數字信號處理課程改革與實踐

王明武

摘 要：“數字信號處理”是一門理論性強、概念抽象、應用范圍廣的工科類專業課程。本文詳細地介紹了對“數字信號處理”課程教學所做的一些探索和總結，并詳細闡述和探討了教學大綱、教學方法、實踐教學等方面的改革。實踐證明，通過本次教學改革對提高“數字信號處理”課程的教學質量，提高學生的動手實踐能力和綜合應用能力能夠起到良好的促進作用。

關鍵詞：數字信號處理 教學改革 教學實踐

中圖分類號：G624 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（a）-0163-02

1 傳統教學中存在的問題

數字信號處理課程具有理論性強、概念抽象的特點[2]，大量的理論和算法都要通過嚴密的數學推導，傳統的教學計劃學時大都用在算法的討論和理論公式的推導，教學手段主要以黑板教學為主，缺少靈活性，課程偏難且枯燥；教材中Matlab仿真實例以驗證性實驗居多，缺少具有實際工程背景的設計內容[3]，更缺少與數字信號處理教學內容相關的編程實驗，與專業教學計劃設置脫節，學生渴望實踐鍛煉，但又對實驗等一些實踐環節重視程度不夠，因此容易出現學生怕學、厭學及學不懂，老師怕教、難教、教不好的現象。

2 課堂教學的改革

2.1 修訂教學大綱

陜西理工大學數字信號處理課程的教學計劃一般安排40學時理論教學，8學時實驗教學。遵照學時安排，合理設計對學生的知識與能力指標體系，以適應應用型人才培養。課程使學生培養信號分析與處理的思想，掌握信號處理的基礎理論知識，并側重于理論知識在實踐中的應用，讓學生具備應用信號處理的基本原理和方法去分析和解決實際工程問題的能力。

2.2 課堂教學改革

數字信號處理內容理論性較強，偏重于理論及算法推導，較少涉及實現方法及相關的軟硬件技術，學生容易感覺枯燥難懂。為解決這些難題，就要完善現有教學模式，采用多媒體教學和傳統板書教學并用的教學手段。

一方面，對于課程中的基本理論和算法推導，以及習題講解仍然采用板書詳細講解，以便學生有足夠的時間跟上教師的授課思路，同時結合學科發展趨勢，列出一些實際的工程實例與課本知識結合起來，讓學生感覺學以致用。另外，也要把數字信號處理的發展過程與理論知識結合起來，從而能夠掌握各個知識點的關聯與區別，加深對信號處理思想與工具的理解。例如 “信號與系統”偏重于模擬信號與系統，“數字信號處理”偏重于數字信號與系統，原因是計算機只能處理數字信號，不能處理連續信號，所以必須把模擬信號通過抽樣、量化、編碼等步驟變換成數字信號，計算機才能識別處理模擬信號。這樣就可使學生把相關的思想、原理和方法融會貫通成一個完整的知識體系。另一方面，對于諸如時域頻域抽樣和Z變換等表示物理工程概念，以及包括本學科新技術和新進展在內的課程內容則采用多媒體方式，通過聲音、圖片、動畫、Matlab仿真等多種互動教學形式，不僅節省了學時，而且有助于學生形象理解和提高學習興趣，加深對課程內容的理解。

2.3 考試措施改革

學生的綜合成績主要由筆試、實驗和平時成績組成，各占比重為70%，20%，10%，有效地將學習過程考核、實驗設計環節，以及課程設計納入到考核范圍[4]。其中筆試主要考核學生對數字信號處理理論內容的掌握情況，注重分析與綜合運用；實驗成績為操作技能和實驗報告兩部分組成，增強學生對實踐環節的重視，強化其編程、仿真調試能力，以及獨立分析解決問題的素質；平時成績的給定主要參考平時課題提問及回答、作業成績、課堂考勤，以及課程設計等部分，課程設計報告要求在數字信號處理課程結課后，分小組自助選題做研究，并按照規定的格式和內容要求提交一份研究報告。

3 實踐教學的改革

3.1 改革Matlab實驗

在教材或實驗指導書驗證性實驗的基礎上，為學生提供必要工作環境和條件，增設設計性和綜合型實驗內容。例如，人體心電圖在測量過程中間容易受到外界環境通信及電磁信號的干擾。實驗給出一個心電圖信號采樣序列標本x（n），假設該信號中存在外界干擾信號，要求在實驗中輸入心電圖序列x（n），濾除x（n）序列中的外界干擾信號，保留原始的有用信號。學生通過類似的綜合性實驗，可以實現信號的頻譜分析、濾波和設計，完成簡單的數字信號處理功能，從而鍛煉了學生的綜合運用能力，使其感覺有趣、有用，更能進一步增強其學習、科研的興趣和能力。

3.2 改革DSP實驗

目前，我院利用現有的銀杏科技公司的DES320PP-U數字信號處理仿真/教學實驗系統集成了型號為XDS510仿真調試器，不需要外部JTAG仿真器即可完成DSP各個模塊的實驗；該實驗系統全面支持TI公司的C2000，C5000，C6000等系列DSP，可開設出算術運算類、數字信號處理理論類、芯片原理類、DSP/BIOS、信號與系統類、控制類，以及硬件擴展設計實驗等實驗項目。為此，在現有的實驗項目基礎上，借助于試驗箱及其CCS編程環境，學生可以在CCS圖形窗口觀察信號的時域和頻域曲線，觀察原始信號和濾波后信號的曲線。這樣，可有機地將硬件和軟件相結合進行實驗，將數字信號處理理論與DSP控制器使用編程融為一體，真正地講數字信號處理理論應用到實際工程中，達到理論與實踐相統一的目的，學生在實驗與編程環節中達到“知其然，更知其所以然”。

我院將全部實驗室對外開放，學生可以主動聯系實驗室，可以在實驗室無教學任務的情況下，自行練習教材或課堂上的程序，也可以自己提出要研究的課題，進行論證編程。通過實踐實驗環節的鍛煉，達到從教學實驗鍛煉到工程實踐的逐層深化和提高，從而有助于學生具有自助學習探究的態度，以及創新創業的精神，以適應當前多元化的社會對綜合人才的需求[5]。

4 結語

通過對數字信號處理的課程大綱、課堂教學、實踐教學等方面的系列改革，在實際的教學中取得了令人滿意的教學效果，不僅激發了學生的學習興趣和積極性，讓學生更為深刻地理解了信號處理的思想和基本理論，而且培養了學生思考與鉆研能力。希望通過進一步地教學改革和嘗試，帶動應用型本科院校數字信號處理教學質量再上一個臺階。

參考文獻

[1] 王秋生，袁海斌.“數字信號處理"教學方法的探索與實踐[J].電氣電子教學學報，2008，30（4）：87-89.

[2] 王冬霞，李波，孫福明，等.應用型本科院?！稊底中盘柼幚怼返慕虒W改革與探索[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2010，12（6）：30-31.

[3] 毛伊敏，鐘文濤.數字信號處理課程研究型教學方法研究[J].中國電力教育，2008（11）：79-80.

[4] 沈媛媛，劉益成.數字信號處理課程教學改革探討[J].中國現代教育裝備，2008（10）：98-99.

[5] 王艷芬，王剛，張曉光，等.《數字信號處理》研究性課程建設與探索[J].實驗科學與技術，2008（4）：80-82.endprint