“数字信号处理”课程教学中的几点建议

“数字信号处理”课程教学中的几点建议

作者：毋玉芬

来源：《卷宗》2017年第22期

摘要：本文简述了在光电信息科学与工程专业开设“数字信号处理”课程的必要性，并分析了在该专业教学过程中存在的主要问题。针对“数字信号处理”的课程特点，研究优化课程内容，对“数字信号处理” 的教学方法给出了几点教学建议。

关键词：数字信号处理；教学方法；课堂教学；MATLAB

“数字信号处理”是一门涉及许多学科而又广泛应用于很多领域的新兴科学，目前“数字信号处理”课程普遍开设于通信与电子工程专业[1-2]。

光电信息科学与工程专业是根据教育部在2012年9月下发文件，将原属于电子信息科学类的光信息科学与技术、光电子技术科学专业与原属于电气信息类的信息显示与光电技术、光电信息工程、光电子材料与器件五个专业统一修订后的专业名称。该专业培养具有现代科学意识、理论基础扎实、知识面宽、创新能力强，可从事光学工程、光通信、电子学、图像与信息处理等技术领域的科学研究，以及相关领域的产品设计与制造、科技开发与应用、运行管理等工作，能够适应当代信息化社会高速发展需要的应用型人才。根据光电信息科学与工程专业的学科性质、学科特点和培养学生的目标可知，为该专业学生开设“信号与系统”及“数字信号处理”相关课程具有必要性。通过“数字信号处理”课程的学习，可提升该专业学生的专业素质并为学生后续深入的专业学习打下坚实的基础。

现就目前“数字信号处理”课程在物电学院光电信息科学与工程专业开设过程中遇到的几点问题做如下归纳总结，并就各个问题提出相应的意见及建议。

1 面临的问题和挑战

“数字信号处理”课程具有以下几个主要特点：①使用数学语言对工程实践中的数据采集、分析及处理等问题进行描述，内容相对比较抽象[3-4]；②将高等数学、复变函数及线性代数等课程的内容作为基本工具，并赋予实际的工程物理意义；③课程主体内容源于工程实践，既用于描述工程实践问题，又用于指导工程实践。这就意味着，该课程的学习对学生提出的要求更高。在给光电信息科学与工程专业的学生开设“数字信号处理课程”时，具体要面对的问题有以下几点。

1.1 师范院校学生，数学基础知识相对薄弱

对于师范院校的学生来说，在大一修习“高等数学”等基础学科时，普遍比较吃力，在后续进行“信号与系统”及“数字信号处理”课程学习时，数学短板显现。

1.2 先修课程没有储备

在“数字信号处理”课程学习前，要求学生具有一定的数学功底，除高等数学外，还需要先修“复变函数”或“数学物理方法”等相关课程。鉴于学科综合科目统筹等考虑，我校光电信息专业开设以来，“复变函数”未列入学科规划课程内，因此在“数字信号处理”课程开设时，教学难度相对较大。

1.3 “数字信号处理”内容与学时的冲突

该课程涉及信号的采集、变换、分析、处理和应用等问题，内容非常丰富。相对于通信与电子工程专业，光电信息专业开设的课程学时较少。如何利用较少学时讲授这些内容，给课程教学带来不小的挑战。

1.4 非必修课，学生重视度不够

尽管是光电专业硕士入学的考试课程，但是由于本课程在光电信息专业开始时，是选修而非必修科目，因而部分学生对其不够重视，仅将课程学习当作修学分的一项任务。

2 相应解决方案

虽然在光电信息科学与工程专业开设“数字信号处理”存在着诸多问题和挑战，但是通过对教学方法的改革和实践，我们不仅比较成功的解决了上述问题，且取得了很好的教学效果。

2.1 及时补充基础知识

针对师范院校学生高数基础差及光电信息专业学生缺少“复变函数”基础的问题，在课堂教学中注意及时补充相关内容，以免影响课堂教学效果。如讲授数字信号傅立叶变换及频谱的周期性等问题时，采取一次讲授、多次复习的策略，加深学生对内容的理解。通过分析和处理具体的信号，并配合直观易懂的图形化教学语言，使学生易于理解和掌握知识点，如用梳状图讲授数字信号的抽样定理。

2.2 合理选择内容

“数字信号处理”涉及的内容很多、逻辑性很强，在课程学时安排有限的情况下，必须合理地筛选授课内容。在侧重基本概念、基本原理和基本方法的原则指导下，重点讲授具有普遍意义的重要知识点，如在讲授数字滤波器设计问题时，仅以矩形窗为授课重点，对其它窗口如汉明窗等只进行简单介绍。

2.3 培养学生兴趣

针对非必修课学生兴趣不高及不够重视的问题，在开课伊始的课程说课及导论过程时，即由授课教师向学生说明并强调“数字信号处理”课程作为光电专业考研科目的重要性。

为提高学生学习兴趣，在教学中采用多种教学方式相结合的模式，充分利用板书、幻灯片以及多媒体教学各自的优势，综合运用在实际教学过程中。此外，为提高教学内容的趣味性及加深学生的理解，采取了将授课内容与现实生活实践紧密结合的方法。例如，在讲授连续时间信号的离散化处理体系时，以常见手机通信中的图像及声音信号的A/D和D/A转换为例进行介绍，加深学生印象并便于学生理解。

2.4 理论与实践相结合的教学方式

“数字信号处理”是一门实践性很强的课程，在教学中适当加入实践环节可以帮助学生深入理解知识。我们在实践环节中，主要参考“信号与系统”课程的教学方法，授课过程中贯穿MATLAB 仿真实践，利用MATLAB 仿真的图形和动态演示，让学生领会到诸如抽样定理、离散傅立叶变换DFT 概念、信号滤波原理等抽象理论。同时，适当引入使用MATLAB 处理光电信号的实例，比如常见通信信号的滤波、调制与解调等，激发学生的学习兴趣和求知欲。

3 结语

在光电信息科学与工程专业开设“数字信号处理”课程具有紧迫性和必要性，遵循本文所述原则并采取恰当的教学措施，顺利地开设了“数字信号处理”课程，并圆满地完成了授课任务。结合相关任课教师的教学实践表明，本文探索和实践的课程教学方法，能够在顺利开展“数字信号处理”课程教学的同时，有效地提高教学质量，得到有关专家的认可与肯定。

将“数字信号处理”的具体特点和学生的知识结构相结合，将课堂教学和辅助教学有机结合，将理论教学和实践教学相结合，过程中还有值得进一步研究和尝试的问题，但相信教学效果将会在探索与实践中得到稳步提升。

参考文献

[1]余颖，肖静，刘树博.数字信号处理课程教学改革的探索和实践[J].东华理工大学学报（社会科学版），2011，30（3）：294-296.

[2]程佩青.数字信号处理教程[M].北京：清华大学出版社，2002.

[3]王秋生，袁海滨.“数字信号处理”教学方法的探索与实践[J].电气电子教学学报，2008，30（4）：87-89.

[4]王俊峰.交互式教学在数字信号处理课程中的应用[J].中国电子教育，2010（2）：64-67.