“数字信号处理”课程设计导向型教学初探

马永奎，高玉龙，张佳岩，张中兆

(哈尔滨工业大学通信技术研究所，黑龙江 哈尔滨 150001)

“数字信号处理”是一门以多种学科为理论基础的课程，它所涉及的知识范围极其广泛。例如在数学领域的微积分、概率论、随机过程和数值分析等都是数字信号处理的基本工具。同时它与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论和故障诊断等也密切相关，这给“数字信号处理”的教学带来一定的困难。为了改善“数字信号处理”的教学，我们结合传统课堂教学，开展了以课程设计为导向的研究性教学[1-3]。

1 基于课程设计的教学方法

以课程设计为导向的教学设计是将研究性教学运用于基础学位课中的一种有益的尝试[4-5]。

学生在学习“数字信号处理”中面对理论知识学习缺少兴趣，致使学习效果差。我们发现缺乏学习上的成就感是制约学生学习兴趣的关键因素，而突出知识的应用性则可以提高学生的学习兴趣。

以课程设计为导向的教学设计，可以让学生享有充分的自由度，选择最感兴趣的设计题目，从而最大限度地发挥每一个学生的能动性，这种教学方式强调小组合作学习。学生首先自由组成一个课程设计小组，然后通过集体讨论确定本小组的设计题目。每个成员在对本组所选题目进行较深入的理解和分析后，结合自身的特点进行具体分工，合理划分任务配合完成设计。

整个课程设计分为两个阶段:①准备阶段，小组需要提交开题报告，其内容包括课题内容和意义、原理及预备知识、设计方案和分工及进度安排等四个部分。教师审阅后，可对设计进行适当调整;②设计实施阶段，学生可以充分运用已经掌握的知识，利用图书馆和网络资源寻找设计解决的办法，通常他们遇到的大部分问题都能独立解决。课程设计报告内容包括设计原理、实现方案、实现框图和流程图等。而对仿真参数的选取要给出合理依据，对仿真结果进行分析和评价。

课程设计使用的平台和语言并没有限制，可以依托Matlab平台。例如“雷达信号的时频分析”，借助Matlab时频分析工具箱，分别研究了单分量和多分量线性调频信号的Wigner-Ville分布、伪Wigner-Ville分布、短时傅里叶变换及Radon-Wigner分布，并对仿真结果进行分析。同时将仿真结果以人机交互的界面形式显示出来，便于用户查看。此课程设计由三名学生完成，他们分别负责上述三种不同分布的性能分析。

又如“基于FPGA的FIR滤波器的设计与优化”，其主要目的是在FPGA平台上实现基于窗函数的FIR滤波器。在这一小组中三名学生负责编写verilog代码和FPGA上实现FIR滤波器，一名学生负责各种函数的性能分析。

2 教学方法实施和评价

在进行课程设计实施时，学生以2-5人为一组，建立一个研究小组。课程设计要在规定的时间内完成，包括原理阐述，算法流程设计，具体编程实现，并撰写课程设计总结报告。在课程设计过程中，教师主要起指导作用。

对课程设计的考核包括:选题是否恰当，对题目理解程度如何，整个小组分工是否合理，实施计划是否恰当，项目完成情况及项目报告质量等。

几年来，每年都有几组学生，以“数字信号处理”课程设计为基础，参加黑龙江省电子设计大赛乃至全国电子设计大赛，获得了包括全国电子设计大赛铜奖，黑龙江省金、银奖等良好成绩。

3 结语

本文介绍了“数字信号处理”课程设计导向型教学实践。实践表明，通过课程设计，可以充分激发学生的兴趣，引导他们对所学知识进行运用和探索，从而进一步激发他们对数字信号处理知识的理解和运用。四年的教学实践表明，这种教学方式是传统教学的一种重要的和有益的补充。

[1]李树涛，龚理专.基于项目设计的信号处理技术教学实践.南京:电气电子教学学报，2009，(02).99-101

[2]向学军，刘平，夏昌浩.基于项目的学习模式在“虚拟仪器技术”课程的应用.南京:电气电子教学学报，2006，(03)18-20

[3]黄云志.借鉴国外研究性教学经验，加强信号类系列课程建设.合肥:合肥工业大学学报，2010，(01)，91-95

[4]张前进，孙炎增.DSP课程的教学改革研究.郑州:河南教育学院学报，2010，(01)，63-64

[5]S.Fincher，M.Petre.Project-Based Learning Practices in Computer Science Education[C].Frontiers in Education Conference，1998.FIE ＇98.28th Annual，1185-1191.