司元雷 張 進(jìn) 張 維

（徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 徐州 221008）

高職《數(shù)字信號處理》課程教學(xué)方法探索*

司元雷 張 進(jìn) 張 維

（徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 徐州 221008）

通過教學(xué)實踐，分析和研究《數(shù)字信號處理》課程和高職院校學(xué)生的特點，對教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了改革和探索，歸納和總結(jié)了有針對性的經(jīng)驗和方法，闡明了其對提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量所起到的促進(jìn)作用。

高職；數(shù)字信號處理；教學(xué)方法；教學(xué)效果

《數(shù)字信號處理》是電子信息類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門建立在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的學(xué)科，這就決定了該課程的特點是理論性強(qiáng)、抽象概念多、起點高、難度大。其中大量的理論和結(jié)論都要通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到。而高職院校學(xué)生的特點是學(xué)習(xí)缺乏主動性，學(xué)習(xí)中不考慮各學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性，文化基礎(chǔ)較差，尤其是數(shù)學(xué)理論水平不高；同時，高職教育的特點是以培養(yǎng)技能為主，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，片面理解為學(xué)習(xí)要突出技能、忽略理論，致使其對該課程的學(xué)習(xí)興趣不高，甚至出現(xiàn)有些學(xué)生畏學(xué)、厭學(xué)的現(xiàn)象。如何在這門課程和高職院校學(xué)生之間搭建起一座橋梁，使學(xué)生能夠樂于學(xué)、善于學(xué)，并最終學(xué)好這門課程，就需要在教學(xué)方法和教學(xué)手段上找到合適的切入點。對此，筆者在教學(xué)改革探索中總結(jié)歸納了一定的經(jīng)驗和方法。

克服畏難情緒，消除恐懼心理

《數(shù)字信號處理》課程的特點決定了無論使用哪本教材，即使是高職高專教材，幾乎都是數(shù)學(xué)公式、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和數(shù)學(xué)符號，這使得學(xué)生一開始就產(chǎn)生了畏懼心理和厭學(xué)情緒。因此，樹立起學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)信心，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，便是上好第一節(jié)課的主要任務(wù)，也是提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵一步。首先，要明確為什么要學(xué)習(xí)《數(shù)字信號處理》這門課程?？梢耘e一些軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)的例子，如在軍事領(lǐng)域中的導(dǎo)彈制導(dǎo)，民用領(lǐng)域中醫(yī)療系統(tǒng)的心電、腦電及肌電信號的處理等，使學(xué)生了解這門課程的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，對于今后拓寬就業(yè)渠道大有裨益。其次，要弄清楚什么是數(shù)字信號處理。數(shù)字信號處理就是采用數(shù)值計算的方法，完成對信號的處理以達(dá)到提取有用信息、便于應(yīng)用的目的。“處理”實際上是“運算”，這也是書中為什么有這么多數(shù)學(xué)公式的原因。但在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，作為工科類高職院校的學(xué)生，主要是學(xué)習(xí)基本概念、基本原理、基本應(yīng)用以及實現(xiàn)方法，而不是將重點放在公式的證明和推導(dǎo)上，這并不是說公式的證明和推導(dǎo)不重要，而是該課程的重點是對公式所蘊含的物理含義的理解，從而達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，重視該課程，樹立其學(xué)習(xí)信心的目的。

以講授為主，兼用啟發(fā)式教學(xué)

該課程的特點決定了應(yīng)采用以講授為主的教學(xué)模式，適當(dāng)采用啟發(fā)式教學(xué)，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及對課程學(xué)習(xí)的主動性。例如，在講授為什么要對信號進(jìn)行采樣時，可以給學(xué)生展示兩幅圖片，如圖1所示，一段持續(xù)時間很短的連續(xù)時間信號(語音信號)和一塊硬盤。教師可以課堂提問：假如給你一塊存儲容量為320G的硬盤，是否可以將左邊這一持續(xù)時間很短的連續(xù)時間信號存儲下來？給學(xué)生一段時間進(jìn)行思考和討論，然后再公布答案。由于是連續(xù)時間信號，無論持續(xù)時間多么短，都有無窮多個點，即使容量再大的硬盤也無法將其完全存儲下來，因此，必須對連續(xù)時間信號進(jìn)行采樣。

圖1 啟發(fā)式教學(xué)例圖

同熟悉內(nèi)容關(guān)聯(lián)，采用“類比法”教學(xué)

《信號與系統(tǒng)》是《數(shù)字信號處理》的前修課程，二者在內(nèi)容和分析方法上有許多關(guān)聯(lián)之處，適合采用類比法進(jìn)行教學(xué)。例如，在講授時域離散信號——單位脈沖序列δ[k]時，可以和信號與系統(tǒng)中時域連續(xù)信號——單位沖激信號δ（t）進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，如圖2所示，這樣更容易掌握和記憶相關(guān)知識。類比法尤其適合于離散信號與系統(tǒng)的分析、Z變換和離散傅里葉變換等章內(nèi)容的教學(xué)。

圖2 類比法教學(xué)例圖

拓展學(xué)生思維，采用“引申比較式”教學(xué)

