_数字信号处理_课程教学改革实践

课

程教材建设

中国电力教育

2009年2月上 总第130期

“数字信号处理”是理工类本科院校电子信息工程专业的一门重要的专业基础课。该课程具有理论性强、概念抽象、内容枯燥的特点，一般应用型院校的学生很难学好。初学者在接触这门课时，针对其中的数学概念理解不透，导致对由其引申出的物理概念和工程概念认识不清。而基本概念恰恰是“数字信号处理”课程的灵魂，也是指导学生实际操作的方向标。“教师教什么，如何教；学生学什么，如何学，如何用”是立足一线教学的每一位教师应切实思考的问题。为此，笔者所在的课程组对“数字信号处理”课程的教学改革进行了积极地探索和尝试。

一、“数字信号处理”课程教学现状分析

在对“数字信号处理”课程的教学实践中发现存在以下问题和不足：其一，该课在内容、分析方法和处理技术方面的基本概念与学科发展和技术进步不相适应；其二，涉及的公式多，概念抽象，繁杂的数学推导使学生感到难学、难懂、学了不知如何去用。其三，突出数学分析、工程概念薄弱、理论联系实际不足，原理、方法与应用脱节。比如，“快速傅利叶变换（FFT）”部分应用很大篇幅推导变换过程和结果，纯数学概念的介入，淡化了工程概念，不利于学生理解其在实际中的应用。鉴于上述情况，有必要对“数字信号处理”课程的教学进行教改实践的探索。

二、“数字信号处理”课程教学改革实践1.去“繁”求“简”，整合优化教学内容

贯穿该课程的两大主线是：信号的离散傅利叶变换（DFT）或其快速算法快速傅利叶变换（FFT）和数字滤波器的设计及实现。首先，要重视基本概念和基本原理的阐述，但决不是完全依赖于教材按部就班地做公式推导，而是要深入浅出，化抽象的数学概念为学生易接受和理解的生动实例。所以教师课前要花时间和精力利用MATLAB 软件编写程序，课上边讲边演示给学生，这样可使抽象概念形象化，枯燥定义具体化。

其次，紧跟本学科的新近发展动态。数字信号处理理论和应用在近20年来发展很快，20世纪60年代出现的经典谱分析已无法满足人们对信号处理的要求，以小波变换为代表的现代谱估计应运而生。因此，随着教学的展开和深入，教师应有意识地介绍本学科的新进展，通俗地将其引入到教学中，这样，

不仅能开阔学生的思路，也能激发学生学习的积极性和求知欲。

再次，教学内容应重视理论联系实际的原则。在讲解离散傅立叶变换的快速算法（FFT）时，传统的教学方法往往是教师花费很多时间和精力讲变换原理、过程，并举例计算或说明，对其在工程实践中的具体应用却涉及较少。结果学生只记住了枯燥繁琐的推导，却不知如何应用。如果教师能把FFT 在生产实际中所解决的问题以及它的局限性交代给学生，那结果就会大不相同。所以，教师要在课前收集资料和素材，以弥补教材在这方面的不足，再通过课上生动地演示，学生会有豁然开朗、茅塞顿开之感，知道自己所学知识并非空中楼阁，在实际应用中都能找到它们的“用武之地”。

2.转变教学方式方法，提高课堂教学效果

课堂不应是教师的“垄断”场所，而应是师生共同参与、彼此交流、相互配合的空间。不要忽视学生的主导作用，应给他们创造宽松的环境。为此，笔者在教学方法上采用了“三步一结合”的教学改革尝试。

第一步：导入式和关联式相结合。“数字信号处理”课程一直是比较难学的课程。为了排除学生对它的恐惧和误解，在讲这门课之前，教师有必要用生动的多媒体演示课件向学生介绍这门课在人们生产、生活中的作用。比如，最鲜活的例子就是现在普遍使用的手机，让学生知道它里面嵌入了数字信号处理技术，正是数字信号处理技术的不断发展，才使我们手中的移动电话尺寸变得越来越小，音质越来越好，使学生感到自己所学的知识就在身边，而不是遥不可及、触摸不到的。所谓关联式，就是引入相关课程的知识，把此课程与其他课程的联系传达给学生。让学生知道为什么要学这门课，这门课有什么用。所以教师应适时地将与其相关的课程信息（比如语音信号处理和图像处理）渗透给学生，并不失时机地将它们目前的发展状况和取得的成果通过现代教学手段演示给学生，让他们有一个明确的学习目标，不盲目，不盲从。当然，要做到这一点，就要求教师在教学过程中不能因循守旧，要接触新知识、新技术，不断学习和提高，真正做到教学相长。

第二步：转变单纯依赖教师、依赖教材的“填鸭式”的满堂灌，适时采用预习讲解式。当课程内容进行到某一阶段，具

“数字信号处理”课程教学改革实践

张学敏

摘要：本文从“数字信号处理”课程的教学现状出发，对本课程的理论教学、实践教学和教学方法进行了一些有益的探索，详细阐述了各部分在教学中的具体操作及作用，旨在寻求一条适合于“数字信号处理”课程教学发展的有效教学途径，从而提高该课程的教学质量和教学效果。

