唐駿

摘 ?要：數(shù)字信號處理課程作為電子信息類專業(yè)重要的學(xué)科基礎(chǔ)課，由于其枯燥的理論及繁雜的公式，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生厭學(xué)心理，該文基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和現(xiàn)有的數(shù)字信號處理共享網(wǎng)絡(luò)平臺，針對傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，以實踐教學(xué)改革為重點，從重視理論課程的引導(dǎo)作用、數(shù)字化教學(xué)資源平臺建設(shè)及綜合性實驗平臺建設(shè)3個方面對該課程的實踐教學(xué)進(jìn)行改革。最后，重點闡述CDIO實踐教學(xué)方法的實施過程。實踐結(jié)果表明，該實踐教學(xué)改革方案，對培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實踐能力起到很好的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理 ?應(yīng)用型人才培養(yǎng) ?CDIO

中圖分類號：G624 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（c）-0096-03

數(shù)字信號處理課程是電子信息類專業(yè)的一門重要課程，后續(xù)很多專業(yè)課程均以數(shù)字信號處理課程作為理論基礎(chǔ)。特別是近年來，隨著人工智能技術(shù)的普及應(yīng)用，大規(guī)模集成電路及數(shù)字信號處理器的普遍使用均離不開數(shù)字信號處理課程的有力支撐。

數(shù)字信號處理課程理論性較強，內(nèi)容比較枯燥，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難免會產(chǎn)生厭學(xué)心理，這對后期專業(yè)課程的學(xué)習(xí)造成很大影響。因此很多高校對數(shù)字信號課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段及方法進(jìn)行了一系列教學(xué)改革，收到了很好的效果。該文針對廈門理工學(xué)院通信工程專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)及培養(yǎng)模式，提出一種以網(wǎng)絡(luò)為載體，基于共享平臺的數(shù)字信號處理網(wǎng)絡(luò)共享課程，并對實踐教學(xué)方法及內(nèi)容進(jìn)行改革。

1 ?傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足

數(shù)字信號處理的傳統(tǒng)教學(xué)模式重在介紹一般原理與方法，所授內(nèi)容、分析方法和處理技術(shù)方面的基本觀念及體系不能很好地適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步;繁雜的數(shù)學(xué)內(nèi)容和數(shù)學(xué)結(jié)果使學(xué)生感到難學(xué)、難懂、不能學(xué)以致用。其在實踐及理論教學(xué)中存在以下問題。

（1）理論教學(xué)上，依然以教師講授為主，個別教師仍將精力放在公式的推導(dǎo)及解題技巧的研究上，不注重對理論知識的綜合利用及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，主動思考程度不夠。

（2）實踐教學(xué)上，仍以驗證性實驗為主，實驗內(nèi)容大多停留在計算機仿真階段，實驗內(nèi)容單調(diào)無趣，缺乏系統(tǒng)性及實用性，學(xué)生不能很好地將理論內(nèi)容與實踐相結(jié)合，與應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式不符。

針對以上問題，筆者根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，借助網(wǎng)絡(luò)共享平臺，改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題;建立從點到面、逐級遞進(jìn)的實踐教學(xué)體系，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，建立實驗平臺，改革實驗內(nèi)容，轉(zhuǎn)變實驗方法。

2 ?數(shù)字信號處理實踐教學(xué)改革

數(shù)字信號處理課程的兩大主線是傅里葉變換及數(shù)字濾波器的設(shè)計，因此無論理論還是實踐，構(gòu)建完整的課程體系尤為重要。學(xué)生時代曾有過這樣的感覺，所開的課程彼此之間都有什么關(guān)系？為何有些知識點很多課程都講？信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理又有何關(guān)系？由此可見，知識模塊的優(yōu)化、課程體系的建立是至關(guān)重要的。

