語音信號處理課程的教學改革研究

王小蘭

摘 要：該文介紹了語音信號處理這門課程的教學改革研究，改革的總體思路是注重理論教學創新， 堅持多元化教學模式，增強實驗教學環節，結合相關學科整合優化。按照這樣的思路，該文從課程教材、課程教學模式、實驗教學等多方面進行探索并開展實踐研究，結合專業特色、本科特點及課程技術前沿，以提高語音信號處理專業課程的教學質量。

關鍵詞：語音信號處理 教學改革 實踐

中圖分類號：G652 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（b）-0151-02

2017年7月20日，國務院正式發布《新一代人工智能發展規劃》，明確我國人工智能[1]發展的三步走戰略和具體的六大任務，標志著人工智能領域的國家行動正式全面展開。隨著人工智能上升到國家戰略及頂層設計框架搭建完成，相關產業發展有望持續提速[2]。然而，人工智能的人才培養和教育成為行業的痛點。

1 課程改革的必要性及意義

通過這次教學改革的研究，為電子信息工程與通信工程學科本科生提供語音信號處理的教學方案，形成鮮明的教學特色與風格，提高教學水平，不斷深化本科生專業教學改革，同時也對其他專業課程乃至其他學科的課程建設具有一定的啟示作用。

2 教學改革的思路

語音信號處理課程改革的總體思路是“注重理論教學創新， 堅持多元化教學模式，增強實驗教學環節，結合相關學科整合優化”。按照這樣的思路，在教材建設、新型教學模式、實驗教學設計、學科考核和學時安排等多方面進行探索并開展實踐，以提高語音信號處理專業課程的教學質量。

3 教學改革的主要內容

3.1 課程教材改革

研究并豐富適合于電子信息與通信工程學科本科生的《語音信號處理》教學教材，以教材、教師、本科生三位一體，對課程框架進行改革。在人才培養教育中，教材、教師、學生是課堂教學活動的3種基本要求，也是教學質量生成的3種基本要素。除了“人”的因素外，教材在教學中的地位和意義十分重要：從教育普及特點來看，專業課程教學需要一套標準、規范、目標、要求，優秀教材恰恰是保障教學教育質量的依靠和保障。從教材本身來看，教材集中了眾多專家、學者的專業智慧和學科水平，是專門研制和編寫的適合于相應特定階段的學生學習的文本。從教學實踐來看，沒有教材或不依賴教材的課堂，教學就會失去內涵、失去方向，會導致課堂教學質量低下。從教學活動機制來看，教材是教師執教的依據，也是學生學習的依據。從這些視角來看，教材建設理所當然地成為教學工作的中心和關鍵，尤其是專業課程教學。

在過去的教學中該課程采用的是單一的胡航編著的《語音信號處理》這本教材，該教材依次從語音信號處理的基礎知識、語音信號的基本分析、語音信號處理技術與應用這3個方面系統全面地講述了語音信號處理的相關知識。雖然該教材介紹的內容表述正確、邏輯順序合理、涵蓋內容全面，但只注重理論知識講述，偏離了理論和實踐的結合，使得學生在課堂上空有理論知識的獲得，而無理論知識實踐的認識。因此，在課堂講授時同時又使用了張雪英編著的《數字語音處理及MATLAB仿真》，該教材在介紹語音信號處理理論知識的同時，又給出其對應的MATLAB仿真程序，使得學生在邊學習理論知識的同時，邊對理論的實踐有所了解，學習MATLAB語言語法語義、程序設計思路、程序仿真結果，這不僅鞏固了理論知識，更是為后面實驗教學環節的學習奠定了堅實的基礎。

3.2 課程教學模式改革

語音信號處理這門課程具有很強的理論性和實踐性，需要學生有較強的學習積極性和主動性。而傳統教學模式造成了師生之間的距離感，很難激發學生的學習主動性，學生處在被動接收，甚至是排斥接收的狀態，不會主動參與老師的教學活動，而專業課又特別需要學習主動性的推動，因此，在語音信號處理課程教學時我們有時采用微課、翻轉課堂的新型教學模式。微課主題突出、目標明確、資源多樣、情境真實，相對于傳統的一節課滿滿的灌輸式教學，微課不僅內容更加簡潔精悍，并且更能突出課堂教學中某個環節，教學主題的教與學。翻轉課堂，也稱為“顛倒課堂”，通過逆向安排知識傳授和知識內化，改變教師和學生在傳統教學過程中的角色，重新編排教師和學生課堂教學內容、性質，相對于傳統教學模式，教學環節、教學角色、教學資源、教學環境都發生了顛覆。這些新型的教學模式通過參與、合作、競爭等教學活動促進學生對語音信號處理學習的各種體驗，激發學生學習興趣，變被動學習為主動學習，提升學習效果，增強學生們的工科實踐水平。

3.3 實驗教學改革

語音信號處理實驗目前在國內外高等院校已被廣泛開設，通過這些實驗，不僅能夠培養學生的動手和分析解決問題能力，且使學生深入理解語音信號領域的前沿知識及應用，激發學生對相關領域的研究興趣，對語音信號處理課程的學習深入以及培養語音領域高層次人才具有重要意義。

在以往的實驗教學中，其目的是讓學生深入理解和掌握語音信號的時域及頻域的特點、語音信號的分析與處理方法，增強學生對于軟件編程的能力及算法的理解和實現能力，為畢業設計或是就業打下基礎。語音信號處理實驗課時是8學時，共完成4個實驗，具體的實驗內容如表1所示。

這4個語音信號處理實驗內容與理論知識的結合不夠緊密，且數字信號處理綜合實驗和語音信號處理實驗的實驗內容有一定重復的地方，在此，把數字信號處理綜合實驗替換成語音信號時域分析實驗，該實驗的主要內容是：（1）錄制一段自己的語音信號，先用MATLAB函數實現對語音的讀取和播放；（2）并對錄制的信號進行分幀處理；（3）對分幀后的信號求短時能量，畫出圖形，并分析濁音和清音短時能量的差別；（4）對分幀后的信號求短時平均過零率，畫出圖形，并分析濁音和清音短時平均過零率的差別。這個實驗內容與課本上的第3章的語音信號時域分析緊密結合，讓學生充分掌握理解了語音信號的分幀技術、對語音信號求短時能量的方法、對語音信號求短時平均過零率的方法。用MATLAB進行實驗仿真的結果如圖1、圖2所示。

4 結語

在新經濟、新技術、新教育背景下，該教學改革是以電子信息工程與通信工程學科的語音信號處理這門新興專業課為切入點，結合專業特色、本科特點及課程技術前沿，以提高本科生知識水平，激發本科生開拓視野、挖掘潛力，提升自我學習、不斷求知為主要目標，從教材建設、新型教學模式等方面進行教學改革的探索并開展實踐，從而提高語音信號處理這門課程的教學水平。

參考文獻

[1] 鄭南寧.人工智能面臨的挑戰[J].自動化學報，2016，42（5）：641-642.

[2] 郝登山.人工智能在計算機網絡技術中的應用分析[J].中國新通信，2016，18（1）：87-89.