应用型人才培养模式下数字信号处理课程改革与实践

纪萍

(河海大学文天学院，安徽 马鞍山 243000)

应用型人才培养模式下数字信号处理课程改革与实践

纪萍

(河海大学文天学院，安徽 马鞍山 243000)

培养应用型人才已成为大多数高校的共识，本研究围绕应用型人才培养目标，对“数字信号处理”课程进行改革。数字信号处理具有理论性强、内容抽象的特点，在教学过程中如何帮助学生理解基本概念，提高解决实际问题的能力，是“数字信号处理”课程教学所要解决的关键问题。结合实际教学经验，从教材选取、教学内容和考核方式入手，积极探索，提出一套满足应用型人才培养模式的教学理论，使学生真正达到学以致用的效果。

数字信号处理；应用型人才；MATLAB

0 引言

应用型人才的培养目标是提高学生利用所学知识解决实际工作问题的能力[1]。“数字信号处理”课程是国内外高等院校通信、自动控制等专业的主干课程之一，在学生的整个专业课程学习中起着相当重要的作用。本研究以培养应用型人才为目的，根据实践教学经验，提出“数字信号处理”课程的改革方法。

数字信号处理课程以高等数学、信号与系统等课程为基础，同时又是DSP原理及应用、图像处理等专业课程的先修课程[2]，在学生的学习过程中起着承前启后的作用，教学质量的好坏，直接影响后继课程的学习[3]。我院教师在多年的教学过程中发现，学生在学习过程中存在以下问题：一、课程理论性强，要求学生有较好的数学基础，数学中的欧拉公式、级数求和、矩阵等知识，都会穿插在理论学习中，因此学生普遍感到概念抽象，公式繁多，理解困难。偏重理论研究的教材给学生的学习增加了难度[4]。二、教学过程中，教学内容方法单一，学生知识体系不足，难以把理论应用到实际当中，更不用说应用理论知识去解决实际工程问题。三、考核方法单一，单纯的试卷成绩不能真正反应学生对知识点的掌握程度，不能体现应用型人才的培养质量。针对上述问题及应用型本科院校的特点，我院教师突破传统教学方法，积极探索、总结出一套实用的教学改革理论，取得较好的教学效果，有效地提高了教学质量，为应用型人才培养提供了理论支撑。

1 教材改革

随着数字信号处理技术的广泛使用，该学科的教材也层出不穷。经典教材以程佩青、吴镇扬等老师主编的教材为代表，通常被作为研究生入学考试的参考教材，或者研究生上课选用教材，这类教材普遍侧重学术研究和理论分析。

河海大学文天学院作为应用型本科院校，在该门课的理论教学设置是32课时。按照培养应用型人才的需求，应选取针对应用型本科院校的规划教材，内容精炼，侧重于讲解基本概念、基本理论和基本实现方法的教材。针对上述要求，我院教师组织相关同类院校的老师，共同编写专门针对应用型本科院校教材（图1）。

图1 数字信号处理教材结构图

教材结构参见图1，主要分三大部分：基本原理、数字滤波器设计和MATLAB，共6章。对于应用型本科人才，要求掌握一定的理论基础，通过教材的合理安排，可以大大减轻学生学习基础理论的难度，比较轻松地达到学习目的。该书针对应用型本科院校学生特点，内容简洁、浅显易懂，淡化了繁难的理论推导，减少了学生的学习难度。教学过程采用“三步走”的形式，首先进行理论讲解，随后紧跟例题练习、最后再通过MATLAB仿真进行验证。经过这三个过程学习，学生不仅掌握了知识点，并且对个别知识点还提起了兴趣，有深入学习的渴望。

2 教学改革

2.1 优化教学内容

教学内容结合实际工程案例。数字信号处理课程的理论性强是广大师生的共识，学生在学习理论的时候，即使对整个理论的推导有了很好的理解，也很难将这个理论引申到工程实例中。河海大学文天学院的老师，针对上述问题，在重点理论的讲解过程中加入工程实例。采用实例、任务驱动式的教学方法组织教学活动，“教、学、做”同步进行[5]，边教边学，边学边做，学习活动由单一的理论学习，变成学习与实例或任务相结合，让学生上课带着问题而入，下课装着问题而归。课堂讲授过程中采用启发式教学，新知识讲解前，先给学生演示实例，让学生带着问题学习，这样可以大大加强学生的学习兴趣和学习欲望，并且对知识的理解和应用会特别深刻。例如讲解FFT时，讲课教师可以通过语音信号的频谱分析、轴承故障的诊断分析等实例，将知识点与工程应用联系起来。在学习数字滤波器的时候可以首先分享工程实例，以及数字滤波器在语音、图像处理、生物医学等方面的应用，让学生意识到数字滤波器的重要性。通过优化教学内容，极大地调动了学生学习的积极性，培养了学生学以致用的兴趣和素养，教学效果显著提高，教学质量也上了一个新水平。