2.1 重視理論課程的引導(dǎo)作用

理論是實踐的基礎(chǔ)，教師可通過視頻等方式向?qū)W生展示數(shù)字信號處理課程在當(dāng)今社會生產(chǎn)生活中的作用，例如以手機的發(fā)展過程為例，講解數(shù)字處理技術(shù)如何使手機尺寸越來越小，越來越薄的同時，功能和音質(zhì)卻越來越好。通過生動的實例使學(xué)生了解學(xué)習(xí)的目的，盡快建立對課程的興趣。同時，從實際項目引導(dǎo)學(xué)生掌握數(shù)字信號處理系統(tǒng)的開發(fā)流程，使學(xué)生了解實踐能力對該門課程的重要性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識。并建立完整的知識結(jié)構(gòu)，將課程主要知識點的前后關(guān)系及作用知識模塊整理如圖1所示。

2.2 數(shù)字化教學(xué)資源平臺的建設(shè)

以理論課程內(nèi)容為基礎(chǔ)，以實踐教學(xué)設(shè)備為平臺，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將課內(nèi)實驗及實踐課程等教學(xué)資源進(jìn)行整合形成立體化教材，將枯燥的課堂教學(xué)內(nèi)容利用仿真軟件以通俗易懂的可視化圖形對原理進(jìn)行演示，增加課程的可視性及趣味性。同時為方便學(xué)生的學(xué)習(xí)，可將課程標(biāo)準(zhǔn)、電子教案等教學(xué)文件上傳到平臺，方便學(xué)生學(xué)習(xí)。

2.3 綜合實踐教學(xué)平臺的建設(shè)

“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，實踐教學(xué)在強化理論教學(xué)內(nèi)容的同時，能夠培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力及綜合運用能力，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的有效途徑。為了改變傳統(tǒng)實踐教學(xué)存在的弊端，改變“多驗證、少設(shè)計”的實驗現(xiàn)狀，結(jié)合線上理論教學(xué)平臺的建設(shè)，將CDIO教學(xué)理念引入到實踐教學(xué)，使學(xué)生通過構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)及運行的基本理念參與到實踐教學(xué)體系中，采用由淺入深、由易到難、由驗證到實踐的步驟安排實踐教學(xué)。

（1）改革實驗方式及內(nèi)容。

傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理實驗大多采用兩種模式：一種是依賴數(shù)字信號處理實驗箱，采用CCS軟件驗證實驗內(nèi)容，實驗內(nèi)容多為編好的C語言程序，這種實驗方式不利于學(xué)生對理論知識的理解，學(xué)生參與度不高;另一種方式是將傳統(tǒng)實驗改革為上機實驗，通過MATLAB仿真軟件驗證理論知識點，這種僅依靠計算機進(jìn)行仿真的實驗方式缺乏系統(tǒng)性和應(yīng)用性。該文結(jié)合兩種實驗方式，基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建層層遞進(jìn)的實踐教學(xué)體系，將MATLAB語言引入到實踐教學(xué)，并結(jié)合數(shù)字信號處理EXPIII+型教學(xué)實驗系統(tǒng)，將實踐教學(xué)分為3個階段。

基礎(chǔ)性實驗（8學(xué)時）：基礎(chǔ)型實驗以鞏固課堂理論知識為目的，此階段主要依靠MATLAB豐富的信號處理功能及函數(shù)，對離散信號、連續(xù)信號及語音信號的時域及頻域信號進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生基本的信號處理及分析能力。例如，讓學(xué)生編寫文件對信號進(jìn)行傅里葉變換，通過參數(shù)的修改，觀察仿真圖像，加深學(xué)生對信號頻譜的理解。通過“看得見的仿真”加深學(xué)生對“看不見的理論”的理解和掌握。

設(shè)計性實驗（10學(xué)時）：此部分實驗以設(shè)計型實驗為主，主要實驗內(nèi)容為FIR濾波器的設(shè)計、IIR濾波器的設(shè)計等。學(xué)生上網(wǎng)查閱資料，選定合適的方法設(shè)計實驗內(nèi)容，并借助MATLAB軟件實現(xiàn)。設(shè)計完成后，指導(dǎo)教師安排學(xué)生對自己的設(shè)計思路進(jìn)行講解，并對各種設(shè)計方案進(jìn)行對比分析。學(xué)生通過查找文獻(xiàn)—確定方案—驗證算法等設(shè)計思路，培養(yǎng)其運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。

