趙琰

摘 要：數(shù)字信號(hào)處理是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。面對(duì)卓越工程師班著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力這一目標(biāo)，該文探索從整合教學(xué)內(nèi)容，探索教學(xué)方法和改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三方面對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程進(jìn)行教學(xué)改革，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高創(chuàng)新和工程能力。整合教學(xué)內(nèi)容是從信號(hào)處理類(lèi)課程設(shè)置的情況出發(fā)，合理調(diào)整數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)；探索教學(xué)方法是從學(xué)生和教師兩方面入手改變教學(xué)方法；改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容則是以項(xiàng)目代替單個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理 教學(xué)改革 實(shí)驗(yàn)改革 卓越工程師

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（a）-0159-02

Teaching Reform of Digital Signal Processing for“Outstanding Engineers”

Zhao ran

（School of Electronics and Information Engineering， Shanghai University of Electric Power， Shanghai，200090，China）

Abstract：Digital signal processing is the basic course of electronic and information specialties. The target of “outstanding engineers” is to train students ability of innovation and engineering application. This paper explores teaching reform from three aspects： integrating teaching content， reforming teaching method and experiment content for the purpose of exciting students studying interest and improving ability of innovation and engineering application.. Integrating the teaching content means that adjusting the course concept and teaching emphasis. Reforming the teaching method is to change the method from students and teachers. Reforming experiments is to replace the individual experiments with a big project.

Key words：digital signal processing；teaching reform；experimental reform；outstanding engineers

數(shù)字信號(hào)處理在信號(hào)處理類(lèi)課程體系中占有重要的地位，許多高校教師經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)后，在課程教學(xué)和改革上有自己的看法[1-3]。姜恩華等人利用概念圖和思維導(dǎo)圖歸納和總結(jié)了數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)線索；同時(shí)從題型設(shè)置三方面總結(jié)了數(shù)字信號(hào)處理課程解題教學(xué)的方法和思路[1]；在文獻(xiàn)[2]中，陳純鍇等人探討了課程內(nèi)容優(yōu)化、實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建及有效的教學(xué)手段三個(gè)有效策略；文獻(xiàn)[3]則研究了數(shù)字信號(hào)處理在雙語(yǔ)教學(xué)中，如何處理好推進(jìn)雙語(yǔ)教學(xué)與保障教學(xué)效果的關(guān)系，以及處理好引進(jìn)外文原版教材和選用優(yōu)秀中文教材的關(guān)系。

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的主要目標(biāo)是培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強(qiáng)，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的各類(lèi)型高素質(zhì)工程技術(shù)人才，即卓越工程師后備人才[4-7]。我校電子信息工程專(zhuān)業(yè)在2013年入選卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃第三批學(xué)科專(zhuān)業(yè)名單，2014年迎來(lái)了第一級(jí)新生。圍繞工程應(yīng)用能力這一核心目標(biāo)，卓越工程師班的人才培養(yǎng)模式需要進(jìn)行全方位改革，要強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力。借助學(xué)校啟動(dòng)的教師教育教學(xué)能力提升“1+1+1+6”培養(yǎng)計(jì)劃，通過(guò)與上海大學(xué)等高校教師進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，完成針對(duì)卓越工程師班所做的調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容，修訂實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等任務(wù)。下面本文從整合教學(xué)內(nèi)容，探索教學(xué)方法和改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三方面對(duì)卓越工程師班的數(shù)字信號(hào)處理課程進(jìn)行教學(xué)改革研究和探索。

1 整合教學(xué)內(nèi)容

數(shù)字信號(hào)處理是信號(hào)處理類(lèi)課程體系中的核心課程，與信號(hào)與系統(tǒng)這門(mén)課程有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。信號(hào)與系統(tǒng)安排在大二第二學(xué)期，數(shù)字信號(hào)處理安排在大三第一學(xué)期。因此對(duì)兩門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，可以在教學(xué)中達(dá)到事半功倍的效果。

經(jīng)過(guò)梳理，信號(hào)與系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理兩門(mén)課程重疊的教學(xué)內(nèi)容包括：離散信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念，采樣定理，Z變換及其性質(zhì)。離散信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念包括離散信號(hào)與系統(tǒng)的定義，分類(lèi)等內(nèi)容在信號(hào)與系統(tǒng)中已經(jīng)詳細(xì)介紹，但學(xué)生經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的暑假后有些內(nèi)容有所忘記，因此在數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)中還是需要對(duì)這部分內(nèi)容簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)，使得學(xué)生回憶起相關(guān)概念。Z變換及其性質(zhì)以及離散系統(tǒng)的Z域分析是信號(hào)與系統(tǒng)中的重點(diǎn)內(nèi)容。數(shù)字信號(hào)處理里則側(cè)重于如何利用Z變換分析系統(tǒng)的頻域特性，因此上課時(shí)需要對(duì)Z變換內(nèi)容較為具體的復(fù)習(xí)才能使學(xué)生進(jìn)一步掌握離散系統(tǒng)的頻域特性。采樣定理在信號(hào)與系統(tǒng)中只是在第三章最后一部分提到，在信號(hào)與系統(tǒng)中只講了基本概念，因此采樣定理以及模擬信號(hào)數(shù)字處理方法需要在數(shù)字信號(hào)處理課程中詳細(xì)重點(diǎn)講述。

3 探索教學(xué)方法

數(shù)字信號(hào)處理課程的理論性較強(qiáng)，因此教師容易在上課時(shí)陷入公式推導(dǎo)，照本宣科的困局。為達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的目的，對(duì)該門(mén)課程的教學(xué)方法做如下改變。

