王艷芬,王 剛,張曉光,劉衛(wèi)東,李 劍

(中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院,江蘇徐州 221008）

“數(shù)字信號處理”精品課程建設(shè)探索

王艷芬,王 剛,張曉光,劉衛(wèi)東,李 劍

(中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院,江蘇徐州 221008）

精品課程建設(shè)是實(shí)踐教育質(zhì)量工程的重要舉措,是教學(xué)改革的靈魂。本文從教學(xué)方法、考核評定模式、教材建設(shè)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立、以及學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力培養(yǎng)等方面,介紹了我?！皵?shù)字信號處理”江蘇省精品課程建設(shè)的具體措施和體會(huì),說明了建設(shè)一個(gè)精品課程所需要的幾個(gè)關(guān)鍵因素。

數(shù)字信號處理;精品課程;教學(xué)改革

精品課程建設(shè)是提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要措施。精品課程建設(shè)需要以下幾個(gè)關(guān)鍵因素:①創(chuàng)建一套有別于傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式的教學(xué)方法以及考核評定模式;②編寫一部適合精品課程課堂教學(xué)的教材;③建立學(xué)生課后自主復(fù)習(xí)的教學(xué)平臺(tái),以提供課程信息、教案、課件、實(shí)驗(yàn)以及網(wǎng)絡(luò)交流等;④具備良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[1]。

“數(shù)字信號處理”課程是各高校為電氣信息類專業(yè)本科生開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,在我校信息工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中列為專業(yè)主干課程。經(jīng)過十多年的不懈努力,我校的“數(shù)字信號處理”課程建設(shè)取得突出成果,2010年3月被評為江蘇省精品課程。本文從精品課程建設(shè)的關(guān)鍵因素入手,介紹我們的做法與體會(huì),與讀者共勉。

1 教學(xué)方法和考核評定模式

為解決課程概念抽象,涉及到許多的數(shù)學(xué)知識(shí)等問題,我們以形象化教學(xué)為形式,正確有效地處理好傳統(tǒng)教學(xué)、多媒體教學(xué)和形象化教學(xué)之間的關(guān)系,明顯調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的積極性,提高了教學(xué)效果。

1.1 采用形象化課堂教學(xué)方法

(1)數(shù)學(xué)公式的形象化:即訓(xùn)練學(xué)生對數(shù)學(xué)公式的口語化描述,強(qiáng)調(diào)從公式所代表的具體意義去理解公式[2]。我們將一些概念和公式用一些簡單的公式圖表來表示。如離散時(shí)間傅里葉變換(DTFT)和離散傅里葉變換(DFT)的對稱性質(zhì)是個(gè)難點(diǎn)內(nèi)容,而采用公式圖表的方法,可以清楚地表示難點(diǎn)內(nèi)容。我們在編寫教材時(shí)也注意到這些問題,分別在有關(guān)章節(jié)給出了序列的兩種表示與其DTFT以及與DFT的對應(yīng)關(guān)系,如圖1所示。而且,還做比較,有利于學(xué)生的理解,便于學(xué)生對抽象概念的還原[3]。

圖1 序列的兩種表示與其DFT的對應(yīng)關(guān)系

(2)抽象概念的形象化:在講解一些抽象的知識(shí)點(diǎn)時(shí),我們常常采用繪制波形圖或框圖的方法將抽象概念形象化,將Matlab仿真研究引入課堂。借其運(yùn)行抽象的知識(shí)點(diǎn)的相應(yīng)程序,這樣可以將課程中抽象的概念和結(jié)論轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蠡膱D形曲線,如再配合多媒體動(dòng)畫講解效果更佳。

1.2 列舉Matlab仿真綜合實(shí)例

對于抽象的數(shù)學(xué)模型應(yīng)用問題,在課堂上增加用Matlab軟件邊操作邊講解一些例題和應(yīng)用。我們在自編的教材中也增加了較多的與實(shí)際結(jié)合密切的綜合性例題。如有一個(gè)綜合性例題——離散時(shí)間系統(tǒng)的濾波作用。對此例題,我們在課堂上可利用Matlab軟件邊講邊演示,還可以進(jìn)一步提問(如果信號頻率發(fā)生變化,濾波結(jié)果怎樣?為什么?)請學(xué)生思考回答,然后馬上修改程序驗(yàn)證問題的結(jié)果。

1.3 開展課外探究式學(xué)習(xí)

指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課外探究式學(xué)習(xí)是指圍繞課程中某個(gè)主題,組織學(xué)生在課外依循一定的步驟開展研究性學(xué)習(xí)。

我們的具體實(shí)施辦法是:上“數(shù)字信號處理”課程第一堂課時(shí)就指出研究性課程改革的必要性[4],讓學(xué)生了解課外探究式學(xué)習(xí)的思想。在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí),探索和解決身邊感興趣的問題。學(xué)生3-4人為一個(gè)小組搜集課題。最終提供的報(bào)告要求有課題題目、問題提出、程序、調(diào)試波形和結(jié)果說明及小組成員分工,并作為成績的一部分。

1.4 改革考試模式

為全面考察改革學(xué)生課堂學(xué)習(xí)、課外探究式學(xué)習(xí)及設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)效果,我們提出并實(shí)行理論筆試、上機(jī)考試及課外探究式學(xué)習(xí)加平時(shí)綜合評定的考試方式。理論筆試著重基本概念、基本運(yùn)算和基本原理;上機(jī)考試重點(diǎn)考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果及實(shí)際動(dòng)手編程解決問題的能力;探究式學(xué)習(xí)課外作業(yè)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。

2 教材建設(shè)

