（中國地質大學（北京） 北京 100083）

隨著數(shù)字化和信息化的迅猛發(fā)展，使得數(shù)字信號處理成為一種應用非常廣泛的、橫跨多門學科的技術，是現(xiàn)代信息技術發(fā)展的基礎應用學科。地球物理學是將數(shù)學、物理、計算機與傳統(tǒng)地學緊密結合的學科，是本人所屬地球物理與信息技術學院的國家級特色專業(yè)?！皵?shù)字信號處理”對于地球物理學專業(yè)是一門重要的專業(yè)基礎課，為學生進一步利用信息化手段處理地球科學問題打下基礎。

1 課程內(nèi)容的選擇安排

“數(shù)字信號處理”的授課我們選用的是由陳玉東教授編著地質出版社出版的教材《數(shù)字信號處理》，該書比較系統(tǒng)地介紹了數(shù)字信號處理的基本理論和相應的原理算法，條理清晰，適合地球物理學專業(yè)的學生使用。主要章節(jié)內(nèi)容包括緒論、離散時間信號與系統(tǒng)、Z變換、連續(xù)時間信號采樣、變換域分析、離散傅氏變換、快速傅氏變換、離散時間系統(tǒng)的實現(xiàn)、FIR數(shù)字濾波器的設計以及IIR數(shù)字濾波器的設計。

筆者對“數(shù)字信號處理”教學內(nèi)容的設計安排大體思路如下：

第一，筆者所授的地球物理專業(yè)的學生并沒有進行過“信號與系統(tǒng)”課程的學習，“數(shù)字信號處理”的離散信號與系統(tǒng)、Z變換這些一開始的內(nèi)容對于我院的學生來說，理解非常困難，甚至恐懼，需要適當補充“信號與系統(tǒng)”相應的基本理論內(nèi)容—兩大系統(tǒng)和三個變換，即學習連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)來理解離散信號與系統(tǒng)。

第二，離散信號頻域分析和離散傅里葉變換及其性質這些內(nèi)容需要讓學生重點掌握，主要內(nèi)容包括系統(tǒng)函數(shù)和頻域響應等概念以及一些計算有限長序列DFT的有效算法等。

第三，從時域離散系統(tǒng)的基本網(wǎng)格結構和分析法入手，講解FIR數(shù)字濾波器和IIR數(shù)字濾波器的設計，過程中結合地球物理部分方法實際生產(chǎn)中的簡單例子，可以更好的激發(fā)學生的學習積極性，取得更好的教學效果。

2 重要的“緒論課”

我院地球物理專業(yè)學生沒有進行過“信號與系統(tǒng)”課程的系統(tǒng)學習，一上來面對“數(shù)字信號處理”課程大量的名詞、滿篇的公式，必然心生恐懼，導致學習積極性下降，從而對課程學習失去信心。此時“緒論課”作為首次課就有著十分重要的意義，要利用“緒論課”讓學生了解所學課程的意義及目的，來提高他們的學習熱情。首先可以利用多媒體手段簡單地講解一些生活中常見的數(shù)字信號處理技術的應用，例如語音的回音處理、立體聲的產(chǎn)生、視頻監(jiān)控等等，激發(fā)學生的學習興趣；然后進一步介紹數(shù)字信號處理技術在本專業(yè)的一些應用，例如，地震勘探方法數(shù)據(jù)處理中的“校正”“濾波”“疊加”、核勘查方法的能譜過濾分析技術、數(shù)字化物探儀器的應用等等，讓學生了解該學科在本專業(yè)中的作用、地位，明確學習目的，增強學習動力。

3 利用思維導圖建立知識點間的聯(lián)系

“數(shù)字信號處理”課程定義多、公式多，思維導圖可以有效地建立各個知識點間的聯(lián)系，幫助學生梳理知識框架，理清課程知識點的層級關系，還能幫助學生加深理解和記憶。例如圖1利用思維導圖對采樣時間信號的Z變換、拉氏變換及傅氏變換與連續(xù)時間信號的拉氏變換之間的關系進行對比聯(lián)系理解。當z=esT時，采樣信號的Z變換等于采樣信號的拉氏變換；采樣信號的拉氏變換為其對應的連續(xù)時間信號的拉氏變換沿著虛軸的周期延拓，周期為2/T。由此，當z=esT時，采樣信號的Z變換為其對應的連續(xù)時間信號的拉氏變換沿著虛軸的周期延拓，周期為2/T。采樣信號的傅氏變換等于采樣信號在虛軸上的拉氏變換；采樣信號在單位圓上的Z變換等于采樣信號的傅氏變換。

圖1：采樣時間信號與連續(xù)時間信號變換間對比聯(lián)系思維導圖

表1：上機實驗課程內(nèi)容及目的要求

4 精心設計的實驗內(nèi)容

上機實驗是非常重要的實踐環(huán)節(jié)，學生可以通過上機實驗形象直觀地對所學理論知識進行實現(xiàn)，加深學生對課堂理論知識的理解和掌握，進一步提升學生學習的積極性和主動性。根據(jù)課程教學內(nèi)容，我們精心設計安排了8個學時的四個實驗內(nèi)容，見表1。

實驗課會根據(jù)課堂教學進度適時安排上機實驗，利用Matlab語言及時地對課程所要求的內(nèi)容進行實驗和仿真。

5 總結

“數(shù)字信號處理”課程是地球物理學專業(yè)的重要基礎課，其教學效果直接影響后續(xù)專業(yè)課質量的好壞。為了讓學生學好本門課程，多年來筆者在教學內(nèi)容、教學方法方面進行了多方面的探索和嘗試，有效地促進學生全面理解和掌握基礎理論知識，解決實際問題，大大提高了分析問題和解決問題的能力，得到并總結了以上認識和經(jīng)驗。