面向卓越工程師培養的《數字信號處理》課程改革

劉玉敏 李艷輝 霍鳳財

【摘 要】 數字信號處理是信息類專業的專業基礎課，本文根據自動化專業卓越工程師應用型人才培養模式的要求，從教學內容、教學方式、考核方式、實驗教學等多方面對數字信號處理課程的教學模式進行了研究。通過實現課程內容的整合，加大了課程的容量;采用結合實際案例、學生講課，討論等方式激發了學生的學習興趣;采用“連貫式”的實驗教學，提高了學生的動手能力;加入口試環節，客觀評價了學生能力。

【關鍵詞】 數字信號處理;教學模式;探究

【中圖分類號】G643.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）25-00-01

在自動控制領域，數字信號處理技術的應用正在逐步普及。我院自動化系為本科生在大三下學期開設了“數字信號處理”課程作為專業限選課。由于自動化專業以控制為核心，信息為基礎，著眼于系統，所以其教學內容與其它專業有不同的側重點。同時我院自動化專業在2013年入選卓越工程師計劃，為實現“應用型人才能力培養”這一核心目標，課程的教學內容及方法需要全方位的改革。本文將對“數字信號處理”課程從教學內容、教學方式、實驗教學、考核方式四方面來進行研究和探討。

一、教學內容的改革

我院自動化專業在大三上學期開設“信號與系統”限選課，“自動控制原理”必修課，大三下學期開設“數字信號處理”限選課。這幾門課程有部分內容重疊。所以，將幾門課程進行資源整合，勢必會提高授課效率。

經過整理，“信號與系統”與“數字信號處理”在信號的概念、系統的定義、分類、采樣定理等方面有重疊，只不過一個是模擬信號，一個是數字信號。所以這部分內容只作為回憶性知識點，不作為重點。“自動控制原理”與“數字信號處理”在Z變換的定義和性質方面是重復的。所以只要對此稍加復習即可，重點放在利用Z變換對系統進行頻域分析。基于以上分析，確定了課程內容如下：

1、時域離散信號和時域離散系統：復習性的內容。

2、時域離散信號和系統的頻域分析：離散信號的傅里葉變換、Z變換（復習）、利用Z變換對系統頻域特性進行分析。

3、離散傅里葉變換及其應用：定義、性質、應用。

4、快速傅里葉變換：時域抽取法、頻域抽取法。

5、數字濾波器的設計：無限脈沖響應數字濾波器的設計，有限脈沖響應數字濾波器的設計，增加濾波器穩定性分析的內容，使之更符合自動化專業的需求。

6、Matlab應用：每一章的理論，都配合Matlab的應用。

經過上述的調整，可以將有限的時間節省下來，對數字濾波器進行更詳細的講解，避免了以前數字濾波器學時緊張的弊端，同時增加了Matlab的應用，使學生學會理論之后，能夠用Matlab實現，使課程更貼近實際應用，更符合對卓越工程師教育的要求。

二、教學方式的改革

數字信號處理課程理論性強、概念抽象，涉及大量數學公式的推導，學生學習時缺乏整體把握，各知識點之間聯系不上，不了解理論在生產中有何實際應用。同時“數字信號處理”不是自動化專業的考研課程，學生學習積極性不高。導致學生考前突擊背公式應付考試，由于沒有真正學懂，使得該課程的合格率不高。針對目前存在的這些問題，必須對教學方法進行改革。

1、培養學習興趣

興趣是最好的老師。在授課過程中，如果一味的理論推導，必然導致課程乏味無趣。所以首要任務就是提高學生學習興趣，可以采用以下方法：

（1）可以適時地將科技事件和授課內容聯系起來，既可以拓展學生的學術視野，又可以提高學習興趣。如將“神州六號”涉及信號傳輸問題與課程頻域濾波聯系起來;在講授信號延遲時，將其與回聲聯系起來;講頻譜概念時，與旋轉機械的故障診斷結合起來等等。

（2）調動學生的主動性。由于授課內容上的調整，一些內容是復習性的知識，這部分內容完全可以讓掌握較好的學生來講解或者學生來討論。但在講解的過程中，需要老師的點評和補充。

通過以上方法，將學生充分調動起來，讓學生知道，學習這門課程是非常有實際意義的，勢必會激起學生濃厚的學習興趣和欲望。

2、合理運用多媒體技術

多媒體教學是一種先進的教學方式，目前大部分課程都采用多媒體技術來輔助教學。多媒體技術可以圖片、視頻、音頻、動畫等技術提高課程的直觀性和興趣度，可以濃縮教學內容、減輕教學負擔，但是對于“數字信號處理”課程來說，公式推導居多，如果將公式都放在多媒體講解，要求學生高度的注意力集中，而往往學生初學，思路跟不上多媒體的進度，時間一長，就會導致學生厭學，嚴重影響教學效果。所以在教學中，多媒體應該只是輔助（比如一些實際的應用等），而更多的應該是板書。

3、即時解決問題

目前高校教學中，普遍存在“一言堂”現象。教師占用整整一節課的時間講授課程，可是學生又能理解多少呢？所以，每節課最后要留出十分鐘左右，使教師充分地與學生交流，了解學生學習的薄弱點和難點，并及時進行內容調整和解答。當然，這對教師也提出了更高的要求。

三、實驗教學的改革

1、本課程實驗，學習Matlab在數字信號處理中的應用。要求理論課的老師也要帶實驗課。這樣利于課堂上要事先對理論知識點與實驗內容進行關聯，引起學生的興趣，同時也避免理論與實驗脫節。

2、精選實驗內容。避免單純的Matlab函數學習和驗證，盡量挑選綜合性的實驗項目，每次實驗完成其中一部分內容，直至最終完成。比如語音信號的濾波及處理。理論課講完信號的基本操作之后，可以讓學生錄制一段語音，實現語音信號的延時、疊加處理產生回聲效果。而講完濾波器之后，還是對這一語音信號，可以讓學生完成信號的去噪和語音的分離。這種“連貫式”的實驗一環扣一環，且與實際生活密切相關，大大提高了學生的實驗興趣。

四、考核方式的改革

為了使學生注重平時的學習過程，提高學習質量，培養學生的綜合運用能力，我們逐步對該課程進行考核方式的改革。（1）平時過程考核具體化，含有隨堂測試、考勤、作業、課上回答問題情況等。（2）增加實驗成績的比例，注重學生實踐動手能力。（3）增加口試環節，教師可以和學生面對面的溝通，學生的實際能力和綜合素質可以更確切的表現出來，同時學生也可以提出自己對教學內容的看法，對教師也是一個促進。

五、結論

培養“知識、能力、素質”復合型高級工程技術人才一直是我專業卓越工程師人才培養的目標和專業教學改革的方向。本文對“數字信號處理”課程從教學內容、教學方式、考核方式、實驗教學四方面進行了探討，通過實際教學的驗證，確實能夠激發學生的學習興趣，提高學生的動手能力和創新能力。該方法也值得其它課程借鑒。

參考文獻

[1]盧鐵兵等，電氣工程及其自動化專業數字信號處理課程建設，第二屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文，2014

[2]王秋生等，基于知識比較的“數字信號處理”課程教學方法，電氣電子教學學報，2010

[3]王恩亮，“數字信號處理”課程的教學方法及考核方式改革與探索，中國校外教育雜志，2014

[4]趙琰，面向“卓越工程師”培養的數字信號處理教學改革，科技創新導報，2015