李洪璠

【摘 要】“數(shù)字信號(hào)處理”課程是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)選擇不同教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，是本課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。結(jié)合三亞學(xué)院電子信息工程專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)實(shí)際情況、學(xué)生自身基礎(chǔ)，在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行研究與探索，精選符合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容，采用探究式教學(xué)方法，對(duì)本專(zhuān)業(yè)融合激發(fā)學(xué)生興趣的工程實(shí)例；實(shí)驗(yàn)教學(xué)由傳統(tǒng)的驗(yàn)證性過(guò)渡到綜合設(shè)計(jì)研究型，取得了一定效果。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字信號(hào)處理；理論教學(xué)；課程實(shí)踐；探究式教學(xué)

1.引言

數(shù)字信號(hào)處理是電子信息工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它的地位相當(dāng)于電氣時(shí)代的“電工基礎(chǔ)”。作為專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，要求學(xué)生通過(guò)本門(mén)課程學(xué)習(xí)建立“數(shù)字信號(hào)處理”的基本概念；掌握數(shù)字信號(hào)處理基本分析方法和分析工具；通過(guò)理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，使學(xué)生具備一定的工程實(shí)踐技能，這為提高學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)應(yīng)用型人才起著重要作用。本文以三亞學(xué)院電子信息工程專(zhuān)業(yè)為例進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)研究和實(shí)踐進(jìn)行探討。

2.教學(xué)特點(diǎn)與內(nèi)容設(shè)置

“數(shù)字信號(hào)處理”課程是電子信息工程專(zhuān)業(yè)眾多專(zhuān)業(yè)課中一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，其課程內(nèi)容涉及到很多數(shù)學(xué)知識(shí)，如復(fù)變函數(shù)、差分方程、Z變換和矩陣?yán)碚摗㈦x散傅里葉變換等，同時(shí)，與工程實(shí)際又緊密相連，且技術(shù)手段發(fā)展也非?？?。結(jié)合三亞學(xué)院電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)際情況，并充分體現(xiàn)“數(shù)字信號(hào)處理”課程理論內(nèi)容豐富、實(shí)用性強(qiáng)而基本概念抽象難理解等特點(diǎn)，進(jìn)行如下的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置。

電子信息工程專(zhuān)業(yè)大部分的學(xué)生“信號(hào)與系統(tǒng)”、“微積分理論”課程基礎(chǔ)較好，“數(shù)值計(jì)算”、“復(fù)變函數(shù)”基礎(chǔ)相對(duì)差一些?！皵?shù)字信號(hào)處理”課程是本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)重點(diǎn)必修課。本課程設(shè)置64個(gè)學(xué)時(shí)，理論52學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)；理論增加4個(gè)學(xué)時(shí)專(zhuān)門(mén)介紹數(shù)字信號(hào)處理中涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)，以便后面理論學(xué)習(xí)更加自如；刪除部分因課時(shí)受限而課堂不講授的內(nèi)容；壓縮了一些與“信號(hào)與系統(tǒng)”課程重疊的章節(jié)；因通信與信號(hào)處理領(lǐng)域的快速發(fā)展，增加了多采樣率數(shù)字信號(hào)處理；同時(shí)，課堂增加利用MATLAB軟件進(jìn)行釋疑與實(shí)現(xiàn)及LABVIEW圖形編程環(huán)節(jié)，使一些難理解的抽象理論和概念得到直觀演示解釋?zhuān)箤W(xué)生更容易理解、接受；對(duì)于實(shí)踐環(huán)節(jié)部分，由傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，且增加課程設(shè)計(jì)這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

經(jīng)過(guò)幾年的該課程教學(xué)研究總結(jié)，教學(xué)應(yīng)該遵循這樣一個(gè)原則：以講授基本概念、基本理論、掌握基本技能為主，兼顧內(nèi)容的全面性、系統(tǒng)性和實(shí)用性。現(xiàn)將課程內(nèi)容歸納分為三大塊：