关键词：数字信号处理；理论教学；实践教学；教学改革

作者简介：张学敏（1972-），女，吉林长春人，长春工程学院电气与信息学院，讲师，主要研究方向：自适应信号处理。（吉林 长春 130012）

课程教

材建设

中国电力教育

2009年2月上 总第130期

有一定基础后，应让学生课后上网查阅相关的资料，进行收集、整理，为自己上台讲课做准备。采用这种方式，教师不要给学生设置太多的条条框框，要让学生尽情发挥自己的主观能动性，真正做到使学生“师其意，不泥其迹”。经过一段时间的实践，大部分学生反映从中得到了锻炼，有收获。这正是把学生由传统教学中的客体变为主体而产生的效果。

第三步：以预习讲解式做铺垫，适时采用研讨式教学，即Seminar。Seminar最先在德国的大学产生和应用并进而扩展到全世界，现在已经成为世界各国大学的主要教学形式。在Seminar里，学生是课程的主体，教师与学生处于平等的地位，教师虽然确立讨论的主题并提出问题，但是教师的角色已发生了变化，不再单纯是知识的传授者，而是学生进行问题讨论与研究的启发者。显然，这与大学所应承担的教学与科研相统一以及培养创新性人才的任务密不可分的。早在1918年，时为北大校长的蔡元培先生在《〈北京大学月刊〉发刊词》中就说：“所谓大学者，非仅为多数学生按时授课，造成一毕业生之资格而己也，实以是为共同研究之机关。”

以上三步不是独立的，它们彼此有关联、有交叉、有渗透。讨论式里有讲解式，讲解式和讨论式中蕴含导入式和关联式。这三步是全局的授课方式。由于学生的个体差异，还要因人施教，即局部授课方式。学生入学时成绩良莠不齐，个体接受能力、自学能力也不同。“一刀切”的教学模式不能贯彻因材施教的原则。因此，在努力营造生动活泼、宽松和谐的课堂氛围同时，要定期、定时对基础差的学生和优秀生做个别辅导和指导，避免了课堂统一步调下的“吃不了”和“吃不饱”现象，便于教师及时掌握学生的学习情况，对授课计划和教学内容做相应地调整。将全局授课和局部授课有机结合，也就是前面提到的“三步一结合”。

3.强化实践环节，注重能力培养

鉴于“数字信号处理”课程理论性强的特点，教师除了采用“三步一结合”的教学方法外，课后由学生亲自参与的实践环节是必不可少的。随着课程教学内容的逐步展开，根据不同阶段的特点，我们构建了从实验平台、课程设计实习到课题式研究的一套实践体系。

（1）实验平台。传统的信号与系统实验大都是硬件电路完成的，实验效果不直观，而且学生在实验中要将大量的精力花在电路调试上，很多复杂的实验无法实现。MATALB是一种可视化的科学计算和分析软件，利用其提供的良好界面、方便的操作过程及强大的工具包，我们开发和设计了验证性、综合性、设计性实验。通过这些实验，锻炼了学生用计算机辅助计算与分析解决实际问题的能力，也为后续的课程设计实习和课题式研究奠定了基础。

（2）课程设计实习。为了达到对知识的融会贯通，提高学生的综合、分析能力，设计和安排思考题、综合题可让学生带着问题想、带着问题学、带着问题做。比如，滤波器设计内容结束后，要求学生根据不同滤波要求设计不同滤波器；用MATLAB编程实现；分析结果与预想是否一致，若有差异，原因何在？如何解释？对任务完成好的同学，要求他们总结结果并制作PPT，在全班进行演示交流。这不仅训练了学生应用知识的能力，也提高了他们书写科学材料的能力，对他们来说，也是一个探究过程，在设计中所获得的既是一种实验结果，也可以转化成今后课题式研究的一部分。这一环节中，教师要对学生设计方案的可行性、合理性进行审定；对疑难问题做启发性解答和对结果分析进行检查。由这一环节可以发现和选拔优秀学生，为课题式研究创造条件。

（3）课题式研究。以基础理论为指导，以课程设计实习为基础，利用学校现有的实验条件，学生在教师指导下进行课题式研究。课题式研究的选题包括以下几个方面：学生在学习过程中发现的具有研究深度、题材新颖的信号处理内容；通过参加与信号处理有关的学术讲座，从中受到启发找到的研究课题；学生通过查阅资料，上网发现的新课题；由教师给出适合本科生研究的小课题。在这一环节中，教师主要采用集体讲座和个别辅导相结合的方式，对课题研究的方法和步骤进行指导。本科生做课题式研究，要求不要过高，不宜过分看重研究成果。关键在于锻炼他们的独立专研精神和科学思维能力，为将来进一步深造打下良好的基础。目前，课题式研究还处在刚刚起步阶段，开展课题式研究活动对教师科研素质也提出很高的要求。首先，培养学生的创新意识和创新能力，教师自身要有探索和创新精神，要有扎实的专业基础和较强的科研能力；其次，教师要了解相关学科知识，有将学科间知识融合的能力。因此，指导学生课题式研究的过程，也是教师不断学习和提高的过程。

三、结语

教学改革是一个多方面的探索过程，尤其在科技不断进步、信息融合更新的时代，它更是教学工作者的终身使命。今后课程组成员要本着积极改革、调整、提高的思想，采用面向实际、面向专业课程、面向整个教学体系的教改方法，不断地对课程进行整合和改进。在教学内容、教学方法上敢于创新、勇于尝试，丰富和完善“数字信号处理”课程的教学。

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（责任编辑：王祝萍）