洛陽理工學院計算機學院 董漢磊 劉 鈞 呂治國

針對目前高等院?！皵?shù)字信號處理”課程的教學情況和存在問題，根據(jù)學情特點研究了“數(shù)字信號處理”課程教學過程的結(jié)構(gòu)、教學內(nèi)容的設置，明確提出了就教學環(huán)節(jié)、教學方法、實踐教學法和考核方式的改革方案；通過一系列的實驗證明，這些措施可以激發(fā)學生的學習興趣，提高研究和創(chuàng)新能力，以達到改善教學效果的目的。

1 課程定位和特點

“數(shù)字信號處理”是高等學校電氣信息技術類專業(yè)的重要理論課程。學生學完該課程后，進而可以學習一些更為專業(yè)的后續(xù)課程，例如視頻信號和語音信號處理。講授該課程時應注意與后續(xù)課程的對接，不僅要防止重復過多，而且要保持課程的一致性。由于該課程涉及很多的數(shù)學思維方法，而且一些學生對它的基礎課程“信號與系統(tǒng)”掌握的不佳，這導致許多學生害怕學習它，進而厭倦學習該課程。在這種情況下，我們對“數(shù)字信號處理”課程進行教學研究和改革，以便更好地適應該課程的發(fā)展就顯得十分必要。

2 數(shù)字信號處理課程的教學現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的數(shù)字信號課程中，大多數(shù)只討論優(yōu)化算法的基本理論和計算，很少涉及完成方法和相關的軟硬件技術，這與科學技術領域和行業(yè)的規(guī)定相去甚遠。學生學過課程后，對具體硬件了解極少，無法適應DSP硬件電路開發(fā)和應用的工作要求。由于課程內(nèi)容的高度抽象性，不少學生對相關的概念和理論知識存在畏懼和厭煩心理，獲得相關專業(yè)知識的方法相對較少，這導致許多學生害怕學習本課程，甚至一直處于厭倦學習的狀態(tài)。當學生學習數(shù)字信號課程時，他們會認為課本中的許多定義都是抽象的，很難理解其中的基本理論，對一些題目的分析方法更是難于掌握。

因此，全世界的學術界都在尋找改革和創(chuàng)新的方法。目前，主要是沿著兩條途徑。一種是使用MATLAB等軟件工具對數(shù)據(jù)信號處理的優(yōu)化算法進行仿真。另一種是介紹電子行業(yè)中常用的DSP組件，并具體指導學生完成數(shù)據(jù)信號處理的優(yōu)化算法，尤其是實時（Real Time）完成。在對世界名校的社會發(fā)展要求和教育改革方法進行調(diào)查分析的基礎上，對數(shù)字信號處理課程進行了重大的改革和創(chuàng)新。

3 課程知識體系化

數(shù)據(jù)信號處理過程中有很多知識點，而數(shù)學過程中的計算非常復雜。根據(jù)對這門課程的深入分析，比較知識要點，找到一條圍繞課程的路線，在課程教學中只需要掌握這條路線，復雜的數(shù)學計算就可以變得更加清晰和容易記住。課程內(nèi)容分為兩個控制模塊：轉(zhuǎn)換域的知識結(jié)構(gòu)和數(shù)字濾波器的知識結(jié)構(gòu)。

變換域的知識結(jié)構(gòu)是課程的第一個控制模塊結(jié)構(gòu)。首先介紹頻域離散可變信號和系統(tǒng)，然后根據(jù)頻域采樣定理對脈沖信號進行采樣，對離散可變時間數(shù)據(jù)信號（編碼序列）的內(nèi)容進行討論。其次講述DTFT、DFS、ZT（IZT）、DFT變換的定義、性質(zhì)和定理。數(shù)字濾波器的知識結(jié)構(gòu)是課程的第二個主要控制模塊結(jié)構(gòu)。關鍵是討論數(shù)字濾波器網(wǎng)絡的架構(gòu)和設計方法。數(shù)字濾波器的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分為：IIR網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和FIR網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。從整體上看這門課程，就會發(fā)現(xiàn)內(nèi)容沒有想象中的那樣繁瑣，抓住了課程的主線，由主線再到枝葉知識點，學習就變得容易多了。

4 教學方法改革

傳統(tǒng)的教學方式是一種枯燥的灌輸式課堂教學，長期以來一直無法適應當今課堂教學的發(fā)展趨勢。多媒體設備、實訓室等多種綜合教學方法，不斷提高了學生的積極性，增強合作學習能力，使課堂教學更加生動有趣。教學情境引入的環(huán)節(jié)要求教師教學的基本理論內(nèi)容由淺到深，然后逐步正確指導，一步一步引導學生深入到知識的核心內(nèi)容。一般的基本原理需要和實際案例緊密結(jié)合，抽象的基本原理專業(yè)知識，通過可視化的方式呈現(xiàn)，使學生更容易接受。為了使學生從被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩⑺伎?，必須對基礎理論定義進行仔細的劃分。探究式學習是以“培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)，提出和解決困難的能力”為課程目標；使用各種主題或項目設計，設計培訓方案等；在分析問題的基礎上，解決難題的過程中，訓練學生學習科學的研究方法，從多方面獲得豐富多樣的專業(yè)知識，加強對基礎知識的理解和掌握。

