劉曉明

摘 要 針對“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)中存在的問題，本文主要從理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩方面對課程的教學(xué)改革進行了研究和探索。

關(guān)鍵詞 數(shù)字信號處理 教學(xué)改革 研究

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A

0引言

隨著計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理學(xué)科已成為通信、雷達、聲納、電視、測控、生物醫(yī)學(xué)工程等眾多學(xué)科和領(lǐng)域的重要理論和技術(shù)基礎(chǔ)，其地位和作用變得愈發(fā)重要?！皵?shù)字信號處理”課程在內(nèi)容上涉及了高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、信號與系統(tǒng)等多門學(xué)科的內(nèi)容，是一門既側(cè)重理論但同時又與實際密切聯(lián)系的學(xué)科。目前《數(shù)字信號處理》課程已成為我院電子信息工程、測控技術(shù)與儀器、自動化專業(yè)重要的一門專業(yè)必修課。在理論教學(xué)方面，該課程數(shù)學(xué)公式和理論推導(dǎo)較多，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時，普遍感到數(shù)字信號處理的概念抽象，公式推導(dǎo)繁瑣，對其中的分析方法與基本理論不能很好的理解與掌握，缺少對數(shù)字信號處理結(jié)果的直觀認(rèn)識，導(dǎo)致不少學(xué)生產(chǎn)生難理解、難學(xué)，甚至厭學(xué)的情緒，例如：在濾波器的設(shè)計中，學(xué)生大多數(shù)只看到一些理論的推導(dǎo)和大量的數(shù)學(xué)表達式，卻無法看到結(jié)果的直觀演示。另外，實驗教學(xué)中設(shè)置的實驗多為驗證性實驗，而以提高應(yīng)用能力的綜合設(shè)計性實驗偏少，僅注重理論部分的驗證，缺乏與實際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)，這些問題都對學(xué)生理解所學(xué)的知識有嚴(yán)重的影響。為了提高教學(xué)質(zhì)量，需要對課程的教學(xué)進行改革。

1理論教學(xué)改革

在教學(xué)內(nèi)容上，首先注重教學(xué)內(nèi)容的過渡和銜接?！皵?shù)字信號處理”課程的內(nèi)容比較成熟和經(jīng)典，其與“信號與系統(tǒng)”課程的教學(xué)內(nèi)容有著密不可分的內(nèi)在聯(lián)系，二者核心都是對各種不同的信號進行分析，以期實現(xiàn)對不同信號的處理，進而得到所希望的信號。為了保證各自理論體系的完整性，這兩門課程在離散部分的內(nèi)容是幾乎是重復(fù)的，例如：離散信號分析和z變換。所以這兩門課的銜接和過渡顯得尤為重要，否則會顯得拖沓，許多學(xué)生在初學(xué)時容易產(chǎn)生厭學(xué)的情緒。因此這部分的內(nèi)容的講授應(yīng)用盡可能少的學(xué)時，以內(nèi)容回顧和補充的形式來進行安排，已達到喚醒記憶，查漏補缺的目的，避免重復(fù)過多。

其次，將Matlab導(dǎo)入“數(shù)字信號處理”課程，作為課程的重要補充。利用Matlab軟件強大的計算仿真功能和方便易用的圖形繪制能力，可以將課程中的抽象的概念和結(jié)論轉(zhuǎn)化為形象化的圖形曲線展現(xiàn)在學(xué)生面前。為了讓學(xué)生盡快學(xué)會使用該軟件，可以結(jié)合課程中涉及到的基本運算，選擇好Matlab中相關(guān)的基本內(nèi)容 盡快進行學(xué)習(xí)，進而了解各種信號和系統(tǒng)在軟件中的表達方法，并為實驗課的順利進行做好準(zhǔn)備。

