地方高校电子信息类《数字信号处理》课程教学改革探索

地方高校电子信息类《数字信号处理》课程教学改革探索
发布时间：2022-09-02T02:41:03.771Z 来源：《教育学文摘》2022年5月9期作者：关旋旋
[导读] 近年来，社会进步迅速，数字信号处理是计算机专业的一门专业课。

其应用领域极其广
关旋旋
宿州学院机械与电子工程学院安徽省宿州市 234000
摘要：近年来，社会进步迅速，数字信号处理是计算机专业的一门专业课。

其应用领域极其广泛，包括现如今非常热门的移动通信5G 技术、语音及图像的处理技术，生物医学工程，雷达导航及定位系统等。

这门课程以复变函数以及信号与系统这两门课程为先修课。

文章以计算机科学与技术专业培养目标为中心，以数学知识为基础，同时强调其实际应用效果为准则，从教学方式及考核方式两个方面进行教学改革与实践。

关键词：地方高校电子信息；《数字信号处理》课程；教学改革探索
引言
教育的目标是培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，立德树人是其根本任务，“思政课程”和“课程思政”是立德树人的两条基本的途径。

对于电子信息类专业，大量的专业基础课、专业课，由于其科学性、快速发展性、以及高技术性，与国家的发展战略、国家及区域的经济社会发展紧密相关。

课程内容的逻辑性、学习方法的科学性、学习态度及工作要求的严谨性、思维方式的系统性和辩证性，使得这些课程在教学过程中蕴含着大量的思政元素。

将思政元素充分挖掘出来，有效地融入专业教学之中，可以起到润物细无声的育人效果，根除机械说教带来的负面作用。

实现全体教师、全课程、全课堂、全方位育人，完美体现育人为本、以德为先的课程思政理念，促进学生的全面发展。

1课程定位与存在的问题分析
数字信号处理是电子信息工程、通信工程、信息工程等电子信息类本科生的一门专业必修课程，它是信号与线性系统课程的后续课程，为后续的图像信号处理、多媒体信息处理等课程打基础，一般在大学三年级第一学期开设。

它是理论分析与实践操作相结合的重要专业课程，以离散时间信号与系统作为对象，对离散时间信号进行各种分析与处理，包括频谱分析和滤波处理。

全国各类地方高校的专业课程思政教学仍然处于起步阶段。

目前，数字信号处理课程思政教学过程中存在一些问题：（1）对课程思政的认识不足，将专业课教学与思想政治教育课割裂现象仍普遍存在，对于数字信号处理这样的理工类专业课的教学尤为突出;（2）专业课教师的自身思想政治理论储备不足，或者过于注重专业知识和技能的培养而忽视对学生进行价值观的引领和塑造，因而造成对教学过程中的思政元素切入点把握不够准确的状况，且实际课堂中教学形式单一，最后课堂效果不佳，学生认可度不高;（3）专业课教师因专业背景的制约导致人文素养参差不齐，受自身经历或专业背景影响思政元素融入的温度与深度，比如部分教师过度重视与国际学术接轨，在课堂中过度使用国外原版教材，而忽视与中国国情的结合，不知不觉受到了西方某些不良思想或者观点的影响;（4）对专业课的教学大纲、教学评价中往往重视专业知识、专业技能的考核，强调的是学生专业知识技能方面的能力，而对学生的精神世界、政治思想教育重视不够，长期以来，专业课教师往往对如何实现课程思政的方法与技巧比较陌生或疏于相关训练，且缺乏切实的制度规定和保障措施，阻碍了专业课教师在专业课堂教学中进行课堂思政教育的积极性。

2课程特点
数字信号处理课程是涉及知识点多，需要学生有高等数学、电子电路、信号与系统、通信原理等知识基础，理论知识繁琐枯燥，学习难度较大，学生对该课程内容掌握的程度高低，将直接影响其工程实践的能力、系统观念、创新意识的养成。

其课程内容主要分为两大部分;一是数字信号和数字系统的特征及其描述和分析方法，包括在时域、频率和Z域上对信号和系统进行分析处理，二是数字滤波器的特点和设计方法，重点是IIR和FIR两种数字滤波器。

而数字信号处理课程作为信号处理类专业课，在课程类别中占据重要地位，在课程重要性上对于学生以后的发展具有全局性的作用，因此对数字信号处理课程进行课程思政建设是课程发展的必然趋势。

在本课程建设过程中，要牢固“立德树人”的教育目标，遵循本课程的学习特点及规律，结合课程中所蕴含的育人思想和价值，使学生在掌握课程知识、技能的同时，更要理解其包含的广度、深度、温度，达到“课程育人”的目的。

通过课程思政的研究与实施，提高教师自身的道德水平、专业能力、执教水平，提升良好的师德师风，把教师的良好形象、言传身教，转化为课程思政的整体环境，进而做到在教育教学全过程中，塑造学生的人格，提升学生的认识水平，锻炼学生的品格毅志，促进专业学习和应用能力生成，最终促使学生全面成才。

3课程教学改革
3.1建设教学考核评价体系
利用线上线下平台，对课程思政教学效果进行评价。

课前，通过线上发布与教学内容相关的思政题目，引导学生思考，利用问卷星等网络工具收集学生的答案，教师根据答题情况，了解学生思政方面的“自悟”情况，同时对授课内容进行有针对性的调整。

课堂上，教师引导学生思考，开拓学生思维，提供思政线索，起到“点悟”的作用。

课后，教师指导学生对授课内容进一步思考，并利用所学知识解决实际应用问题，这一过程难度比较大，可让学生分组讨论，查阅网络资料，提交每组的讨论结果，体现生生“互悟”。