5 評價體系改革

在當前階段，社會發(fā)展的趨勢提倡鼓勵式的互動課堂教學，因為不同的評價可能會對學生日后的學習和實習培訓等造成影響。因此，設計一套科學的評價體系在課堂教學改革中顯得非常重要。傳統(tǒng)的教學評估管理系統(tǒng)以期末考試成績?yōu)樽罱K結(jié)果?，F(xiàn)在，課堂教學的內(nèi)容已經(jīng)包括課堂教學，實踐教學，課程設計和生產(chǎn)實習等。所以評價體系也要做相應的調(diào)整?？茖W的評價體系應包括正常課堂表現(xiàn)，完成作業(yè)情況，期末考試成績，實驗表現(xiàn)，課程設計效果等。優(yōu)秀的課堂表現(xiàn)一方面是上課率，另一方面是聽課質(zhì)量，包括課堂教學中提出問題的回答情況和課堂教學討論的情況。根據(jù)家庭作業(yè)的布置安排，檢查專業(yè)知識的學習狀況，并注意作業(yè)中是否存在抄襲。老師可以將學生分為若干個工作小組，不同的小組具有不同的問題類型。

例如在課堂教學中，需要學生完成一項較為繁瑣的工作，可以按照每組8人進行分組。要求學生編寫信號處理優(yōu)化算法程序、要求每個小組根據(jù)期刊論文的格式提交報告，以及進行論文宣講和答辯，并回答其他同學們的問題。這樣可以讓學生們更積極主動的進行學習，培養(yǎng)學生們的相互合作精神以及表述能力。

6 線上教學資源建設

計算機網(wǎng)絡的發(fā)展和應用趨勢已經(jīng)顯示出其強大的優(yōu)勢，因此充分利用網(wǎng)絡發(fā)展現(xiàn)代遠程教育是基礎教育改革與發(fā)展的大趨勢。僅靠課堂教學是無法解決所有問題的，因此課堂教學之外應該有相應的學習和培訓資源。這樣，教學和在線教育資源就相互補充在一起。在現(xiàn)階段，高校已經(jīng)廣泛建立了校園寬帶，因此可以創(chuàng)建一個具有交互通信和靜態(tài)數(shù)據(jù)教學資源的教學網(wǎng)絡平臺。在這個平臺上，每個學生都可以下載或?qū)W習在線教學課件等教學內(nèi)容，并且可以在家、在宿舍里隨時隨地上課。學生也可以發(fā)布討論帖，提出學習疑問和難以解決的問題。根據(jù)服務平臺上的討論帖，老師可以掌握學生學習和培訓的難點，進行有目的的講解，并隨時掌握每個學生的學習狀況。

利用當代網(wǎng)絡技術，學生可以瀏覽國外著名大學的相關數(shù)字信號課程的網(wǎng)站。通過對比研究和培訓，發(fā)現(xiàn)差距并立即迎頭趕上，使學生能夠了解世界其它國家課堂教學的不同之處。此外，學習和培訓海外課程的考核機制，鼓勵學生掌握數(shù)字信號處理發(fā)展趨勢的新影響，并撰寫有關數(shù)字信號處理技術的最新論文。進一步培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力和綜合運用能力并使它達到一個新的高度。

7 加強實踐教學

實踐教學的成功進行可以促進課堂理論教學和專業(yè)知識的學習。因此，當需要增加課時來提高教學效果時，應首先增加實踐教學課時。實踐教學課時選擇的原則是：盡量減少演示和認證類型的內(nèi)容，增加設計和分析類型的內(nèi)容，或者增加某些經(jīng)常要使用到的基礎實驗，例如系統(tǒng)響應及系統(tǒng)穩(wěn)定性；時域采樣與頻域采樣；用FFT對信號作頻譜分析；IIR數(shù)字濾波器設計及軟件實現(xiàn)；FIR數(shù)字濾波器設計與軟件實現(xiàn)等試驗。在實驗課堂中，同學們可以互相討論共同參與齊力完成一些有難度的設計類實驗，經(jīng)過一段時間的訓練，同學們的動手能力將會有所提高，為今后的生產(chǎn)實習、畢業(yè)設計等打下良好的基礎。

8 課程改革輔助措施

建立一流的師資隊伍是課程改革和創(chuàng)新的必要條件。講課老師應該熱愛課堂教學，具有課堂教學的熱情和更好的語言表達能力，熱愛學生并與學生進行更好的溝通。為了更好地實現(xiàn)這一目標，在教學過程中，我們積極研究和討論改進教學方法，以及互相學習和總結(jié)歸納；多和學生互動交流，掌握他們對教學改革的意見與建議；課程結(jié)束后，對他們進行問卷調(diào)查，分析問卷調(diào)查的統(tǒng)計結(jié)果，并及時將結(jié)果反饋給授課教師，以便教師對該課程進行總結(jié)，從而確保課堂教學水平和教學質(zhì)量持續(xù)提高。學校和院系對課程改革給予必要的支持，對教師付出的勞動給予合適的鼓勵，都對課程改革的順利進行起到了積極的推動作用。

結(jié)束語：在“數(shù)字信號處理”課堂教學中，課程的教學內(nèi)容應進行創(chuàng)新改革，重點應為基于最新可編程DSP芯片的硬件結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)和開發(fā)環(huán)境。并進行實驗方法的自主創(chuàng)新，所有示例和實驗都應更改為應用于MATLAB軟件平臺和DSP硬件平臺來完成。設置相關實驗內(nèi)容和實習內(nèi)容，創(chuàng)建具有輔助設施的課堂教學實驗服務平臺，使學生不僅可以在PC上模擬每個實驗，它還可以應用DSP硬件系統(tǒng)來完成在數(shù)字信號處理過程中學習的關鍵優(yōu)化算法，例如FFT，F(xiàn)IR濾波器，IIR濾波器等。只有進行上述改革，“數(shù)字信號處理”課程才能承擔起它在電氣信息技術類專業(yè)教學中承上啟下的作用。