同時改變教學(xué)方式。改變傳統(tǒng)的以教師為主體、書本為中心的封閉型的知識傳授體系，轉(zhuǎn)而向以學(xué)生為主體、提高學(xué)生能力為中心的開放型知識傳授體系轉(zhuǎn)變。不斷豐富課堂教學(xué)手段，改革教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生興趣，提升課堂教學(xué)效果?！皵?shù)字信號處理”課程中有許多的數(shù)學(xué)概念、物理概念和工程概念，需要借助圖形來進行講解，例如利用幾何法描述系統(tǒng)的頻率特性、循環(huán)卷積等內(nèi)容，利用多媒體教學(xué)手段可以形象、直觀的展示相關(guān)原理和過程，給學(xué)生留下深刻的印象，同時節(jié)省了授課時間。但對于基本原理和公式的推導(dǎo)，例如Z變換、DFT變換的計算和性質(zhì)等內(nèi)容，傳統(tǒng)黑板加粉筆的教學(xué)方法更加清晰，使學(xué)生能夠跟上老師的節(jié)奏，并留有一定的思考時間，教學(xué)效果良好。因此本課程改革綜合二者利弊，采用多媒體教學(xué)手段和傳統(tǒng)教學(xué)手段并用的方式，使課堂教學(xué)達到雙贏的效果。

例如，關(guān)于時域卷積定理的證明。如果采用公式推導(dǎo)的方式得到該定理，需要大量的數(shù)學(xué)演算，學(xué)生會感到乏味，而且僅把它當(dāng)成無數(shù)數(shù)學(xué)公式中的一個。理論不能與實際工程聯(lián)系起來，學(xué)生無法得到一個感性認(rèn)識，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣的降低。圖（a）、（b）和（c）展示了一個信號通過某一系統(tǒng)前后的時域波形及其頻譜。從時域卷積的概念是不易理解的，而從頻域相乘的角度則一目了然。濾波后信號的頻譜中，只有最低的頻率成分被保留了下來，其余的頻率成分被抑制掉，因此該系統(tǒng)實際上實現(xiàn)了低通濾波的功能。

通過這個仿真實例的演示和講解，學(xué)生對什么是信號，什么是系統(tǒng)，以及系統(tǒng)對信號的作用的數(shù)學(xué)表示有了更加形象、直觀的認(rèn)識，從而對基本概念有了更深層次的理解，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。

2實驗教學(xué)改革

由于獨立學(xué)院學(xué)生的高考分?jǐn)?shù)參差不齊，且普遍低于二本分?jǐn)?shù)線，學(xué)生基礎(chǔ)知識相對薄弱，但也不乏優(yōu)秀的學(xué)生。目前，我?！皵?shù)字信號處理”課程實驗主要采用Matlab仿真軟件完成，共開設(shè)4個實驗，全部為驗證性實驗。驗證性實驗?zāi)軌驅(qū)⑺鶎W(xué)理論和原理形象化和直觀化，促進學(xué)生理解，但是無法培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。為此可以在原有實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，合理安排一些思考題和綜合設(shè)計性的實驗內(nèi)容，滿足不同學(xué)生的需要。

在實驗過程中，學(xué)生往往把重心放在計算機程序的理解和編寫上，而不是對實驗結(jié)果的分析上，致使很多同學(xué)認(rèn)為數(shù)字信號處理實驗就是計算機編程，而且學(xué)生在指定時間內(nèi)僅能完成指定算法的驗證，無法根據(jù)自己對概念的理解來改變算法參數(shù)和實現(xiàn)方式，完全失去了實驗本身的意義。為此實驗教學(xué)改革研究設(shè)計基于Matlab的數(shù)字信號處理實驗仿真系統(tǒng)，內(nèi)容涉及離散時間系統(tǒng)與系統(tǒng)與濾波器設(shè)計兩部分內(nèi)容：實驗包括離散時間信號的產(chǎn)生及運算、Z變換的應(yīng)用、DFT的計算及應(yīng)用、時頻域采樣定理、IIR及FIR濾波器的設(shè)計等。學(xué)生在該仿真系統(tǒng)相應(yīng)的實驗中只需修改相應(yīng)的參數(shù)，便可馬上得到相應(yīng)的仿真結(jié)果，降低了對于學(xué)生計算機編程能力的要求，增強了對實驗結(jié)果和現(xiàn)象的分析上，從而使得理論知識得到更好的理解和掌握。

3結(jié)語

本文在研究獨立學(xué)院學(xué)生特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合“數(shù)字信號處理”課程的地位和教學(xué)現(xiàn)狀，從理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩方面進行了教學(xué)改革研究。實踐證明，課程改革取得了較好的成績，但是還存在一些問題。例如：如何引入更多的實踐環(huán)節(jié)來更好實現(xiàn)與后續(xù)課程“DSP技術(shù)及其應(yīng)用”的銜接，課堂教學(xué)中如何更好的激發(fā)學(xué)生興趣等等。我們將在今后的教學(xué)實踐中繼續(xù)改進教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻

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