“数字信号处理”课程的教学改革研究与实践

杨 晖 尹凤杰 时书丽

（辽宁大学信息学院，辽宁 沈阳 110036）

0 引言

“数字信号处理”课程是通信与电子信息类专业的一门重要专业主干课，是学习后续专业课的重要基础。课程主要讨论时域离散信号的频域分析，离散傅里叶变换DFT及其快速算法FFT，数字系统的结构和数字滤波器的设计理论与方法，通过本课程的学习，使学生掌握数字信号处理的基本理论和基本方法，培养和提高学生的理论与实践能力。

“数字信号处理”课程的特点是理论性强，涉及的数学工具较多，学习难度较大。传统的教学模式下，学生会感到内容抽象、枯燥，难学、难懂，学习兴趣不足，导致学习的积极性和主动性不高，影响了学习效果。为提高教学质量，需要对课程的教学进行改革。

1 教学改革措施

1.1 课堂教学改革

丰富教学手段，改革教学模式，以激发学生的学习兴趣，提升课堂教学效果。充分利用MATLAB仿真工具和多媒体教学手段把理论教学形象化、直观化。精心地制作和完善课程的多媒体课件，把抽象的概念、原理、设计过程等用波形、框图、步骤的形式生动、形象、直观地进行了表示。其中对一些重要的概念、结论和应用实例进行MATLAB仿真，以曲线、图形等形式进行演示，有助于理解概念和原理，突出其物理意义及应用。

例如在绪论部分介绍课程的主要内容时，给出一个数字信号处理的仿真实例（含噪信号的滤波处理），其处理过程和结果如图1所示。其中，图（a）是信号加噪声的波形，没有什么规律。图（b）是利用DFT对图（a）信号进行的频谱分析，从频谱图可以看出这是抑制载波的单频调幅信号加高频噪声，可以用低通滤波器将噪声滤除。可见谱分析很重要，而谱分析的方法是DFT，从而引出本课程的一个主要内容是离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）。 图（c）是根据图（b）的频谱而设计的FIR低通滤波器的幅频特性，该滤波器可将信号中的噪声滤除，在此引出本课程的另一个重要内容是滤波器的设计。图（d）是低通滤波后的信号波形，和图（a）的波形相比，去除了噪声，是抑制载波的单频调幅信号。通过对这个仿真实例的演示和讲解，形象、直观地向学生介绍了数字信号处理课程的主要内容以及谱分析和数字滤波的基本概念，激发了学生学习本门课程的兴趣。

图1 含噪信号的滤波处理

同时，对于重要的、复杂的理论推导（例如FFT算法原理）以及习题讲解等，采用板书的教学方式，这样有助于学生的思考、理解和掌握，也有利于课堂的互动。

1.2 实验教学改革

合理安排、设计实验内容和类型，加强实验教学。实验内容要遍及数字信号处理的基本理论，实验内容与理论教学保持同步，在实验基本内容的基础上，安排了一些思考题和可以扩展的内容，满足了不同层次学生的需要。实验类型分为验证性、设计性和综合性，大部分实验为设计性和综合性。

在实验过程中，加强实验的操作指导，认真了解每个学生的实际操作情况，及时回答和解决学生提出的问题，同时让学生分析他所得到的实验结果，并给出下一步的实验建议。通过实验加强了学生对基本理论和原理的理解，提高了学生的动手能力和解决问题的实践能力，激发了学生的学习兴趣，提高了学习的积极性和主动性。

1.3 考核方法改革

完善课程的考核环节，加强对实验成绩和平时成绩的考核，实现课程总成绩是由期末考试成绩、实验成绩和平时成绩三部分的综合评定。其中期末考试为闭卷，成绩占70%，实验成绩（包括出勤、预习、实验操作、实验报告等）占20%，平时成绩（包括出勤、课堂提问、作业等）占10%，从而比较客观地评价学生的知识和能力。这种考核方式使学生注重了平时的学习和技能的训练，有助于提升学习效果，提高教学质量。

2 结论

针对“数字信号处理”课程的地位和特点，从课堂教学、实验教学和考核方法等方面进行了课程的教学改革。充分利用了MATLAB仿真工具和多媒体教学手段把理论教学形象化、直观化，同时与板书相结合，发挥其各自的优势，激发了学生的学习兴趣，提升了教学效果；合理安排、设计实验内容和类型，加强实验教学，使学生加深了对基本理论的理解，同时提高了学生的动手能力和解决问题的实践能力；采用多元化的考核方式，比较客观地评价了学生的知识和能力，提高了学生学习的积极性和主动性。实践表明，课程改革取得了良好的效果。

［1］高西全,丁玉美.数字信号处理[M].3版.西安:西安电子科技大学出版社,2008.

［2］刘舒帆,费诺,陆辉.数字信号处理实验(MATLAB版)[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.

［3］贺伟,陈国振.“数字信号处理”课程教学方法探索与研究[J].中国电力教育,2014(11):159-160.

［4］吕晓丽,林海波,倪红霞.“数字信号处理”课程教学改革探索与实践[J].长春工程学院学报:社会科学版,2011(3):125-127.