王明武

摘 要：“數(shù)字信號(hào)處理”是一門(mén)理論性強(qiáng)、概念抽象、應(yīng)用范圍廣的工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程。本文詳細(xì)地介紹了對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)所做的一些探索和總結(jié)，并詳細(xì)闡述和探討了教學(xué)大綱、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)等方面的改革。實(shí)踐證明，通過(guò)本次教學(xué)改革對(duì)提高“數(shù)字信號(hào)處理”課程的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力能夠起到良好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理 教學(xué)改革 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（a）-0163-02

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題

數(shù)字信號(hào)處理課程具有理論性強(qiáng)、概念抽象的特點(diǎn)[2]，大量的理論和算法都要通過(guò)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，傳統(tǒng)的教學(xué)計(jì)劃學(xué)時(shí)大都用在算法的討論和理論公式的推導(dǎo)，教學(xué)手段主要以黑板教學(xué)為主，缺少靈活性，課程偏難且枯燥；教材中Matlab仿真實(shí)例以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)居多，缺少具有實(shí)際工程背景的設(shè)計(jì)內(nèi)容[3]，更缺少與數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的編程實(shí)驗(yàn)，與專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃設(shè)置脫節(jié)，學(xué)生渴望實(shí)踐鍛煉，但又對(duì)實(shí)驗(yàn)等一些實(shí)踐環(huán)節(jié)重視程度不夠，因此容易出現(xiàn)學(xué)生怕學(xué)、厭學(xué)及學(xué)不懂，老師怕教、難教、教不好的現(xiàn)象。

2 課堂教學(xué)的改革

2.1 修訂教學(xué)大綱

陜西理工大學(xué)數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)計(jì)劃一般安排40學(xué)時(shí)理論教學(xué)，8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。遵照學(xué)時(shí)安排，合理設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生的知識(shí)與能力指標(biāo)體系，以適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)。課程使學(xué)生培養(yǎng)信號(hào)分析與處理的思想，掌握信號(hào)處理的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并側(cè)重于理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用，讓學(xué)生具備應(yīng)用信號(hào)處理的基本原理和方法去分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

2.2 課堂教學(xué)改革

數(shù)字信號(hào)處理內(nèi)容理論性較強(qiáng)，偏重于理論及算法推導(dǎo)，較少涉及實(shí)現(xiàn)方法及相關(guān)的軟硬件技術(shù)，學(xué)生容易感覺(jué)枯燥難懂。為解決這些難題，就要完善現(xiàn)有教學(xué)模式，采用多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)并用的教學(xué)手段。

一方面，對(duì)于課程中的基本理論和算法推導(dǎo)，以及習(xí)題講解仍然采用板書(shū)詳細(xì)講解，以便學(xué)生有足夠的時(shí)間跟上教師的授課思路，同時(shí)結(jié)合學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，列出一些實(shí)際的工程實(shí)例與課本知識(shí)結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生感覺(jué)學(xué)以致用。另外，也要把數(shù)字信號(hào)處理的發(fā)展過(guò)程與理論知識(shí)結(jié)合起來(lái)，從而能夠掌握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)與區(qū)別，加深對(duì)信號(hào)處理思想與工具的理解。例如 “信號(hào)與系統(tǒng)”偏重于模擬信號(hào)與系統(tǒng)，“數(shù)字信號(hào)處理”偏重于數(shù)字信號(hào)與系統(tǒng)，原因是計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，不能處理連續(xù)信號(hào)，所以必須把模擬信號(hào)通過(guò)抽樣、量化、編碼等步驟變換成數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)才能識(shí)別處理模擬信號(hào)。這樣就可使學(xué)生把相關(guān)的思想、原理和方法融會(huì)貫通成一個(gè)完整的知識(shí)體系。另一方面，對(duì)于諸如時(shí)域頻域抽樣和Z變換等表示物理工程概念，以及包括本學(xué)科新技術(shù)和新進(jìn)展在內(nèi)的課程內(nèi)容則采用多媒體方式，通過(guò)聲音、圖片、動(dòng)畫(huà)、Matlab仿真等多種互動(dòng)教學(xué)形式，不僅節(jié)省了學(xué)時(shí)，而且有助于學(xué)生形象理解和提高學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)課程內(nèi)容的理解。

