“数字信号处理”课程教学改革探索与实践

吕晓丽，林海波，倪红霞

(长春工程学院电气与信息工程学院，长春130012)

“数字信号处理”课程教学改革探索与实践

吕晓丽，林海波，倪红霞

(长春工程学院电气与信息工程学院，长春130012)

针对“应用型”本科教学特点及目标定位，分析了数字信号处理课程教学目前的现状，结合本课程的教学实践，从教学体系、教学内容以及考核方式等方面提出了教学改革方案并进行了初步尝试。

数字信号处理;教学改革;应用型

《数字信号处理》是电子信息专业重要的一门学科基础课程。在教学中要求基础理论与工程应用紧密结合，但由于数学符号繁琐、公式推导复杂、概念抽象、理论性强，学生的普遍反应是——“难懂”，在一定程度上降低了学习兴趣。同时受社会负面风气的影响，有相当一部分学生急功近利、学风浮躁，学习的主动性和积极性不高。如何调整学生的学习状态，调动学习主动性和积极性，是一个迫切需要解决的事情。针对这种情况，课程组提出了“数字信号处理”课程教学改革方案，主要在教学体系、教学内容以及考核方式等方面进行了实际探索与尝试。

一、建立新型授课体系

由于高校扩招，学生对基础知识的掌握情况良莠不齐，以前那种老师只负责讲，学生只负责听的状况已不适合当前“应用型”本科教育的需要，传统的授课模式大大抑制了学生的主动性、创新性以及自主思维的健康发展。为了解决大众教育与精英教育之间的矛盾，实现真正的因材施教，在数字信号处理课程的教学中，运用分层次教学，把课内教学、实验教学与自主学习有效结合起来。

(一)有效利用课堂，提升教学效果

就目前形势看，高等教育的主要教学形式仍然是课堂教学。因此，如何有效利用有限的课堂50分钟是教学的关键。首先要淡化教师的“统治”地位，逐步从课堂传授者走向问题的启发者，引导学生进行兴趣学习;其次强化学生的主导作用，由被动接受到主动获取，充分发挥学生学习的主动性，提升教学效果;最后改变“填鸭式”教学，在课堂上，以启发式教学为主，让学生成为课堂的主体，教师和学生共同参与，互相交流，共同进步，真正做到教学相长。

(二)设计实验内容，实现因材施教

实验课是巩固学生学习成果并进一步扩展的教学手段。由于学生的理论基础和学习能力存在差异，所以教师在设计实验内容时，要充分考虑到学生的个体差别，设置不同程度的问题供学生选择，分层次地提设计基础性实验内容、设计性实验内容以及综合性实验内容。学生在完成基础性实验后，可以自由选择完成其他内容，实现分层次教学。如在FIR滤波器的设计试验中，基础内容要求完成规定指标的各种滤波器的设计和性能分析;设计性实验内容增加了利用所设计的滤波器对给定的有噪信号进行滤波处理，并对滤波前后的信号进行对比分析;综合性设计内容在给定有噪信号的前提下，设计满足要求的不同性能的滤波器，并对滤波结果进行分析，比较不同方法设计出的滤波器的性能。这样通过不同层次的锻炼，每个学生都可以完成自己能力以内的实验内容，实现真正的因材施教。

(三)自发组建团队，进行探究式学习

数字信号处理是电子信息类专业一门重要的基础理论课，与实际应用密不可分。学生在接受理论指导的同时，必须进行实践环节的训练，这样才能培养学生的工程实践能力和创新能力。针对学习兴趣浓厚的学生，要给予一定的机会参与各项科研活动，进一步引导学生的自主学习意识、创新意识;鼓励学生自发组织团队、自己设立题目、自行开发研究;通过自主查阅相关文献、讨论设计方案、分析实验结论，加深对数字信号理论的理解，提升学生独立思考、灵活运用基本知识的能力，促使学生迅速将理论与实际结合起来，最重要是通过自组团队进行学习可以很好地培养创造性思维，锻炼学生的团队合作意识。

综上所述，通过建立新型授课体系，即加强基础、面向实际、引导思维、启发创新等分层次教学，培养学生科学的思维理念，建立自学意识和团队合作意识，从而获得更加广博的信号处理理论，为其将来从事语音处理、图像处理、嵌入式DSP的开发与设计打下牢固的基础。

