首页 -> 2006年第5期
数字信号处理教学改革与实践探索
作者：郭素敏 郭素芳 吴 波
[关键词] 数字信号处理，教学质量，教学改革，教学实践。
[中图分类号] G642．0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2006)05-0453-03
“数字信号处理”是电子信息、自动化、测控仪器、生物医学等专业的一门重要的技术基础课，技术基础课的设置是科学技术发展到一个新的阶段，在理论(原理)、方法、技能诸多方面的一个综合体现。在教学过程中应注重学生知识、能力、素质的全面发展，注重在以探索和研究为基础的教学过程中培养学生的研究能力与创新能力；从传统的单向知识传授的教学型教学向知识传授与探索相结合的探索型教学发展，以正确的教学理念来指导具体的课程教学实践。
1 教学内容的改革
随着全球性新技术革命的到来，数字信号处理在内容上已经发展到一个新的水平，因此课程的教学内容应及时反映时代的特点和科技发展的方向，以适应客观形势对人才培养的需要。
首先，精选教材。教材是一门课程的基础，我们根据教学需求，查阅了许多国内外教材，并结合数字信号处理理论与技术的最新进展，有目的的选择了适合当前专业学生的优秀教材和辅助教材，如西安电子科技大学出版社出版的《数字信号处理(第二版)》、电子工业出版社出版的《数字信号处理及其MATLAB实现》、高等教育出版社出版的《DSP技术原理及开发应用》等；
其次，精心组织教学内容。数字信号处理的理论性比较强，教材上有大幅的公式推导，前几届学生反映这门课比较枯燥。为了改变这种状况，在授课过程中，精心设计每一堂课，在课程内容的组织上多下工夫，在讲述一些定义、定理时注意讲清思路、讲清概念，同时避免大段的公式推导或大量微观的描述和细节的罗列，注意联系数字信号处理的实际应用和发展动向。
将课程内容分成三大部分：①数字信号处理理论基础，包括时域离散信号和系统时域分析、时域离散信号和系统频域分析、离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)；②数字滤波器设计理论和设计方法，包括时域离散系统网络结构与状态变量分析法、IIR数字滤波器设计、FIR数字滤波器设计、特殊滤波器(全通滤波器、梳状滤波器、格型滤波器、简单正系数滤波器)设计(选讲)、多采样率信号处理介绍；③数字信号处理的实现，包括数字信号处理中的量化效应、数字信号处理算法的软件实现、数字信号处理算法的硬件实现介绍。讲课时以①、②部分为重点，为学生打好数字信号处理的理论基础，以便于进一步深造、学习和运用数字信号处理新技术、新算法和新器件。③部分只作简要介绍，使学生建立数字信号处理的软硬件实现的基本概念。
2 教学方式的改革
《数字信号处理》是电子信息类等专业的重要的专业基础课，一般在三年级上学期开课，它是在学生学完了《信号与系统》课程后，进一步为学习专业知识打基础的课程。针对这个时期学生特点(已经掌握了基础课程的知识，还尚未接触专业课程)，笔者在教学手段、教学方式和教学方法上作了许多改革和尝试。
首先，缩短理论教学学时同时加大实践教学学时。理论教学中变传统的灌输式教学为引导启发式教学，理论讲解只占课堂时间的40％，例题与习题解答占30％，课堂上现场仿真实验占30％。理论讲解使学生掌握基本概念和基本原理，例题与习题解答使学生学会分析问题和解决问题的方法，并深化基本理论，而现场仿真实验是调动同学们的参与意识，使学生亲身感受信号处理算法的性能，提高学习兴趣，寓教于乐；
其次，开展课堂板书、多媒体教学和网络教学相结合的授课方式。针对一些基本原理和基本方法的推导和证明的需要，仍然延续课堂板书的授课方式，让学生一步一步跟上教师的思路，同时在板书的同时留足够的时间让学生领会；而对于一些需要形象理解、图示举例以及演示的部分，采用多媒体教学方式，充分利用声音、图像、视频、动画等多种形式进行互动教学。例如，利用MATLAB语言丰富的信号处理工具箱函数和强大的绘图功能，解释较难理解的信号的频谱概念、傅里叶级数概念和滤波器与信号滤波的概念及原理就会起到事半功倍的效果；针对课后的复习、相关背景知识的学习以及课堂内容的扩展部分，充分利用网络，建立课程主页，提供相关资源和讨论空间；
再次，引入双语教学模式，加强MATLAB语言与数字信号处理相结合。这样可以使同学们在学习过程中融会贯通科技英语、信号处理和算法语言等课程，使他们体会到基础课与专业基础课之间的联系，从而提高学生学习的自觉性和自主性。
3 教学实践改革
为了提高学生应用所学知识的能力以及工程素质，笔者汲取先进的实验教学理念和思想，将理论教学和实验教学有机结合，对实验教学逐步进行改革与实践，编写了《MATLAB软件仿真实验指导书》和《数字信号处理实验指导书》(待出版)。其目标是为了训练、培养学生创新能力。笔者在实验内容上压缩了传统的验证性实验，扩大和增加了综合性、设计性和工程性实验以及仿真实验。具体来讲有以下特色：
1)采用实验教学模式。每个实验除了包含实验目的、基本原理、步骤外，还包含延伸和综合实验内容的实验思考题，同时要求写出实验报告和总结；实验教学方式采取开放、课内课外结合的形式；实验教学方法提倡个人思考、小组讨论。
例如在IIR数字滤波器的设计实验中，首先要求学生作以下准备：①考虑IIR数字滤波器的不同设计方法、分析不同设计方法之间的优缺点：每个设计方法在实现过程中那些参数对设计结果有影响?如何影响?②收集IIR数字滤波器实际应用的例子，参照例子，结合前面所学的知识，设计DSP(数字信号处理系统)系统：③写出设计步骤，并编写MATLAB程序。这样促使学生充分利用课外时间，自己去获取知识、发展能力。实验报告的内容为：①总结实验所得主要结论；②IIR数字滤波器的设计的主要特点；③附上实验结果。在此过程中，鼓励学生提出自己的观点，自主寻找方法，自主探究思路，自主解决问题；
2)侧重培养学生的计算机应用能力。上机训练包括两方面：一是基于MATLAB开发的仿真实验，内容包括：基本信号在MATLAB中的表示和运算、卷积计算、系统零极点与频响、信号的调制与解调、滤波器设计、傅里叶变换、频谱特性曲线等；二是对课程中涉及到的数字信号处理内容选择先进的DSP实验系统结合MATLAB仿真，大胆创新、精心设计实验内容，让学生在信号与系统的知识基础上，提前接触DSP的相关解决方法，扩展知识面，提高分析问题和解决问题的能力；
3)加强课程、学科之间的相互渗透，设计一些综合性实验。先将“信号与系统”、“数字信号处理”二门课程的实验课程打通，共建一个实验平台、分段实施，以训练学生综合分析能力。在此基础上，逐步渗透语音与图像处理的基本知识和方法，为课程和毕业设计做铺垫。
通过实践性教学可加强学生对相关知识的掌握和理解，促进教学质量的提高。而且通过实验锻炼了学生用计算机辅助计算分析解决实际工程问题的能力，为后续的相关课程以及毕业设计打下基础，为提高学生的综合能力和创新精神创造了一个良好的环境。
本文为全文原貌 请先安装PDF浏览器
原版全文