电子信息工程专业数字信号处理课程改革与研究

李洪璠

【摘 要】“数字信号处理”课程是电子信息类专业的重要专业基础课，针对不同专业特点选择不同教学内容和教学方法，提高学生学习兴趣，是本课程教学改革的重点。结合三亚学院电子信息工程专业课程教学实际情况、学生自身基础，在教学的各个环节进行研究与探索，精选符合专业特点的教学内容，采用探究式教学方法，对本专业融合激发学生兴趣的工程实例；实验教学由传统的验证性过渡到综合设计研究型，取得了一定效果。

【关键词】数字信号处理；理论教学；课程实践；探究式教学

1.引言

数字信号处理是电子信息工程专业的专业基础课，它的地位相当于电气时代的“电工基础”。作为专业的技术基础课，要求学生通过本门课程学习建立“数字信号处理”的基本概念；掌握数字信号处理基本分析方法和分析工具；通过理论学习和实践环节训练，使学生具备一定的工程实践技能，这为提高学生综合素质、培养应用型人才起着重要作用。本文以三亚学院电子信息工程专业为例进行数字信号处理教学研究和实践进行探讨。

2.教学特点与内容设置

“数字信号处理”课程是电子信息工程专业众多专业课中一门重要的技术基础课，其课程内容涉及到很多数学知识，如复变函数、差分方程、Z变换和矩阵理论、离散傅里叶变换等，同时，与工程实际又紧密相连，且技术手段发展也非常快。结合三亚学院电子信息工程专业学生实际情况，并充分体现“数字信号处理”课程理论内容丰富、实用性强而基本概念抽象难理解等特点，进行如下的教学内容设置。

电子信息工程专业大部分的学生“信号与系统”、“微积分理论”课程基础较好，“数值计算”、“复变函数”基础相对差一些。“数字信号处理”课程是本专业学生的一门重点必修课。本课程设置64个学时，理论52学时，实验12学时；理论增加4个学时专门介绍数字信号处理中涉及的数学知识，以便后面理论学习更加自如；删除部分因课时受限而课堂不讲授的内容；压缩了一些与“信号与系统”课程重叠的章节；因通信与信号处理领域的快速发展，增加了多采样率数字信号处理；同时，课堂增加利用MATLAB软件进行释疑与实现及LABVIEW图形编程环节，使一些难理解的抽象理论和概念得到直观演示解释，使学生更容易理解、接受；对于实践环节部分，由传统的验证性实验改为综合性、设计性实验，且增加课程设计这个教学环节。

经过几年的该课程教学研究总结，教学应该遵循这样一个原则：以讲授基本概念、基本理论、掌握基本技能为主，兼顾内容的全面性、系统性和实用性。现将课程内容归纳分为三大块：

（1）基础理论和概念部分。对已在“信号与系统”课程中学过的内容（离散信号与系统的时域分析、离散信号与系统的频域分析）课时进行适当压缩，重点讲述利用傅里叶变换、Z变换对信号和系统进行频谱分析，使学生认识到信号变换的重要性，它是分析信号与系统重要工具；离散傅里叶变换（DFT）及其快速傅里叶变换（FFT），都是描述信号的频域离散化，并能利用DFT对数字谱进行分析，注意适时信号处理过程中出现的（栅栏效应、泄漏效应、混叠现象）现象；FFT的讲述是个难点，这是一个数学算法的优化过程，学生很难接受，那么引导学生理解DFT运算量成为了关键，即让学生关注信号分析实时处理过程的时间问题，电子信息专业的学生逻辑性一般较强，能较好理解，并为下一步学习DSP打下基础。

（2）数字滤波系统设计部分。数字信号处理实用性是从滤波器的设计开始，只要有信号就会存在干扰，从现实生活中手机使用接收信号有强有弱及杂音，引导学生认识滤波器设计的重要性及必要性。IIR数字滤波器的设计（脉冲响应不变法、双线性变换法）；FIR数字滤波器的设计（线性相位、窗口设计法、频率采样法、最佳逼近法）；数字滤波器的实现结构。这部分内容学生理论计算比较困难，利用MATLAB软件或结合LabVIEW图形语言可以更形象的将理论教学与实践相结合，通过ppt演示滤波器设计和信号的滤波过程，加强学生对滤波概念的理解，培养学生工程实践能力。