二、教学内容与教学方法的探索

(一)教学内容改革

1.合理安排课时，注意与“信号与系统”课程的融合

作为数字信号处理的前导课程，信号与系统已经对离散信号的基本概念、性质进行了初步讲解，因此，安排授课计划时，一定要避免设置过多的课时讲解这一部分内容，把握重点以离散信号的分析和处理为核心内容展开教学。例如数字信号处理第一章中，系统的四大特性——线性性质、时不变性、因果性和稳定性在信号与系统的课程中已经做了详细的讲解，在这里应以回顾为主，过多地讲解会让学生产生厌烦情绪，失去学习兴趣。所以合理分配学时，重点把握“离散”这个概念，突出重点，做好课程之间的融合与衔接。

2.淡化数学概念，突出物理意义与工程应用

数字信号处理教材中的公式推导很多，数学痕迹严重，学生容易偏重公式的推导与证明，而忽略理论的深入理解。在清晰阐述基本概念、基本原理的同时，淡化数学概念、突出物理意义，与实例相结合，深入浅出、有条不紊地把复杂的理论用通俗易懂的语言讲授给同学。比如，在讲解奈奎斯特定理时，若仅用语言叙述会略显苍白无力，如果预先录制一段声音，通过改变采样速率，得到不同的声音信号并制作成FLASH文件，现场演示，会让学生深刻理解采样定理的内容与实际应用，增加学习兴趣，从而消除畏难情绪。同时启发学生多方位、多角度思考问题。

3.以科学的专业内容为载体，紧跟学科发展动态

近几年来，数字信号处理理论发展迅速，安排教学内容时一定要体现课程的前沿性和创造性。在课堂上，结合最前沿的学科发展的实例，设置“引入”和“总结”两个环节，把所学知识贯穿起来，形成整体，让学生容易理解和接受。在每一章结束时，布置思考题，题目要与科技前沿接轨，让学生了解最新的理论知识、掌握最新的学科动态。如讲授IIR和FIR两种经典滤波器时，适当地把现代滤波器引入课堂，开阔学生视野。因此，结合《数字信号处理》的特点，及时反映现代《数字信号处理》技术的新成就，打破传统，跟踪学科前沿，让学生尽可能多地了解信息科学及数字信号处理一般性应用和最新研究成果情况。教师在授课过程中，特别注意新思想新观念的引入。同时在课堂教学上加入数字信号处理应用技术、应用领域的介绍和引导，把抽象的理论和实际应用结合起来。

(二)教学方法改革

1.上好第一堂课

“一年之际在于春，一天之际在于晨”。好的开始往往都会有事半功倍的效果，因此上好第一堂课，设计一次精彩的绪论讲解就显得尤为重要。

对于初学者来说，数字信号处理这门课就其本身而言，繁琐的公式推导、拗口的专业术语会让很多学生的学习热情骤减，甚至产生畏难情绪，此时一堂精彩的绪论课会恰如冬日暖阳一般。那么如何才能讲好绪论课呢?我觉得应该在思想上重视，一定要摒弃绪论课没什么可讲，只需简单介绍的旧观念。同时增加具体实例并加以动画演示，如选取不同的采样率对同一段语音信号进行处理，获得不同的声音效果，利用FLASH播放软件现场演示，在视觉与听觉上给学生一个新颖的冲击，从而激发学生的学习兴趣。

2.增加MATLAB演示教学，拒绝平铺直叙

数字信号处理属于理论性较强的专业基础课程，仅仅按照理论课程的思路去讲解，会有一种枯燥乏味、毫无生气的感觉。可以尝试在授课的过程中加入新的元素——例如，MATLAB仿真环境授课，淡化理论教学与工程实践的界限，展示信号处理的过程和结果，变抽象概念为形象图形，使学生在学习中枯燥繁琐的认知和形象生动的感性认知相结合，进一步理解工程算法的应用，达到事半功倍的教学效果。

3.利用多媒体+板书授课，切记不可完全省略板书

多媒体教学和板书需要有机结合，相互依托。在前几章的学习中，接触的数学公式推导较多，为了透彻理解基本理论，适当的板书推导、分析和演算是必要的。比如时域抽取法基2FFT的基本原理相对复杂，如果省略板书推导，直接给出结论，学生会觉得接受起来很困难，尤其对其中流程图的画法会很困惑，一旦有了这样的印象，对后续内容的开展十分不利。此时加入板书推导，会理清学生的推导思路，有助于对结论的理解和接受，从公式到运算流图也一目了然。由此可见，必要的推导对于理解和掌握FFT基本原理是非常重要的。同时书写板书相对于多媒体要灵活的多，而且容易随时观察、引领学生的学习意识，有利于课堂的互动性的提高。

