初萍

摘 要 針對數(shù)字信號處理課程教學(xué)過程中碰到的問題，對教學(xué)過程中采用的方法及實驗設(shè)置進行了改革探索，首先強化數(shù)字信號處理系統(tǒng)的概念，明確本課程在實際數(shù)字信號處理系統(tǒng)中的作用，其次及時對章節(jié)內(nèi)容進行梳理，能熟練抓住理論的知識點及相互之間的關(guān)系，并且在實驗的環(huán)節(jié)中設(shè)置與個人相關(guān)的實驗內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，收到了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 數(shù)字信號處理 教學(xué)實踐 實驗設(shè)置

隨著信息、通信、計算機科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號處理理論得到快速的發(fā)展，它被廣泛地應(yīng)用于科技領(lǐng)域，如通信、生物、醫(yī)學(xué)、航空航天及國防軍工等，推動了現(xiàn)代社會和科技的發(fā)展。[1]數(shù)字信號處理課程是各大院校相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，深圳大學(xué)信息工程學(xué)院將“數(shù)字信號處理”課程作為全學(xué)院各專業(yè)學(xué)生的學(xué)科專業(yè)核心課程，設(shè)置于大學(xué)三年級上學(xué)期，對前期需要微積分、復(fù)變函數(shù)、概率統(tǒng)計、信號與系統(tǒng)等課程為基礎(chǔ)，對后期是隨機過程、數(shù)字圖像處理、語音信號處理等課程的基礎(chǔ)課程，所以它在本學(xué)院的專業(yè)課程中起著重要的作用。

數(shù)字信號處理是一門以算法為核心的理論性很強的課程，由于該門課程的概念比較抽象，理論推導(dǎo)需要較深的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)生理解和掌握這門課程具有一定的難度，而且抽象的理論學(xué)習(xí)過程碰到問題時容易打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，為了改善學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及提高教學(xué)效果，從2015年起，本學(xué)院電子信息工程專業(yè)的數(shù)字信號處理課程在教學(xué)過程中加入了仿真實驗環(huán)節(jié)，實驗以Matlab軟件為基礎(chǔ)，與教學(xué)內(nèi)容相對應(yīng)，對難以理解的理論部分設(shè)置實驗環(huán)節(jié)，通過可視化的圖形來加強學(xué)生對理論的理解，實驗的設(shè)置對教學(xué)效果起到了良好的鞏固作用，加強了學(xué)生對理論知識點的理解，并調(diào)動了學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)積極性。

1 教學(xué)情況及常見的學(xué)習(xí)問題

針對數(shù)字信號處理課程在教學(xué)過程中存在的理論學(xué)習(xí)難理解、較抽象的問題，很多學(xué)校或老師采用了Matlab仿真實驗課堂演示或是Flash演示的方法，[2]也有部分學(xué)校增加了實驗環(huán)節(jié)，[3]都收到了一定的效果，本學(xué)院的電子信息工程專業(yè)也從2015年開始增加了Matlab仿真實驗環(huán)節(jié)，其中的仿真實驗設(shè)置了七個實驗，包括兩個設(shè)計性實驗，內(nèi)容涵蓋卷積、相關(guān)運算、LSI系統(tǒng)表征、FFT應(yīng)用、濾波器設(shè)置等數(shù)字信號處理的關(guān)鍵理論內(nèi)容。

筆者參與了所在學(xué)院電子信息工程專業(yè)的數(shù)字信號處理實驗內(nèi)容設(shè)計，并且在新的實驗內(nèi)容設(shè)置后，承擔了2015年和2016年兩個學(xué)期的教學(xué)工作，通過教學(xué)過程中的實踐情況，對現(xiàn)在教學(xué)過程中的情況進行總結(jié)。由于Matlab仿真軟件的可視化，通過仿真實驗的設(shè)置，學(xué)生可以比較直觀的看到仿真圖形，驗證課堂的理論內(nèi)容，收到了較好的實踐效果，但是實踐過程中存在的問題有：一方面雖然Matlab軟件比較容易使用，但是對于沒有基礎(chǔ)的同學(xué)來說剛使用Matlab軟件還需要一個過程，另外一方面，實驗內(nèi)容設(shè)置為固定內(nèi)容，很容易照搬其他同學(xué)的程序，還有一個問題就是仿真結(jié)果仍然是電腦顯示的圖片等方式體現(xiàn)，不能具體實物操作，感受不到數(shù)字信號處理在實際中的技術(shù)應(yīng)用，所以在前期教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上仍需要進一步思考數(shù)字信號處理的教學(xué)方式。

2 教學(xué)探索實施的情況

針對教學(xué)過程中碰到的問題，對教學(xué)過程中的一些方法進行了改進加強，并且在實驗課中設(shè)計了一些學(xué)生感興趣的實驗，進一步鞏固理論知識，并且讓學(xué)生可以切身體會到數(shù)字信號處理的實際系統(tǒng)中的作用。

2.1 加強數(shù)字信號處理系統(tǒng)的概念

通常數(shù)字信號處理課程的緒論中，我們都會講解數(shù)字信號處理的系統(tǒng)框圖，如圖1，給學(xué)生介紹數(shù)字信號處理的流程，但是一般情況下緒論的內(nèi)容我們都做簡單的介紹。