由于课程思政的内容是开放性的，每名学生思考的角度不同，因此并不要求学生提供统一的答案。

重点在于使学生在此过程中有所收获，鼓励学生自由发言，只要能体现思考，就可以获得肯定。

在教学实践中，学生积极参与讨论，各抒己见，思维碰撞，体现了思政育人的效果。

3.2思维、意识及专业责任感的培养
教师还可以实施智慧教学模式、建设智慧教室，让学生在智慧课堂中享受快乐，使他们真正享受到知识与技巧的乐趣。

对于任何一门课程，要想达到预期的教学效果，必须采用有效的教学策略，使学生真正地爱上学习，而智慧教学的教学范式改革工作则能够运用更加多样性、个性化的教学手段和教学模式，营造更加舒适和谐的教学氛围，学生在课堂上会感受到被充分尊重，他们从内心才能够真正喜欢学习本学科的知识内容。

在课程的内容编排上，面对一些新的方法，引领学生建立“3W+1H”的科学思维模式，将复杂问题分解为“What”、“Why”、“Where”和“How”四个角度。

比如，在课程绪论中的模拟信号数字化处理知识点讲解过程中，将原先的数字信号处理系统的特点、数字信号处理系统的组成以及数字信号处理系统的应用等几个方面的内容经过重新组织和整合，融汇成“3W+1H”，包括“模拟信号数字化处理是什么？”、“为什么要对模拟信号进行数字化处理？”、“模拟信号数字化处理可以干什么？”以及“怎么样实现模拟信号的数字化处理？”
四个问题。

按照“3W+1H”的思维模式，课程教学过程中分别针对模拟信号数字化处理的定义、数字系统和模拟系统相比的优点、数字系统的典型应用及模拟信号数字化处理的流程分别进行分析和讲解。

通过此类教学思路，着重开发学生分析和处理复杂问题的科学思维方式。

分析比较是人类由此及彼，由表及里，全面深刻认识事物，辨别失误的优劣、高低、美丑的重要科学思维方法。

在“Why”环节，我们可以引导学生通过比较分析的科学方法，对模拟系统和数字系统分别从系统精度、可靠性、灵活性、性能指标的达成等多个方面进行比较，深入理解数字系统的优点。

在此过程中着重训练学生设疑、析疑的逻辑思维和能力。

在“Where”环节，我们则通过中国独创的射电望远镜的介绍，帮助学生了解先进的与课程相关的科学成果。

同时，特别强调被誉为“天眼之父”的中国科学院首席科学家南怀仁带领科研团队，克服重重困难，建成世界最大的单口径球面射电望远镜FAST（Fivehundredmeters Aperture Spherical Telescope），为我国探索宇宙科学提供了新的科学装置，终其一生让中国领先全球20年。

这是人类认识宇宙、探索宇宙奥秘的标志性成果之一，不仅可作为经典的专业知识教学案例，也是极好的培养学生创新精神和科学思维的思政素材，既展示了我国老一辈科学家的奉献精神，也强烈地激发了学生为实现中华民族伟大复兴而发愤刻苦的自觉性和责任感。

与此类似，在本课程的改革过程中，我们在模拟信号的数字化处理、快速傅里叶变换，尤其是数字信号处理的应用等知识点中，均引入案例及相关科学家故事，将“国家、责任、荣誉”等信念融入教学各环节，注重“工匠文化”熏陶，不断挖掘专业课程中孕育的思政元素，从教学目标、教学内容、教学方法等多方面融入价值引领内容，实现社会主义核心价值观的内化于心、外化于行，帮助学生树立“功成不必在我、功成必定有我”的家国情怀和坚定的理想信念。

3.3启发式、参与式教学方法
在课堂教学中，根据我们三条教学主线和两个定理，首先引导学生“什么是连续信号、时间离散信号、数字信号”，接着，我们提出问题：（1）由连续信号如何得到时间离散信号，进而得到数字信号？（2）如何表示时间离散信号？（3）如何得到时间离散信号的频谱？（4）时间离散信号的频谱有什么特性，如何把频谱离散化？（5）得到信号的时域和频域特性后如何处理信号？回答上述问题，实际上就是三条教学主线和两个定理的核心内容。

将学生划分为由4～6人组成的小组，每组都有学习小组长、发言人、组员等角色。

每一节课设置一个主题，各个小组在上课前通过思考和查找资料考虑问题的答案，在上课时由每个小组指定代表发言，阐述本小组对问题的理解和解决方案，发言时间控制在课堂教学时间的1/2左右，发言由小组成员间轮流进行，在各个小组发言和讨论完成之后，教师对课堂讨论进行总结，对教学内容进行本质特征和规律的提炼，通过这种启发式和参与式的教学，激发学生的学习兴趣和学习主动性，强化学生对学习内容的理解，提高学生分析问题和解决问题的能力。

结语
本课程在教学改革与实践中，通过以学生为主体教学方式的改革手段不但有利于学生理解记忆数学基础知识还能锻炼学生的讲演能力。

将理论与实验相结合，便于学生直观认识推导结果。

考核方式的改革有助于激发学生的学习兴趣并提升学习效果。

参考文献
[1]丁玉美，高西全.数字信号处理（第二版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.
[2]高丙坤，王秀芳，张秀艳.“数字信号处理”课程的改革与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2009（10）：79-80.
[3]殷海双，王永安.“数字信号处理”课程教学改革与探索[J].课程教材，2011（7）：36.
作者简介：关旋旋（1989--），女，汉族，安徽宿州，助教，硕士，研究方向：Petri网理论与应用
基金项目：通信工程专业卓越工程师培养创新项目项目编号：szxy2020zrpc02
基金项目：教育部产学合作协同育人项目：新工科背景下校企合作师资培养研究项目编号：202101055042。