（1）基礎(chǔ)理論和概念部分。對(duì)已在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程中學(xué)過(guò)的內(nèi)容（離散信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域分析、離散信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析）課時(shí)進(jìn)行適當(dāng)壓縮，重點(diǎn)講述利用傅里葉變換、Z變換對(duì)信號(hào)和系統(tǒng)進(jìn)行頻譜分析，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到信號(hào)變換的重要性，它是分析信號(hào)與系統(tǒng)重要工具；離散傅里葉變換（DFT）及其快速傅里葉變換（FFT），都是描述信號(hào)的頻域離散化，并能利用DFT對(duì)數(shù)字譜進(jìn)行分析，注意適時(shí)信號(hào)處理過(guò)程中出現(xiàn)的（柵欄效應(yīng)、泄漏效應(yīng)、混疊現(xiàn)象）現(xiàn)象；FFT的講述是個(gè)難點(diǎn)，這是一個(gè)數(shù)學(xué)算法的優(yōu)化過(guò)程，學(xué)生很難接受，那么引導(dǎo)學(xué)生理解DFT運(yùn)算量成為了關(guān)鍵，即讓學(xué)生關(guān)注信號(hào)分析實(shí)時(shí)處理過(guò)程的時(shí)間問(wèn)題，電子信息專(zhuān)業(yè)的學(xué)生邏輯性一般較強(qiáng)，能較好理解，并為下一步學(xué)習(xí)DSP打下基礎(chǔ)。

（2）數(shù)字濾波系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分。數(shù)字信號(hào)處理實(shí)用性是從濾波器的設(shè)計(jì)開(kāi)始，只要有信號(hào)就會(huì)存在干擾，從現(xiàn)實(shí)生活中手機(jī)使用接收信號(hào)有強(qiáng)有弱及雜音，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)濾波器設(shè)計(jì)的重要性及必要性。IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（脈沖響應(yīng)不變法、雙線性變換法）；FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)（線性相位、窗口設(shè)計(jì)法、頻率采樣法、最佳逼近法）；數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。這部分內(nèi)容學(xué)生理論計(jì)算比較困難，利用MATLAB軟件或結(jié)合LabVIEW圖形語(yǔ)言可以更形象的將理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)ppt演示濾波器設(shè)計(jì)和信號(hào)的濾波過(guò)程，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)濾波概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。

（3）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用部分。通信與信號(hào)處理領(lǐng)域的快速發(fā)展，增加多采樣率及實(shí)現(xiàn)方法；數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在語(yǔ)音系統(tǒng)中的應(yīng)用（包括語(yǔ)言的識(shí)別、語(yǔ)言的理解、語(yǔ)言壓縮、語(yǔ)言合成等等，為智能計(jì)算機(jī)的發(fā)展提供基礎(chǔ)）；數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用舉例。

實(shí)踐表明，通過(guò)對(duì)電子信息工程中數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行具體分析，更能體現(xiàn)出來(lái)數(shù)字信號(hào)處理與電子信息工程專(zhuān)業(yè)的聯(lián)系，可以更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

3.課程實(shí)踐改革

（1）課程一體化實(shí)踐?！皵?shù)字信號(hào)處理”課程實(shí)踐改革：通過(guò)程序編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)與本課程知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)算法，從而加深對(duì)該課程基本理論理解和基本技能掌握。根據(jù)我專(zhuān)業(yè)學(xué)生的具體情況，對(duì)課程實(shí)踐部分做出如下改革。教師給學(xué)生布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)給出其詳細(xì)的程序流程圖，及實(shí)驗(yàn)的主框架程序（如程序初始化部分，基本函數(shù)，繪圖語(yǔ)句），學(xué)生根據(jù)自己對(duì)題目的理解，對(duì)照程序流程圖，實(shí)現(xiàn)完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，這種改革方式促使學(xué)生提高了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的自信心，不再是面對(duì)題目無(wú)從下手的狀態(tài)，將理論與實(shí)踐結(jié)合在一起，形象生動(dòng)，達(dá)到“先幫后扶再放手”的目的。實(shí)踐證明，采用這種實(shí)踐改革模式，我專(zhuān)業(yè)大部分學(xué)生能結(jié)合理論知識(shí)對(duì)結(jié)果做出合理的解釋和分析。