在英語教學(xué)中常采用引申比較式教學(xué)，即先引申出兩個以上的詞語，然后進(jìn)行比較。通過引申擴(kuò)大和豐富學(xué)生的詞匯量，通過比較幫助學(xué)生理解和使用語言。在《數(shù)字信號處理》教學(xué)中也可采用這種方法拓展學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講授Z的反變換時，采用引申比較式教學(xué)方法，依次對以下幾道例題進(jìn)行詳細(xì)講解。通過一道類型的題目可以延伸出四道不同類型的題目，而每一種類型都有固定的解法和步驟，這樣能夠使學(xué)生更加全面系統(tǒng)地理解和掌握不同類型題目的解題思路，同時也可使學(xué)生感受到這門課程的精彩紛呈之處，提高學(xué)習(xí)興趣，鍛煉思維能力。

弱化公式推導(dǎo)，強(qiáng)化對三個概念的理解

高職教育主要培養(yǎng)學(xué)生的技能，理論知識以“必需、夠用”為標(biāo)準(zhǔn)，在教學(xué)過程中應(yīng)以此為尺度。在《數(shù)字信號處理》課程的教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)弱化公式推導(dǎo)和理論證明，同時應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對于繁瑣復(fù)雜公式背后三個概念的理解，即數(shù)學(xué)概念、物理概念及工程概念。例如，在講授離散傅里葉變換（DFT）時，應(yīng)當(dāng)簡化對DFT公式的推導(dǎo)和證明。

數(shù)學(xué)概念：求有限長離散時間序列x（n）的離散傅里葉變換，就是該序列x（n）與旋轉(zhuǎn)因子WN相乘后再相加的結(jié)果，通常情況下x（n）和WN都為復(fù)數(shù)。因此，離散傅里葉變換在數(shù)學(xué)表達(dá)式上就是復(fù)數(shù)乘法和復(fù)數(shù)加法運算。數(shù)學(xué)概念是解決會算的問題。物理概念：n代表時域，k代表頻域，離散傅里葉變換的物理含義就是將時域有限長序列變換到頻域有限長序列。物理概念是解決用在哪里的問題。工程概念：在實際工程應(yīng)用領(lǐng)域，計算有限長離散時間序列x（n）的離散傅里葉變換是否可直接用DFT的算法來運算呢？由于DFT算法的運算量太大，實際計算中則是采用的快速傅里葉變換（FFT）來進(jìn)行運算。工程概念是解決在實際中如何用的問題。

一題兩用，加強(qiáng)實踐環(huán)節(jié)，加深原理理解

毫無疑問，《數(shù)字信號處理》是一門理論與實踐緊密聯(lián)系的課程，尤其對高職院校的學(xué)生，在講授理論知識的同時，更應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)實踐環(huán)節(jié)。目前，最為流行的MATLAB軟件工具是能夠進(jìn)行數(shù)字信號處理實驗的首選工具。安排實驗除涵蓋了《數(shù)字信號處理》課程的主要內(nèi)容外，還要求學(xué)生對于課后的作業(yè)習(xí)題，除采用筆算外，在上機(jī)實驗時再采用MATLAB語言編程仿真實現(xiàn)，即要求每道作業(yè)題采用兩種方法去求解。例如，求序列x（n）=[2，1，0，1]四點的離散傅里葉變換。采用筆算，可直接帶入DFT的定義式中進(jìn)行計算。即代入（5）式，得

可以得到：X（1）=2，X（2）=0，X（3）=2。

采用MATLAB編程仿真可得DFT仿真圖，如圖3所示。

通過一道習(xí)題兩種解題方法的對比，更能夠使學(xué)生加深對理論知識的理解，同時也進(jìn)一步強(qiáng)化了實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。

《數(shù)字信號處理》是電子信息類專業(yè)一門理論性、實踐性都很強(qiáng)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，理解和掌握起來有一定的難度，尤其對高職院校層次的學(xué)生來說，要想學(xué)懂這門課程就更加有難度。針對這種情況，筆者在教學(xué)方法和教學(xué)手段方面進(jìn)行了一些新的探索和嘗試，并在教學(xué)過程中采用了以上的方法。實踐證明，教學(xué)效果良好，學(xué)生普遍感覺在學(xué)習(xí)這門課程的過程中理論知識變得容易理解，不再有高不可攀的感覺，學(xué)習(xí)積極性和主動性都有很大程度的提高，學(xué)習(xí)成績也有所進(jìn)步。

[1]劉大年.“數(shù)字信號處理”課程的形象化教學(xué)方法探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2006，28（4）:104-111.

[2]陳華，覃玉榮，陳海強(qiáng).“數(shù)字信號處理”課程及教學(xué)改革的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].廣西大學(xué)學(xué)報，2007，32（6）:194-196.

[3]張慶榮，王憲.如何進(jìn)行《數(shù)字信號處理》課程的學(xué)習(xí)[J].中國科技信息，2007，27(10):290-292.

[4]陳后金，胡健，薛健，等.信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，1999，(12):4-7.

G712

A

1672-5727（2010）07-0081-02

*本文系徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級課題《〈現(xiàn)代通信技術(shù)〉重點課程建設(shè)》（課題編號：90250886500129）的階段性研究成果

司元雷（1978—），男，江蘇徐州人，碩士，徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向為寬帶無線通信與通信信號處理。

圖3 DFT仿真例圖