“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)改革研究與實踐

楊 暉 尹鳳杰 時書麗

（遼寧大學(xué)信息學(xué)院，遼寧 沈陽 110036）

0 引言

“數(shù)字信號處理”課程是通信與電子信息類專業(yè)的一門重要專業(yè)主干課，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的重要基礎(chǔ)。課程主要討論時域離散信號的頻域分析，離散傅里葉變換DFT及其快速算法FFT，數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)字濾波器的設(shè)計理論與方法，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)字信號處理的基本理論和基本方法，培養(yǎng)和提高學(xué)生的理論與實踐能力。

“數(shù)字信號處理”課程的特點是理論性強，涉及的數(shù)學(xué)工具較多，學(xué)習(xí)難度較大。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生會感到內(nèi)容抽象、枯燥，難學(xué)、難懂，學(xué)習(xí)興趣不足，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的積極性和主動性不高，影響了學(xué)習(xí)效果。為提高教學(xué)質(zhì)量，需要對課程的教學(xué)進行改革。

1 教學(xué)改革措施

1.1 課堂教學(xué)改革

豐富教學(xué)手段，改革教學(xué)模式，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)效果。充分利用MATLAB仿真工具和多媒體教學(xué)手段把理論教學(xué)形象化、直觀化。精心地制作和完善課程的多媒體課件，把抽象的概念、原理、設(shè)計過程等用波形、框圖、步驟的形式生動、形象、直觀地進行了表示。其中對一些重要的概念、結(jié)論和應(yīng)用實例進行MATLAB仿真，以曲線、圖形等形式進行演示，有助于理解概念和原理，突出其物理意義及應(yīng)用。

例如在緒論部分介紹課程的主要內(nèi)容時，給出一個數(shù)字信號處理的仿真實例（含噪信號的濾波處理），其處理過程和結(jié)果如圖1所示。其中，圖（a）是信號加噪聲的波形，沒有什么規(guī)律。圖（b）是利用DFT對圖（a）信號進行的頻譜分析，從頻譜圖可以看出這是抑制載波的單頻調(diào)幅信號加高頻噪聲，可以用低通濾波器將噪聲濾除。可見譜分析很重要，而譜分析的方法是DFT，從而引出本課程的一個主要內(nèi)容是離散傅里葉變換（DFT）及其快速算法（FFT）。 圖（c）是根據(jù)圖（b）的頻譜而設(shè)計的FIR低通濾波器的幅頻特性，該濾波器可將信號中的噪聲濾除，在此引出本課程的另一個重要內(nèi)容是濾波器的設(shè)計。圖（d）是低通濾波后的信號波形，和圖（a）的波形相比，去除了噪聲，是抑制載波的單頻調(diào)幅信號。通過對這個仿真實例的演示和講解，形象、直觀地向?qū)W生介紹了數(shù)字信號處理課程的主要內(nèi)容以及譜分析和數(shù)字濾波的基本概念，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的興趣。

圖1 含噪信號的濾波處理

同時，對于重要的、復(fù)雜的理論推導(dǎo)（例如FFT算法原理）以及習(xí)題講解等，采用板書的教學(xué)方式，這樣有助于學(xué)生的思考、理解和掌握，也有利于課堂的互動。

1.2 實驗教學(xué)改革

合理安排、設(shè)計實驗內(nèi)容和類型，加強實驗教學(xué)。實驗內(nèi)容要遍及數(shù)字信號處理的基本理論，實驗內(nèi)容與理論教學(xué)保持同步，在實驗基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，安排了一些思考題和可以擴展的內(nèi)容，滿足了不同層次學(xué)生的需要。實驗類型分為驗證性、設(shè)計性和綜合性，大部分實驗為設(shè)計性和綜合性。

在實驗過程中，加強實驗的操作指導(dǎo)，認真了解每個學(xué)生的實際操作情況，及時回答和解決學(xué)生提出的問題，同時讓學(xué)生分析他所得到的實驗結(jié)果，并給出下一步的實驗建議。通過實驗加強了學(xué)生對基本理論和原理的理解，提高了學(xué)生的動手能力和解決問題的實踐能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

1.3 考核方法改革

完善課程的考核環(huán)節(jié)，加強對實驗成績和平時成績的考核，實現(xiàn)課程總成績是由期末考試成績、實驗成績和平時成績?nèi)糠值木C合評定。其中期末考試為閉卷，成績占70%，實驗成績（包括出勤、預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗報告等）占20%，平時成績（包括出勤、課堂提問、作業(yè)等）占10%，從而比較客觀地評價學(xué)生的知識和能力。這種考核方式使學(xué)生注重了平時的學(xué)習(xí)和技能的訓(xùn)練，有助于提升學(xué)習(xí)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

2 結(jié)論

針對“數(shù)字信號處理”課程的地位和特點，從課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和考核方法等方面進行了課程的教學(xué)改革。充分利用了MATLAB仿真工具和多媒體教學(xué)手段把理論教學(xué)形象化、直觀化，同時與板書相結(jié)合，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了教學(xué)效果；合理安排、設(shè)計實驗內(nèi)容和類型，加強實驗教學(xué)，使學(xué)生加深了對基本理論的理解，同時提高了學(xué)生的動手能力和解決問題的實踐能力；采用多元化的考核方式，比較客觀地評價了學(xué)生的知識和能力，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。實踐表明，課程改革取得了良好的效果。

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［2］劉舒帆,費諾,陸輝.數(shù)字信號處理實驗(MATLAB版)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008.

［3］賀偉,陳國振.“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)方法探索與研究[J].中國電力教育,2014(11):159-160.

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