綜合性實驗（2周）：綜合性實驗的設(shè)計應(yīng)以項目為依托，這2周實訓(xùn)主要由有企業(yè)工程背景或數(shù)字信號處理相關(guān)課題的教師承擔(dān)，采用“模塊化”“項目化”的教學(xué)方法，將學(xué)生分成小組，并與DSP原理及應(yīng)用課程相結(jié)合，將信號處理理論借助數(shù)字信號處理芯片達(dá)到軟硬結(jié)合的基本目標(biāo)。

（2）改革實驗教學(xué)模式。

以基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容為指導(dǎo)，以實驗教學(xué)及課程設(shè)計為途徑，以項目及課題為驅(qū)動，利用學(xué)校現(xiàn)有實驗教學(xué)資源，依托指導(dǎo)教師的項目或課題，實施項目驅(qū)動式研究，從項目選題、查閱資料、項目分工到項目驗收，全程以學(xué)生為主體，教師輔助的項目實施模式。

（3）CDIO理念的實驗內(nèi)容設(shè)計與開發(fā)。

為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，開設(shè)基于數(shù)字信號處理平臺的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，讓學(xué)生有足夠的時間對數(shù)字信號處理技術(shù)及應(yīng)用有比較全面、系統(tǒng)的理解和掌握，并從中篩選學(xué)生參與各類競賽。

3 ?CDIO實踐教學(xué)方法的實施

基于CDIO實踐教學(xué)體系執(zhí)行流程如圖2所示，共分為3部分：項目的篩選、項目實施及項目的測試與總結(jié)。

3.1 項目的篩選

充分挖掘?qū)W院電工電子教育中心、創(chuàng)新實驗室以及校外實習(xí)基地的資源，篩選適合CDIO教學(xué)方法的實驗裝置和設(shè)備，實現(xiàn)逐級遞進(jìn)的實驗教學(xué)體系。

初級實訓(xùn)項目：現(xiàn)場布置題目，課上獨立完成，了解DSP基本結(jié)構(gòu)及編程環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于實踐的興趣和自信心。

中級實訓(xùn)項目：現(xiàn)場布置題目，教師給予適當(dāng)引導(dǎo)，學(xué)生獨立完成，學(xué)生能夠獨立設(shè)計簡單的數(shù)字信號處理系統(tǒng)。

高級實訓(xùn)項目：課后設(shè)計，現(xiàn)場調(diào)試?？筛鶕?jù)難易程度選擇獨立完成或按成員分工完成，教師給予適當(dāng)指導(dǎo)。掌握較復(fù)雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計思想，完成部分模塊設(shè)計。培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于較復(fù)雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)的模塊化設(shè)計能力。

3.2 項目的實施

根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力及對所學(xué)知識的掌握情況，將所有學(xué)生按每組3～5人進(jìn)行分組，對于初級及中級實訓(xùn)項目，由于項目簡單，采取每組一個項目的方式，對于高級項目，采用全班一個項目進(jìn)行實施。學(xué)生首先對布置任務(wù)進(jìn)行分析，上網(wǎng)查閱資料進(jìn)行討論，確定實施方案形成項目進(jìn)度計劃表，并進(jìn)行任務(wù)分解和分工，隨后進(jìn)行項目的實現(xiàn)及運作。

3.3 項目的考核及總結(jié)

項目成績的評定是否公正關(guān)乎到對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激勵，測評內(nèi)容包括設(shè)計方案、各功能模塊設(shè)計、軟件程序設(shè)計及最終實現(xiàn)效果及部分。成績評定由組內(nèi)成員測評、小組成員互評及教師評測幾部分組成。項目最終成績由平時成績、技能成績及實驗過程考核成績3部分組成。

4 ?結(jié)語

該文以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，對數(shù)字信號處理課程的實踐教學(xué)體系進(jìn)行改革，通過項目的實施結(jié)果表明，該教學(xué)模式對學(xué)院通信工程專業(yè)實踐教學(xué)效果有很明顯的促進(jìn)作用，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團隊協(xié)作能力、硬件設(shè)計能力及軟件編程能力，使學(xué)生通過項目式教學(xué)方式獲得一定的工程實踐能力，為今后走上工作崗位奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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