而實際教課過程中如果以數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖為基礎(chǔ)，舉一個與每個人息息相關(guān)的數(shù)字信號處理的例子，學(xué)生可以非常好地理解數(shù)字信號處理在生活中的應(yīng)用，而且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比現(xiàn)在手機是每個人的必備用品，尤其學(xué)生經(jīng)常玩手機，筆者就嘗試在課堂上將圖1中的數(shù)字信號處理框圖與手機收發(fā)文字信息和語音信息的處理過程結(jié)合，給學(xué)生講解數(shù)字信號處理過程及數(shù)字信號處理課程在處理過程中的作用，課堂上收到了很好的反饋信息，通過這個方式學(xué)生很容易理解了數(shù)字信號處理的過程及作用，使得數(shù)字信號處理這門課程不再抽象，而且通過數(shù)字信息和語音信息的不同處理過程還可以了解不同應(yīng)用場合下的數(shù)字處理過程，還提升了大家對數(shù)字信號處理課程的好奇心。

2.2 及時整理課堂內(nèi)容

具體課程講解過程中要與系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)合起來，說明對應(yīng)系統(tǒng)處理的作用及地位，這樣學(xué)習(xí)過程中不會將數(shù)字信號處理理論作為數(shù)字的理論來學(xué)習(xí)。本學(xué)院選用的數(shù)字信號處理教材是清華大學(xué)程佩青教授的《數(shù)字信號處理教程》，[4]課本內(nèi)容知識點內(nèi)容展開非常詳細，在學(xué)習(xí)過程中有部分同學(xué)出現(xiàn)抓不住要點而去記憶一些性質(zhì)及結(jié)論，結(jié)果反而導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程混亂，所以在講課過程中及時的對章節(jié)內(nèi)容進行邏輯關(guān)系整理，并說明在整個數(shù)字信號處理系統(tǒng)中的位置和作用變得非常關(guān)鍵。以第1章內(nèi)容為例，簡單說明總結(jié)的方法，如圖2所示，1章結(jié)束之后對整章的知識點進行總結(jié)，說明各小節(jié)之間相互的關(guān)系及每小節(jié)包含的知識要點，在圖2的基礎(chǔ)上還可以進一步擴展，這樣學(xué)生對每章的學(xué)習(xí)內(nèi)容思路就會非常清晰。

2.3 設(shè)計學(xué)生可以切身體會的實驗

為了更好地理解鞏固理論知識，我們設(shè)置了實驗環(huán)節(jié)，其中我們設(shè)計了分析聲音信號的頻率特性的實驗，為了激發(fā)學(xué)生的興趣，我們要求學(xué)生對自己的聲音錄音，然后使用Matlab軟件對自己的聲音信號進行分析，分析過程中分別采用FFT的方法和CZT變換的方法。圖3和圖4是其中一組同學(xué)完成的仿真結(jié)果。其中圖3分別展示了原始錄音的信號波形及直接50000點的頻譜分析的結(jié)果，圖4是聲音信號50000點FFT的結(jié)果與1024點CZT變換分析的結(jié)果對比。

實驗中，學(xué)生首先通過FFT的方法得到了聲音信號的頻率范圍，并鎖定了自己聲音頻率最集中的頻率點大概為200Hz，接下來利用CZT變換的原理在198Hz-200Hz頻率范圍內(nèi)應(yīng)用1024點的CZT得到了更細節(jié)的頻率特性，鎖定更精確的個人聲音頻率集中點為199.4Hz。通過實驗同學(xué)們完全掌握了FFT變換在信號頻譜分析過程中的作用，而且深刻理解了CZT在實際應(yīng)用中的價值。

3 總結(jié)

數(shù)字信號處理課程實踐過程中的探索在教學(xué)的過程中收到了比較好的效果，學(xué)生能在系統(tǒng)應(yīng)用的角度上去理解數(shù)字信號處理課程的作用，設(shè)置的靈活性的實驗可以激發(fā)學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)積極性，并且可以切身去體會數(shù)字信號處理理論在科技領(lǐng)域中的應(yīng)用與地位，使得學(xué)習(xí)過程不再是單純的理論學(xué)習(xí)，并且能更好地理解理論點，為本專業(yè)接下來其它課程的學(xué)習(xí)提供了良好的理論基礎(chǔ)。而且現(xiàn)在隨著現(xiàn)在通信工具的進步，微信已經(jīng)成為大家不可缺少的一項通信工具，可以嘗試建立課程班級的微信群，這樣可以更實時地解決學(xué)習(xí)過程中碰到的問題，作者本學(xué)期的課程已經(jīng)在嘗試這種方法，預(yù)計會發(fā)揮比較好的作用。通過實踐中的不斷修正、探索，本文提出的方法對數(shù)字信號處理課程的學(xué)習(xí)具有比較好的實踐意義。

參考文獻

[1] 陳俊杰，周暉.數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革初探[J].中國教育技術(shù)裝備，2016（12）.

[2] 余穎，肖靜，劉樹博.數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革的探索和實踐[J].東華理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2011.30（3）.

[3] 陳敏歌.巧用MATLAB愉悅數(shù)字信號處理課堂教學(xué)[J].科教導(dǎo)刊，2012（3）.

[4] 程佩青.數(shù)字信號處理教程[D].北京：清華大學(xué)出版社，2013.2.