2.3 考試措施改革

學(xué)生的綜合成績(jī)主要由筆試、實(shí)驗(yàn)和平時(shí)成績(jī)組成，各占比重為70%，20%，10%，有效地將學(xué)習(xí)過(guò)程考核、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以及課程設(shè)計(jì)納入到考核范圍[4]。其中筆試主要考核學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理理論內(nèi)容的掌握情況，注重分析與綜合運(yùn)用；實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)椴僮骷寄芎蛯?shí)驗(yàn)報(bào)告兩部分組成，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的重視，強(qiáng)化其編程、仿真調(diào)試能力，以及獨(dú)立分析解決問(wèn)題的素質(zhì)；平時(shí)成績(jī)的給定主要參考平時(shí)課題提問(wèn)及回答、作業(yè)成績(jī)、課堂考勤，以及課程設(shè)計(jì)等部分，課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求在數(shù)字信號(hào)處理課程結(jié)課后，分小組自助選題做研究，并按照規(guī)定的格式和內(nèi)容要求提交一份研究報(bào)告。

3 實(shí)踐教學(xué)的改革

3.1 改革Matlab實(shí)驗(yàn)

在教材或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書(shū)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供必要工作環(huán)境和條件，增設(shè)設(shè)計(jì)性和綜合型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，人體心電圖在測(cè)量過(guò)程中間容易受到外界環(huán)境通信及電磁信號(hào)的干擾。實(shí)驗(yàn)給出一個(gè)心電圖信號(hào)采樣序列標(biāo)本x（n），假設(shè)該信號(hào)中存在外界干擾信號(hào)，要求在實(shí)驗(yàn)中輸入心電圖序列x（n），濾除x（n）序列中的外界干擾信號(hào)，保留原始的有用信號(hào)。學(xué)生通過(guò)類(lèi)似的綜合性實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜分析、濾波和設(shè)計(jì)，完成簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)處理功能，從而鍛煉了學(xué)生的綜合運(yùn)用能力，使其感覺(jué)有趣、有用，更能進(jìn)一步增強(qiáng)其學(xué)習(xí)、科研的興趣和能力。

3.2 改革DSP實(shí)驗(yàn)

目前，我院利用現(xiàn)有的銀杏科技公司的DES320PP-U數(shù)字信號(hào)處理仿真/教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集成了型號(hào)為XDS510仿真調(diào)試器，不需要外部JTAG仿真器即可完成DSP各個(gè)模塊的實(shí)驗(yàn)；該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)全面支持TI公司的C2000，C5000，C6000等系列DSP，可開(kāi)設(shè)出算術(shù)運(yùn)算類(lèi)、數(shù)字信號(hào)處理理論類(lèi)、芯片原理類(lèi)、DSP/BIOS、信號(hào)與系統(tǒng)類(lèi)、控制類(lèi)，以及硬件擴(kuò)展設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為此，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，借助于試驗(yàn)箱及其CCS編程環(huán)境，學(xué)生可以在CCS圖形窗口觀察信號(hào)的時(shí)域和頻域曲線，觀察原始信號(hào)和濾波后信號(hào)的曲線。這樣，可有機(jī)地將硬件和軟件相結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將數(shù)字信號(hào)處理理論與DSP控制器使用編程融為一體，真正地講數(shù)字信號(hào)處理理論應(yīng)用到實(shí)際工程中，達(dá)到理論與實(shí)踐相統(tǒng)一的目的，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)與編程環(huán)節(jié)中達(dá)到“知其然，更知其所以然”。

我院將全部實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開(kāi)放，學(xué)生可以主動(dòng)聯(lián)系實(shí)驗(yàn)室，可以在實(shí)驗(yàn)室無(wú)教學(xué)任務(wù)的情況下，自行練習(xí)教材或課堂上的程序，也可以自己提出要研究的課題，進(jìn)行論證編程。通過(guò)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的鍛煉，達(dá)到從教學(xué)實(shí)驗(yàn)鍛煉到工程實(shí)踐的逐層深化和提高，從而有助于學(xué)生具有自助學(xué)習(xí)探究的態(tài)度，以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的精神，以適應(yīng)當(dāng)前多元化的社會(huì)對(duì)綜合人才的需求[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的課程大綱、課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等方面的系列改革，在實(shí)際的教學(xué)中取得了令人滿意的教學(xué)效果，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，讓學(xué)生更為深刻地理解了信號(hào)處理的思想和基本理論，而且培養(yǎng)了學(xué)生思考與鉆研能力。希望通過(guò)進(jìn)一步地教學(xué)改革和嘗試，帶動(dòng)應(yīng)用型本科院校數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)質(zhì)量再上一個(gè)臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)

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