度分別為N1、N2，先用MATLAB程序演示x1（n）和x2（n）線性卷積結果，之后分別演示x1（n）和x2（n）的L點（L≤N1+N2-1、L=N1+N2-1、L≥N1+N2-1）的圓周卷積結果，比較線性卷積與不同點圓周卷積結果，設置“線性卷積和圓周卷積是否具有某種聯系”的懸疑；之后進行分層講解：分別利用公式推導出兩序列的線性卷積和圓周卷積具體表達式，推導出圓周卷積是線性卷積以L為周期的周期延拓序列的主值序列；以簡單的兩個序列為例，由學生分別計算線性卷積和圓周卷積，根據計算結果能夠進一步明確這一結論的正確性，從而說明“這就是利用DFT計算線性卷積的方法和要求，即可以選擇長度大于等于線性卷積的兩序列長度之和的DFT運算計算線性卷積”。

三、多種教學手段并用

1.多媒體教學、課堂板書和網絡教學相結合

充分利用多媒體把抽象的概念和枯燥的學習內容形象化、具體化的優點，把基本概念、基本理論及需要形象理解、圖示舉例及仿真演示等部分的內容利用聲音、圖像、視頻、動畫等多種形式進行互動教學，直觀生動，便于學生理解和記憶，激發學生的積極性和學習興趣，拓展學生的思維空間。課程幻燈片設置兩個不同的版本，一個供教師課堂講解使用，主要是課堂講解提綱及基本概念、基本理論及圖示舉例、動畫演示等；一個供學生課下自學使用，詳細介紹課程的各章具體內容及公式、結論推導過程。

2.設置綜合性習題課

知識的掌握可通過課堂學習、課下復習等環節來實現，通過習題的訓練使學生學會知識的運用和解決實際問題。習題是理論教學過程中一個不容忽視的環節，能夠進一步鞏固和加深學生對課堂所學理論的理解，啟發學生獨立思考，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。在習題設置過程中一方面根據必須掌握和要求理解的課堂內容設置基礎習題，突出本學科的特點，有助于學生對概念、規律的理解；另一方面要布置綜合性設計性題目，提高學生對各部分知識的融會貫通能力，注重知識面拓寬，有助于學生探究能力和科學思維能力的提高。適當講解一些高校研究生入學考試試題，以吸引學生的注意力，提高學習興趣。

3.實驗課讓學生擴展視野

除了課堂教學外，要讓學生親自參與到數字信號處理的實踐中，通過親自驗證理論并設計系統，進一步加深學生的理論應用能力。實驗課的設置可以分為四個部分，信號的時域分析 、信號的頻域分析、數字濾波器的設計（有限脈沖響應和無限脈沖響應兩大類濾波器）。每個部分的實驗可以根據課時情況設置不同的理論驗證或設計內容 。除了規定必做的內容外，可以讓學生根據個人情況自己設計實驗內容。實驗仍以MATLAB作為平臺，通過實驗學生不但對理論有了新的認識，而且對MATLAB信號處理工具箱的應用能力得到提高。當然對于學習能力較低的學生，要做到這一點還有些困難，可以通過實驗指導書給予較詳盡的指導。

四、建立完善合理的教學考核制度

為提高學生的綜合素質，培養創新精神，考核采用多種成績綜合評定的方式。考核成績由期末考試（70%）+平時成績（10%）+實驗成績（20%）等部分組成。其中平時成績由平時出勤（60%）+課堂表現（25%）+作業成績（15%）組成；實驗成績由實驗出勤（60%）+實驗報告（20%）+實際操作（20%）組成。試卷命題以教學大綱和教學要求為中心，以教學中的重點內容為主線，既注重基本內容及實際應用，又包含綜合分析，覆蓋每一章的知識重點，以體現學生的綜合素質，提高了教學效果。

【參考文獻】

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