數字信號處理課程可視化教學的研究與實踐

潘玲佼　朱幼蓮　陸毅

摘 要 數字信號處理是一門理論與實踐緊密相結合的課程，是電子信息類專業的專業基礎必修課程。但學生在學習這門課程時，普遍感到概念抽象，對其中的分析方法和基本理論不能很好地理解與掌握，因此如何幫助學生理解與掌握課程中的基本理論，培養他們綜合應用所學知識解決實際問題的能力是該課程教學所要解決的關鍵問題。本文分析了數字信號處理課程教學的現狀和存在的問題，并圍繞數字信號處理課程教學可視化改革，從課堂教學、課外教學、實踐教學和考核環節等幾個方面入手，對本課程的教學改革進行了一系列的探討和實踐。

關鍵詞 數字信號處理 教學改革 電子信息

0引言

《數字信號處理》課程是通信工程、物聯網工程和電子信息工程等專業的重要專業基礎課，在通信工程和電子信息專業培養計劃中占有重要地位。隨著數字化與信息化的快速發展，數字信號處理技術也備受關注。將先進的教學手段和更為豐富的教學內容，向通信工程、物聯網工程和電子信息工程等相關專業推廣，將具有非常重要的實踐價值，必定能讓教師更快、更好的提高教學水平，能讓更多的學生從中受益、學以致用。

1數字信號處理課程教學存在的問題

目前，數字信號處理課程教學過程中還存在以下一些問題。

（1）數字信號處理課程理論性很強，內容較為抽象，涉及的公式繁瑣，計算過程較為復雜。如幾個主要知識點：Z變換，離散傅里葉級數，離散傅里葉變換，快速傅里葉變換和數字濾波器設計等都設計大量的數學計算。在目前以單一的教學手段為主的傳統課堂教學模式下，學生覺得很多知識點難以理解，很容易對教學內容失去興趣，從而喪失了學習的積極主動性。

（2）數字信號處理課程理論學時較長，教學內容繁多，很多同學上課未做好課堂筆記，或課后未及時復習的話很可能會出現學了后面忘了前面的情況。使得前后知識無法做到融會貫通，給后面知識點的學習掌握也增加了很多負擔。

（3）數字信號處理實驗課時安排較少，且實驗內容較為單一，主要以驗證性實驗為主。學生做實驗往往僅僅滿足于得到一個實驗結果，而缺乏深入的思考，因此實驗報告內容空洞，實驗結果分析也不深入。

（4）數字信號處理考核方式通常以期末試卷考核為主。這樣，一方面，使得學生學習以考試為導向，導致學生只會做題，不會應用。另一方面，教師在整個教學過程中對學生們的學習情況難以有準確的把握。

2教學改革的思路

課堂教學的改革是為了讓學生能適應未來并贏得未來。時代在進步，我們的課堂教學也應該緊跟時代步伐，培養順應時代發展的人才。

針對以上數字信號處理課程教學存在的問題，我們通過以下幾個思路進行了課堂教學可視化的改革，供大家參考。所謂教學可視化總結起來講就是課堂知識不抽象，課后知識可回放，理論實踐相結合，過程考核來幫忙。

（1）興趣是學習的動力。怎樣讓學生樂于學習，善于學習是值得我們思考的問題。針對數字信號處理課程理論性強，內容抽象，公式繁瑣的特點，在課堂教學中應注意淡化公式的推導，將課程中看似復雜的理論知識與現實生活中的應用實例結合起來講解。例如，將數字信號處理的對象拓展至語音信號、數字圖像等更多實際應用領域，使得課程理論的應用實例更加具體化，鍛煉和培養學生綜合分析與解決實際工程問題的能力。適當增加當前相關熱點研究內容和方法的介紹，引導學生對數字信號處理相關科研前沿的關注，激發和培養學生的科研興趣與能力。只有讓學生們充分了解了課本中理論知識的應用場景，使他們感覺這些東西觸手可及，才能拉近枯燥的理論和他們的距離，從而充分激發他們的學習興趣和學習熱情。在數字信號處理理論教學過程中，除了傳統的PPT和板書教學外，適當的加入MATLAB，LABVIEW等仿真軟件對某些復雜知識點進行仿真演示來輔導理論教學。將這些知識點通過仿真軟件實現可視化，有利于提高學生的學習興趣，培養學生的實踐能力。

（2）將課堂現場教學和課外輔助教學有機結合。國內外高校都非常重視數字信號處理課程的建設和改革。國外一些大學，如MIT，為本課程設置專門的網站，為學生提供豐富的網絡資源。近年來，國內高校也越來越重視將現代多媒體教學手段與傳統教學方法有機地結合起來，利用電子技術與網絡多媒體技術，錄制課程錄像以及微課，使學生在課外可以利用網絡資源，隨時進行復習和學習，從而進一步提高教學效果。借鑒國內外著名高校的先進經驗，結合我校“數字信號處理”課程教學的現狀，在教學方式可視化改革中，重點制作并推廣使用更加豐富、生動的多媒體課件；及時錄制課程重點、難點的微課錄像，并利用網絡課堂，讓學生能充分利用網絡資源進行課后自主學習與知識鞏固。

（3）理論教學和實踐教學相結合，改良實踐教學的內容和形式。為了幫助學生更好的理解與掌握課程中的基本理論，基本分析方法以及綜合應用所學知識解決實際問題的能力，本課程以數字信號處理的兩個基本分支：譜分析，數字濾波為基礎開設了課內實驗。實驗設有綜合性實驗和設計性實驗。除了信號譜分析和數字濾波器設計為兩個必做實驗，培養學生信號分析和信號處理的基本能力外，我們（下轉第124頁）（上接第122頁）還增設了語音信號數字信號處理系統的選做實驗。通過學生對自己語音信號進行特征分析，處理并試聽處理效果，可以激發學生自主學習專業知識的興趣和課外科技制作的熱情，加強學生創新能力的培養。在實驗中強調基本概念的深刻理解，淡化計算公式和計算機語言的編程技巧。強化信號處理實驗方案的設計，提高學生綜合應用知識與創新能力的培養。

（4）增加過程性考核機制。以往的考核只重結果，不重過程，期末考試成績往往在課程考核總成績中占很大的比重。如果期末考試臨場沒有發揮好，那么也無法取得較好的課程成績。然而，通過一張試卷來評定學生的成績是有片面性的，無法全面的反映學生對課程的掌握情況和實際能力。隨著教學改革的深入，考核方法的改革也勢在必行。增加過程性考核機制，通過多方面的考核來評價一個學生，比如增加作業，小測試，小論文，分組討論，實驗等多樣化的考核方式，一方面能更加客觀的反映學生對課程的實際掌握情況，另一方面也便于教師及時了解學生對重點、難點知識的掌握情況，能做到及時查漏補缺。

3結語

通過以上幾方面的改革探究，使得本課程既有嚴密的理論體系，又有生動的工程實例，既注重對基本概念和基本方法的介紹，又在理論推導中引出工程應用的概念，在實例分析中強化理論概念，加深學生對數字信號處理理論的認識和理解，激發學生對數字信號處理研究的興趣與熱情。

更進一步講，授人與魚不如授人與漁。培養學生良好的學習習慣比教會他們做幾道題目更為重要。作為教師，一方面，應注重課本知識的講授，另一方面，更應該注重學生良好學習習慣和正確學習方法的培養。在今后的教學中，我們將不斷的從教學中吸取經驗， 但相信教學效果將會在探索與實踐中得到穩步提升。

參考文獻

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