“数字信号处理”课程的教学方法探讨

辜小花，杨利平

信息科学是研究信息的获取、传输、处理和应用的科学，是众多应用技术的理论基础。数字化、网络化和智能化已成为信息技术当前的发展方向，其中数字化是网络化和智能化的基础［1］。因此，数字信号处理技术是高等院校的电子科学与技术、信息工程和通信工程等电子信息类专业本科学生必须掌握的专业基础技术之一。

数字信号处理的内容异常丰富、发展非常迅速。数字计算机和信号处理在众多领域的应用，促使数字信号处理产生了许多分支，要想在本科阶段将所有知识教给学生已不可能。目前，高等院校的“数字信号处理”课程的教学重点是数字信号处理的基础理论、基本概念和基本方法。现针对“数字信号处理”课程的特点，对课程的教学方法进行初步探讨。

一、数字信号处理课程的特点

（一）内容丰富，理论性强

“数字信号处理”课程的教学内容较多，涉及离散时间信号与系统的时域分析、频域分析、Z域分析，离散傅里叶变换(DFT)及其快速算法，信号的谱分析，数字滤波器的设计与实现等。这些内容均是课程的基础和重点，要求学生必须掌握的知识点多，难度大。

另外，该课程的许多内容都涉及严格的数学推导，理论性强，概念抽象。例如：用数学公式对离散信号和系统进行抽象，其中涉及的离散时间傅里叶变换、差分方程与系统函数、离散傅里叶变换等均有严格的数学推导。对于数学功底一般的工科学生来说，理解这些数学公式的具体含义是一大难点。课程教学过程中，学生容易感到枯燥乏味，特别是一部分对于先修课程“信号与系统”学习有困难的同学，在学习数字信号处理课程时，由于无法理清知识体系及相互之间的联系，容易产生怕学、厌学的心理［2］。

（二）设计复杂，工程应用性强

“数字信号处理”课程涉及多个学科，且应用性强。要将常遇到的模拟信号进行采样、量化，获得数字信号，然后对得到的数字信号进行变换、分析、滤波及识别等处理，得到需要的处理结果［3］。因此，要求学生在掌握该课程基本概念和基础知识的基础上，还要掌握应用这些知识解决实际问题的能力。

（三）与“信号与系统”课程联系紧密

对于电子信息类专业的学生而言，在学习数字信号处理之前，一般都已经学习过“信号与系统”这门专业基础课。“信号与系统”主要是介绍连续时间信号及系统的分析方法，而“数字信号处理”则是介绍离散时间信号与系统的分析方法。二者的很多基本概念和基础理论都是相通的，但在具体分析时又有各自的特点。学生在学习过程中，很容易用理解连续时间信号处理的方法来理解离散时间信号的处理方法，不重视二者的区别。

二、对课程教学方法的建议

（一）加强与相关课程的联系

随着教学改革的不断深入，专业课程的学习已经不再单独强调某一门或某几门课程，而是强调培养学生的专业知识体系。专业教学计划对课程的具体学时都做了严格的规定，“数字信号处理”的理论教学从以往的64学时调整为48学时，甚至更少。在课时压缩的情况下，如何保证教学内容不少并提高教学质量，是所有教师必须面对的难题［4］。

“数字信号处理”课程与先修的“信号与系统”课程在内容和方法上都有许多相通之处，可以将二者看作是信号处理与系统分析的两个部分，统筹规划，做好教学内容上的衔接，使二者的教学活动连贯进行。这对于学生深入理解信号处理与系统分析的基本概念，掌握基本原理有重要作用。

（二）注重算法分析

由于“数字信号处理”课程的理论性强，基本概念多，所以现在教学过程中普遍存在着“重理论、轻技能”的问题。在具体的教学活动中，花费了大量的学时讲解概念和理论推导，对算法（如快速傅里叶变换）的具体实现的介绍偏少。实际上，对于工科学生来说，最重要的应该是利用这些算法解决实际问题。他们在掌握理论知识的基础上，更需要掌握算法的具体实现过程，以及算法实现的效率等问题。通过对数字信号处理课程的学习，特别是其中关于快速傅里叶变换的具体实现的学习，学生应该具有理解算法、分析算法和实现算法的能力，以便日后能更好地掌握离散余弦变换(DCT)、小波变换(WT)等数字信号处理方法的原理和具体实现步骤，利用这些工具解决工程实际问题。

（三）强化实践教学

目前，开展数字信号处理实验是该课程实践教学的唯一手段。由于各方面条件的限制，各高校开设实验课的做法大致为这样两种：第一种是只针对理论教学内容开设一些简单的实验，以加强学生对基本知识的理解；第二种是在课程结束时开设几个综合实验，全面培养学生应用知识的能力。这两种做法都存在片面性，容易造成理论教学与实践环节脱节。第一种做法可以强化学生对基础知识的学习和掌握，但却缺乏对知识应用能力的训练；第二种做法可能会由于学生缺乏基本的训练而达不到预期效果。

在当前学时有限的条件下，可在理论教学过程中增加互动环节，通过课堂练习、讨论等方式，使学生加深对基本知识的理解。同时，在理论教学过程中强化对基础知识具体应用的讲解。在此基础上，设计分层次的实验教学内容，既要包含一定的基础技能训练，又要使实验内容能涵盖尽可能多的知识点。可以通过设计自主式实验，由教师给出选题范围，学生自由组合，选择题目，自行给出设计方案并负责实现，训练学生综合应用知识的能力。

（四）考核方式多样化

成绩考核评定是检验教学效果的重要方式，也是一个重要的教学环节。教学方法的改变，要求考核方式也应灵活多样。“一考定全局”的传统评价方式已与现行的教学方法不相适应。对于“数字信号处理”课程而言，考核应该突出两个方面：一是考查对基础知识、基本概念的掌握情况；二是考查应用知识的实践能力。在具体考核过程中，除期中考核、期末考试、实验和平时成绩外，应该加强对学生应用知识的技能考核。可以通过设计一系列不同难易程度的综合设计题，全面评价学生对知识的掌握情况。此外，可根据数字信号处理的发展趋势，适当增加一些课外知识，鼓励学生通过课后的自学习完成相关题目。

[1]姚天任.数字信号处理[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2]邓己媛，吴健辉，张国云.电子信息类工科专业《数字信号处理》课程教学探讨[J].湖南理工学院学报：自然科学版，2012（1）.

[3]刘国刚.《数字信号处理》课程教学思考[J].现代计算机：专业版，2012（7）.

[4]郝保明，张明玉，唐永刚，等.“信号与系统”和“数字信号处理”的优化教学研究[J].宿州学院学报，2012（5）.