2.1 主教材

編寫教材的基本思路是:針對課程抽象難學(xué)的特點(diǎn),以Matlab為主線,自始至終運(yùn)用Matlab來闡述基本概念和基本原理。我們2007年編寫的講義經(jīng)過一年試用,然后進(jìn)行修改、完善和補(bǔ)充,教材《數(shù)字信號處理原理及實(shí)現(xiàn)》于2008年 3月正式出版[3]。該教材結(jié)合研究性課程建設(shè)的需要,增加了理論與實(shí)際結(jié)合的環(huán)節(jié),在每一章都增加了Matlab實(shí)現(xiàn),提供了本章重要知識(shí)點(diǎn)的Matlab演示程序和結(jié)果。我們在教材中增加了上機(jī)實(shí)驗(yàn)一章,并直接作為課程的實(shí)驗(yàn)教材,并配有上機(jī)習(xí)題,它可以作為課程實(shí)驗(yàn)練習(xí)和上機(jī)考試的復(fù)習(xí)習(xí)題。

2.2 輔助教材

與本書配套的教學(xué)輔導(dǎo)書《數(shù)字信號處理原理及實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》于2009年3月出版[4]。本書作為主教材的配套教材,共包括九章內(nèi)容。前八章內(nèi)容與主教材相一致,每一章都包括重點(diǎn)與難點(diǎn)、內(nèi)容提要、典型例題分析、習(xí)題精解、自測題及綜合測試。第九章是新增加的本科生考試試題及解答。

主教材于2009年6月被評為江蘇省精品教材,《數(shù)字信號處理系列教材》(包括主教材和配套的學(xué)習(xí)指導(dǎo)書)于2009年10月被評為中國礦業(yè)大學(xué)精品教材。這一套教材對我們搞好課程建設(shè)、推進(jìn)課程的教學(xué)改革、促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高發(fā)揮了重要作用[5]。

3 教學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

建立學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)的平臺(tái),以提供課程信息、教案、課件、實(shí)驗(yàn)以及網(wǎng)絡(luò)交流等,也是建設(shè)精品課程的一個(gè)重要內(nèi)容。

我們結(jié)合自編教材,研制了數(shù)字信號處理網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)課程、多媒體動(dòng)畫庫、Matlab仿真塊區(qū)、上機(jī)考試、探究性學(xué)習(xí)指導(dǎo)和網(wǎng)上答疑等內(nèi)容[6]。其主要特色是:根據(jù)課程建設(shè)和改革的需要,增加了Matlab仿真塊區(qū),覆蓋了從Matlab語言編程到Matlab Websersver遠(yuǎn)程仿真和Matlab/GUI交互練習(xí)等各個(gè)輔導(dǎo)環(huán)節(jié),強(qiáng)化了Matlab仿真環(huán)境。該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)在2008年獲得全國多媒體大賽,2009年獲得江蘇省優(yōu)秀多媒體教學(xué)課件二等獎(jiǎng)。

4 軟件仿真和DSP硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)合

我們在利用Matlab軟件仿真強(qiáng)化學(xué)生掌握課程基礎(chǔ)理論的同時(shí),還將其與DSP硬件平臺(tái)相結(jié)合,用以指導(dǎo)學(xué)生開展了科技訓(xùn)練和電子設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng),把課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)延伸到課外。

我們的DSP實(shí)驗(yàn)室成立于2001年,我們此后為實(shí)驗(yàn)室研制了一套DSP開發(fā)系統(tǒng)包括開發(fā)實(shí)驗(yàn)板和仿真器,用于信息工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)。近幾年,我們又開發(fā)了改進(jìn)版TIDSP實(shí)驗(yàn)裝置,進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn),并用于開展課外大學(xué)生科技訓(xùn)練和電子設(shè)計(jì)大賽等。本課程教師指導(dǎo)的學(xué)生已獲得電子設(shè)計(jì)大賽全國一等獎(jiǎng)1項(xiàng),二等獎(jiǎng)3項(xiàng),江蘇省一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

[1] 啜鋼,王文博,齊兆群,等.移動(dòng)通信精品課程教學(xué)改革實(shí)踐與探討[J].北京:北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2009,11(4):85-90

[2] 劉大年等.“數(shù)字信號處理”課程的形象化教學(xué)方法探索[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(4):104-107

[3] 王艷芬王剛等.數(shù)字信號處理原理及實(shí)現(xiàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008

[4] 王艷芬.教學(xué)信號處理原理及實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)指導(dǎo)書[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009

[5] 王艷芬王剛等.《數(shù)字信號處理》研究性課程建設(shè)與探索[J].成都:實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2008,6(2):80-82

[6] 王艷芬王剛等.“數(shù)字信號處理”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(3):112-113

Exploration for Excellent Course of Digital Signal Processing

WANG Yan-fen,WANG Gang,ZHANG Xiao-guang,LIUWei-dong,LI Jian

(School In formation and Electrical Engineer ing,Ch ina University o f M ining Technology,Xuzhou 221008,China)

The construction of excellent-courses is the most important action for practicing the education quality p roject,and is the sou l of teaching reforms.In this paper,we introduce the specificmeasures and experience of the construction of Jiangsu province excellent-course Digital Signal Processing,from the several ways of teachingm ethods,examination assessment system,construction of teachingm aterials,development of student's self-learning network system,enhancing the student's software p rogramming capabilities and practicalability and so on,w hich show s the several key factors of construction of excellent-course.

digital signal processing;excellent-course;teaching reform

G423.07

A

1008-0686(2011)02-0022-03

2010-07-29;

2010-12-25 基金項(xiàng)目:中國礦業(yè)大學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)改革項(xiàng)目(200907)

王艷芬(1962-),女,博士,教授,主要從事信號處理與通信方面的教學(xué)和科研工作,E-mail:lszw yf@163.com