3.1 使學(xué)生學(xué)習(xí)變被動(dòng)為主動(dòng)

根據(jù)課程內(nèi)容的不同，選擇將理論課堂劃分為：教師講；學(xué)生講；課內(nèi)研討；習(xí)題課等多種形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

由于課程內(nèi)容偏難，因此大部分理論課程還是由主講教師進(jìn)行講解。但部分簡(jiǎn)單的內(nèi)容或者與信號(hào)與系統(tǒng)重疊的內(nèi)容（例如Z變換及其性質(zhì)）可以選擇學(xué)生進(jìn)行講解。先由學(xué)生主動(dòng)報(bào)名，通過(guò)回答問(wèn)題的形式選擇對(duì)該部分內(nèi)容理解較好的學(xué)生在課堂上進(jìn)行講解，講的時(shí)間不超過(guò)20 min，然后由主講教師對(duì)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，同時(shí)對(duì)學(xué)生講課進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。課內(nèi)研討主要是選擇一些學(xué)生感興趣的項(xiàng)目（例如掃地機(jī)器人等項(xiàng)目），由學(xué)生主動(dòng)思考該項(xiàng)目中哪些部分是數(shù)字信號(hào)處理的范疇。習(xí)題課則由教師或者學(xué)生對(duì)課后習(xí)題進(jìn)行深入的講解和分析。

在平時(shí)課堂最后10 min增加小測(cè)驗(yàn)，便于隨時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)行。同時(shí)將課內(nèi)研討，學(xué)生講等內(nèi)容納入平時(shí)成績(jī)的范疇。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加課內(nèi)討論，主動(dòng)申請(qǐng)當(dāng)課堂小老師。

3.2 教師主動(dòng)探索教學(xué)方法

鼓勵(lì)教師積極參加全國(guó)高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)，學(xué)習(xí)新的教學(xué)方法和內(nèi)容；鼓勵(lì)教師到其他高校訪學(xué)，聽(tīng)課，與其他高校教師進(jìn)行溝通交流，從而對(duì)課程教學(xué)有所啟發(fā)。

定期組織相關(guān)課程的主講教師進(jìn)行課程研討，每次研討設(shè)置不同的主題。例如在講解模擬信號(hào)數(shù)字處理方法中，為了使學(xué)生更容易理解采樣定理，經(jīng)過(guò)大家研討，確定以音頻信號(hào)為例，對(duì)音頻進(jìn)行采樣，分別滿(mǎn)足采樣定理和不滿(mǎn)足采樣定理的音頻，使學(xué)生直接感受到頻譜混疊。

4 改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

為了在卓越工程師班的教學(xué)中達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的目的，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程的實(shí)驗(yàn)以項(xiàng)目為導(dǎo)向?qū)?shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革。

（1）卓越班的培養(yǎng)計(jì)劃中增加MATLA

B課程，學(xué)生在做數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)之前已具備基本的MATLAB編程能力，可以根據(jù)算法編寫(xiě)程序。這樣在課程實(shí)驗(yàn)中只需講解與項(xiàng)目相關(guān)的內(nèi)容即可，因此在實(shí)驗(yàn)課上可以給予學(xué)生更多內(nèi)容上的指導(dǎo)。

（2）為培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力以及動(dòng)手能力，將每次獨(dú)立的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)改為利用8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)較為復(fù)雜的項(xiàng)目。在第一次實(shí)驗(yàn)課上統(tǒng)一講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求，由學(xué)生4～5人自由組隊(duì)并確定組長(zhǎng)，確定具體項(xiàng)目。第二次實(shí)驗(yàn)課上交項(xiàng)目的具體方案。第三次實(shí)驗(yàn)課完成整個(gè)項(xiàng)目并調(diào)試，第四次實(shí)驗(yàn)課項(xiàng)目答辯。

（3）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇。經(jīng)過(guò)前期的準(zhǔn)備，按照難易程度，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇為：基于雙音多頻（dual-tone multi frequency， DTMF）的電話撥號(hào)音合成與識(shí)別系統(tǒng)和圖像去噪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在每個(gè)項(xiàng)目中給出開(kāi)放性的思考題，要求學(xué)生在做項(xiàng)目的過(guò)程中思考這些問(wèn)題，并將結(jié)果寫(xiě)在項(xiàng)目報(bào)告中。音頻信號(hào)是一維信號(hào)，對(duì)一維信號(hào)做時(shí)域和頻域分析比較容易；圖像是二維信號(hào)，它的傅里葉變換和一維信號(hào)略有不同，這個(gè)課題可以供學(xué)有余力或?qū)D像處理感興趣的學(xué)生選擇。

（4）實(shí)驗(yàn)成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)占平時(shí)成績(jī)的30%。最終實(shí)驗(yàn)部分的成績(jī)按照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分：課題難度20分；功能實(shí)現(xiàn)效果20分；性能指標(biāo)20分；軟件代碼10分；理論水平10分；團(tuán)隊(duì)分工合作情況10分；項(xiàng)目報(bào)告10分。答辯時(shí)同組學(xué)生給予相同的基準(zhǔn)分?jǐn)?shù)，根據(jù)每位學(xué)生答辯時(shí)回答問(wèn)題的情況給出最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，面對(duì)“卓越工程師”的培養(yǎng)要求，學(xué)生應(yīng)該更加注重創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力。因此該文從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三個(gè)方面對(duì)數(shù)字信號(hào)處理進(jìn)行改革，從而達(dá)到激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的目的。

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