劉曉明

摘 要 針對“數字信號處理”課程教學中存在的問題，本文主要從理論教學和實驗教學兩方面對課程的教學改革進行了研究和探索。

關鍵詞 數字信號處理 教學改革 研究

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

0引言

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

1理論教學改革

在教學內容上，首先注重教學內容的過渡和銜接?！皵底中盘柼幚怼闭n程的內容比較成熟和經典，其與“信號與系統(tǒng)”課程的教學內容有著密不可分的內在聯(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容是幾乎是重復的，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，許多學生在初學時容易產生厭學的情緒。因此這部分的內容的講授應用盡可能少的學時，以內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，避免重復過多。

其次，將Matlab導入“數字信號處理”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論轉化為形象化的圖形曲線展現(xiàn)在學生面前。為了讓學生盡快學會使用該軟件，可以結合課程中涉及到的基本運算，選擇好Matlab中相關的基本內容 盡快進行學習，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備。

同時改變教學方式。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，轉而向以學生為主體、提高學生能力為中心的開放型知識傳授體系轉變。不斷豐富課堂教學手段，改革教學模式，激發(fā)學生興趣，提升課堂教學效果?！皵底中盘柼幚怼闭n程中有許多的數學概念、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)卷積等內容，利用多媒體教學手段可以形象、直觀的展示相關原理和過程，給學生留下深刻的印象，同時節(jié)省了授課時間。但對于基本原理和公式的推導，例如Z變換、DFT變換的計算和性質等內容，傳統(tǒng)黑板加粉筆的教學方法更加清晰，使學生能夠跟上老師的節(jié)奏，并留有一定的思考時間，教學效果良好。因此本課程改革綜合二者利弊，采用多媒體教學手段和傳統(tǒng)教學手段并用的方式，使課堂教學達到雙贏的效果。

例如，關于時域卷積定理的證明。如果采用公式推導的方式得到該定理，需要大量的數學演算，學生會感到乏味，而且僅把它當成無數數學公式中的一個。理論不能與實際工程聯(lián)系起來，學生無法得到一個感性認識，最終導致學習興趣的降低。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)對信號的作用的數學表示有了更加形象、直觀的認識，從而對基本概念有了更深層次的理解，激發(fā)了學習興趣。

2實驗教學改革

由于獨立學院學生的高考分數參差不齊，且普遍低于二本分數線，學生基礎知識相對薄弱，但也不乏優(yōu)秀的學生。目前，我?！皵底中盘柼幚怼闭n程實驗主要采用Matlab仿真軟件完成，共開設4個實驗，全部為驗證性實驗。驗證性實驗能夠將所學理論和原理形象化和直觀化，促進學生理解，但是無法培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力。為此可以在原有實驗內容的基礎上，合理安排一些思考題和綜合設計性的實驗內容，滿足不同學生的需要。

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

本文在研究獨立學院學生特點的基礎上，結合“數字信號處理”課程的地位和教學現(xiàn)狀，從理論教學和實驗教學兩方面進行了教學改革研究。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技術及其應用”的銜接，課堂教學中如何更好的激發(fā)學生興趣等等。我們將在今后的教學實踐中繼續(xù)改進教學方法，提高教學質量。

參考文獻

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