（2）獨(dú)立開(kāi)設(shè)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐。隨著社會(huì)信息化的深入，各行業(yè)大都需要電子信息工程專(zhuān)業(yè)人才，而且就業(yè)中對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的要求也越來(lái)越高，這方面能力的提升體現(xiàn)的是理論分析能力和計(jì)算機(jī)編程分析能力的綜合過(guò)程。課程一體化的實(shí)踐過(guò)程只是針對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行，加上學(xué)時(shí)限制，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占大多數(shù)。為此改變教學(xué)計(jì)劃，為電子信息專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)“數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐”課程，這樣使得學(xué)生對(duì)軟硬件設(shè)計(jì)都較熟悉（原本專(zhuān)業(yè)只有電子技術(shù)方面的獨(dú)立課程設(shè)計(jì)），更易于滿足現(xiàn)代信息企業(yè)對(duì)電子信息人才方面的需求。

（3）探究式學(xué)習(xí)課外實(shí)踐。數(shù)字信號(hào)處理的課后練習(xí)大多是理論計(jì)算分析，學(xué)生做起來(lái)覺(jué)得很枯燥也沒(méi)有興趣。對(duì)此，本專(zhuān)業(yè)進(jìn)行課程改革的另外一方面就是以課外作業(yè)的形式指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，即圍繞課程中重要知識(shí)點(diǎn)，遵循一定的步驟開(kāi)展探索研究性學(xué)習(xí)：提出問(wèn)題、確定探究方向、搜集并整理資料、組織探究、得出結(jié)論、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。在教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生利用本課程所學(xué)到的知識(shí)，探索和解決現(xiàn)實(shí)生活中感興趣的問(wèn)題；要求學(xué)生在課程結(jié)束后的一周內(nèi)，提交一份研究報(bào)告，作為期末總成績(jī)的一部分。具體操作為：以2—3人為一個(gè)小組，自主搜集與本課程內(nèi)容相關(guān)、與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合的課題。在計(jì)算中心實(shí)驗(yàn)室調(diào)試MATLAB程序或LabVIEW程序。

實(shí)踐證明，這種探究式課外實(shí)踐拓寬了學(xué)生視野，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的了解，加強(qiáng)了MATLAB及LabVIEW軟件的應(yīng)用。探究式學(xué)習(xí)可以督促學(xué)生發(fā)揮自己的探究精神，更好地將理論應(yīng)用于實(shí)際。

4.結(jié)束語(yǔ)

電子信息工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生一般都工作在電子信息和電力系統(tǒng)等高科技行業(yè)，這些行業(yè)的迅速發(fā)展，社會(huì)信息化的深入對(duì)本專(zhuān)業(yè)的學(xué)生提出了更高的要求。如逐步興起的5G和物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略、電力系統(tǒng)向智能化發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是基礎(chǔ)之一，寬口徑的復(fù)合型人才在這一發(fā)展過(guò)程中將大有用武之地。技術(shù)基礎(chǔ)課的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)及時(shí)反映時(shí)代的特點(diǎn)并能體現(xiàn)科技發(fā)展的前沿方向，理論上古今并重、技術(shù)上厚今薄古，以適應(yīng)客觀形勢(shì)對(duì)人才培養(yǎng)的需求；多媒體技術(shù)能創(chuàng)造出虛擬的現(xiàn)實(shí)世界，讓情景教學(xué)成為現(xiàn)實(shí)；利用電子課件的“輔助”教學(xué)，其信息量豐富、可減少重復(fù)性勞動(dòng)、提高教學(xué)效率；加強(qiáng)實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)、創(chuàng)造地思維，加強(qiáng)實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)對(duì)知識(shí)體系的構(gòu)建有重要的作用。

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