三、考核方式改革

考核不是目的，而是督促学生学习的手段，但在传统的考核方式中，依旧停留在“一考定前程”的状况，无法全面、客观、准确的去衡量每一个学生，更谈不上创新型、应用型人才的培养。

采用多元化的评价方式，对新型授课体系下的学生能力进行评价。将笔试、口试、学生日常表现评分、学生反映、论文、学生互评和自评等都纳入评价体系。用不同的方法评价不同的能力。比如用笔试和口试评价掌握专业知识能力。用考察、记录方式等评价“设计—创造”能力。这样不仅适用于较广泛的教学方式，还可以增加评价数据的准确性，更有效地确定学生的学习效果。

引入“三位一体”的评价理念，即把知识、能力和学风综合评定，调动学生积极性、树立良好的学风。具体做法:依照教学大纲要求，抓住基本点、重要点、疑难点，建立试题库。真正做到教考分离。在考核方式上，倾向平时成绩的比重，由以前的20%增加到30%，其中实验成绩占15%，另15%是传统的平时成绩，即出勤和平时作业以及测验成绩等;降低期末考试成绩比例，增加平时的技能训练、课余活动、创新活动所占比重。在考核内容上，要拓展思路，从分析和综合上入手，保证传统考试的命题的客观题型的基础性、综合性与全面性的前提下，适当提高综合与分析型试题的比重，尝试加入部分创新与拓展题。使考试成绩具有层次性，能更好地检验学生对数字信号处理课程了解的深浅程度、基础知识掌握的熟练程度以及综合能力。

考核方式，作为整个教学体系里重要的一个环节，其改革，对于整个教学改革的发展有着重要的意义，对素质教育的实施和创新能力的培养有着深远的影响。长期以来，应试教育在教师和学生心中已经根深蒂固，教学过程套路已为广大师生所习惯接受。而要改革这样的教学与考核模式，必然要引导学生注重平时的学习和技能的训练，这同时也对教师提出了更高的要求。培养学生成为创新型人才，教师首先要成为创新型教师，平时必须围绕学生的学习开动脑筋，不断研究、创新教学，这势必大大增加了教师的工作劳动强度，对老师、对学生都是一种挑战。

四、结语

数字信号处理课程改革是以培养学生的自学能力、创新能力、人际交往能力、协同合作能力为目标，以科学的专业内容为载体，以自主团队探究式学习、案例教学为手段，以多种有效的评价过程为衡量标准，结合科研成果进行教学，提高课程内容的先进性，把学生的素质培养贯穿于教学的各个环节之中，最终激发学生学习的积极性、主动性和创新意识。

［1］ 胡居荣，曹宁.基于MATLAB的数字信号处理研究型教学的探索［J］.中国电力教育，2008(121):67－69.

［2］ 杨述斌，杨志方，曹新莉.“数字信号处理”课程教学改革初探与实践［J］.中国现代教育装备，2008(6):77－78.

［3］ 肖海林，欧阳缮，叶进，等.“数字信号处理”课程教学实践与探索［J］.桂林电子科技大学学报，2009，29 (2):148－151.

［4］ 彭启综.“数字信号处理”课程双语教学的初步实践与探讨［J］.电气电子教学学报，2003，25(4):12－15.

［5］ 张学敏.“数字信号处理”课程教学改革实践［J］.中国电力教育，2009(2):140－141.

Reform and practice of in the course of digital signal processing

LV Xiao－li，et al.
(School of Electrical＆Information Engineering，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China)

The course and the actual state of digital signal processing is analyzed aiming at the teaching features of the undergraduate course and the applicationtype goal setting.Combining with the teaching practice of the course，the paper puts forward the teaching reform plan，which is illustrated through the aspects of the teaching system，the teaching content and the assessment method.The plan is tried out primarily.

digital signal processing;teaching reform; application-type

G64

A

1009-8976(2011)03-0125-03

2011－04－23

吕晓丽(1978—)，女(汉)，吉林长春，博士主要研究软件无线电、超宽带无线通信技术。