（3）数字信号处理技术实现及应用部分。通信与信号处理领域的快速发展，增加多采样率及实现方法；数字信号处理技术在语音系统中的应用（包括语言的识别、语言的理解、语言压缩、语言合成等等，为智能计算机的发展提供基础）；数字信号处理技术的应用举例。

实践表明，通过对电子信息工程中数字信号处理的应用实例进行具体分析，更能体现出来数字信号处理与电子信息工程专业的联系，可以更好地调动学生的积极性。

3.课程实践改革

（1）课程一体化实践。“数字信号处理”课程实践改革：通过程序编写实现与本课程知识点的相关算法，从而加深对该课程基本理论理解和基本技能掌握。根据我专业学生的具体情况，对课程实践部分做出如下改革。教师给学生布置实验任务时给出其详细的程序流程图，及实验的主框架程序（如程序初始化部分，基本函数，绘图语句），学生根据自己对题目的理解，对照程序流程图，实现完成整个实验，这种改革方式促使学生提高了学习兴趣，增强学生实践环节的自信心，不再是面对题目无从下手的状态，将理论与实践结合在一起，形象生动，达到“先帮后扶再放手”的目的。实践证明，采用这种实践改革模式，我专业大部分学生能结合理论知识对结果做出合理的解释和分析。

（2）独立开设课程设计实践。随着社会信息化的深入，各行业大都需要电子信息工程专业人才，而且就业中对数字信号处理技术的要求也越来越高，这方面能力的提升体现的是理论分析能力和计算机编程分析能力的综合过程。课程一体化的实践过程只是针对独立的知识点进行，加上学时限制，验证性实验占大多数。为此改变教学计划，为电子信息专业学生开设“数字信号处理课程设计实践”课程，这样使得学生对软硬件设计都较熟悉（原本专业只有电子技术方面的独立课程设计），更易于满足现代信息企业对电子信息人才方面的需求。

（3）探究式学习课外实践。数字信号处理的课后练习大多是理论计算分析，学生做起来觉得很枯燥也没有兴趣。对此，本专业进行课程改革的另外一方面就是以课外作业的形式指导学生进行探究式学习，即围绕课程中重要知识点，遵循一定的步骤开展探索研究性学习：提出问题、确定探究方向、搜集并整理资料、组织探究、得出结论、总结经验。在教学过程中引导学生利用本课程所学到的知识，探索和解决现实生活中感兴趣的问题；要求学生在课程结束后的一周内，提交一份研究报告，作为期末总成绩的一部分。具体操作为：以2—3人为一个小组，自主搜集与本课程内容相关、与实际问题相结合的课题。在计算中心实验室调试MATLAB程序或LabVIEW程序。

实践证明，这种探究式课外实践拓宽了学生视野，进一步加深学生对数字信号处理技术的了解，加强了MATLAB及LabVIEW软件的应用。探究式学习可以督促学生发挥自己的探究精神，更好地将理论应用于实际。

4.结束语

电子信息工程专业毕业生一般都工作在电子信息和电力系统等高科技行业，这些行业的迅速发展，社会信息化的深入对本专业的学生提出了更高的要求。如逐步兴起的5G和物联网战略、电力系统向智能化发展，数字信号处理技术是基础之一，宽口径的复合型人才在这一发展过程中将大有用武之地。技术基础课的教学内容应及时反映时代的特点并能体现科技发展的前沿方向，理论上古今并重、技术上厚今薄古，以适应客观形势对人才培养的需求；多媒体技术能创造出虚拟的现实世界，让情景教学成为现实；利用电子课件的“辅助”教学，其信息量丰富、可减少重复性劳动、提高教学效率；加强实践性环节教学能激发学生主动地学习、创造地思维，加强实践性环节教学对知识体系的构建有重要的作用。

【参考文献】

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