2.2 优化教学方法

教学过程中引导学生将相近或相似的概念和方法进行小结、比较和分析，注重关联性教学，不仅能掌握知识点之间的共性和个性，还能培养发散思维，提高学习效率，这是应用型本科人才应具有的素养。例如在学习离散傅里叶变换时，理论性很强，公式推导复杂，公式1为DFS，公式2为DFT，对于初学者，这2个公式复杂，难以记忆，并且很难看出之间的区别和联系。我们在讲授过程中，首先通过回顾信号与系统的拉氏变换，逐渐引入数字信号处理的基本知识：DTFT、ZT、DFS、DFT，不再是孤立的知识点学习，而是概念之间的关系入手，引导学生首先总体把握，随后以此展开各个小的知识点的学习。利用知识树结构，清晰展现出原理之间的相互关系（图2），从图2可以看出DFS是DFT的周期延拓，DFT是DFS的主值区间。学生把握知识树结构，对知识点学习变得系统化，简单易懂、形象直观地展现变量之间的关系，避免混淆。同时培养学生将各个知识点关联起来学习，便于归纳和总结，给学生提供了一种新的学习思路[6]。

图2 数字信号处理基本概念关系图

2.3 实践课程改革

应用型人才培养应始终坚持理论和实践并重的原则。理论教学的目的是让学生将所学知识应用于实践，才能达到学以致用的效果。因此，必须加强实践教学环节。

为了提高学生的实践能力及工程素质，我校教师汲取先进的实践教学理念和思想，开拓创新，将理论教学和实验教学合理结合[7]，对实验教学逐步进行改革和实践。河海大学文天学院的实践课课程的安排是24课时的实验课，充分体现了对实践课程的重视，更加注重学生应用能力的培养。

我院老师自行组织编写了《数字信号处理实验指导书》，其目标是为了训练和培养学生的创新能力，合理安排实验步骤，既考虑基础知识，又考虑知识的扩展提高，为后续的毕业设计及学科竞赛打下基础，[4，8-9]每个实验设置参照图3。

图3 数字信号处理实验流程图

实验课的进行，教师主要起引导作用，只简单介绍实验目的和实验原理，后续工作由学生自行完成。实验例题要求学生除了做出实验结果，还要把实验中MATLAB程序都做标注，目的是让学生真正理解程序实现的整个过程，加深对基础理论的理解。实验内容有2部分组成：基本理论和工程案例，即体现理论知识又有实际应用，进一步锻炼学生的实践能力。

3 考核方式改革

根据河海大学文天学院的应用型人才培养方案，考核目的定位在对课程知识的综合把握和对学生独立思考及应用、创新能力的考察[10]；应减少单纯知识点内容的考核比例，增加知识能力体系考核的幅度；改变学生考核成绩的比例组成，加大学习过程、到课率、平时作业、平时表现得分率[11]。更注重学生平时的表现，调动学生参与课堂的讨论，积极回答问题，一定程度上改变了以前那种靠死记硬背能考好、不需要听课理解就能考好的学习状态，同时使得认真听讲的学生与不认真听讲的学生在分数的分配上更趋于合理，更重要是调动了学生平时学习的积极性。

除了对上述考核内容及比例的分配做了改革，还总结了创新设计题目，学生自行分组，通过查阅资料，编程设计，实现老师规定的题目。通过答辩方式考核学生的完成情况，并作为最终成绩的一部分。这个过程除了培养学生综合应用知识的实践能力，还培养了学生的协调组织能力，引导学生以强带弱，共同提高，即使学习稍弱的同学，也可以通过本组同学的讲解，带动提高。通过答辩的方式，可以灵活考察学生的学习情况，比较客观地反应学生对知识的理解情况。

考核方式的改革，改变了传统单纯的依靠卷面成绩的方式，这样就可以避免学生“前松后紧”的学习陋习，前期上课不认真听讲，无故旷课，后期靠突击学习，蒙混过关。考核方式改革取得了显著的效果，学生无故缺勤迟到的次数减少了，上课回答问题的积极性增加了，学生的考试成绩分布合理化，较好完成了对学生“知识、能力、素养”的考核，为应用型人才培养提供了标尺。

4 结语

围绕应用型人才这一培养目的，河海大学文天学院教师积极探索，勇于创新，对数字信号处理课程进行改革，探索具有学院特色的教学方案。注重基础教学，不断吸收新的知识，掌握本专业的最新动态，把本学科的前沿技术、先进理论引入课堂。使枯燥、难懂的理论知识变得有趣、易解，取得良好的教学效果，有效地提高了课堂教学质量，同时加强实践环节，实施个性化考核方式。加强课程的实际应用，极大地调动了学生的学习积极性，实现了培养学生的实践能力和创新精神的目的。

[1]姜秀丽，杨锐锋．试析新建本科院校应用型人才培养的教学体系[J]．黑龙江高教研究，2012（3）：170-172．

[2]赵红军，王振松．信号与系统课程教学实践研究[J]．大学教育，2013（17）：113-115

[3]聂小燕，鲁才．数字信号处理教学改革的探索[J]．实验科学与技术，2008（6）：125-126，140．

[4]张明华．基于Matlab的“数字信号处理”课程教学改革[J]．数字技术与应用，2015（1）：102-104．

[5]杨夷梅，杨玉军．Matlab教学中的方法与实践[J]．中国电力教育，2008（24）：59-60．

[6]罗忠亮．“数字信号处理”课程教学改革实践探索[J]．教育评论，2015(2)：124-126．

[7]高静，王凤文，舒冬梅．《数字信号处理》课程教学实践与探索[J]．科技创新导报，2011（4）：153-155．

[8]杨智明，彭喜元，俞洋．数字信号处理课程实践型教学方法研究[J]．实验室研究与探索,2014，9（33）：180-183．

[9]朱金秀，张卓，朱昌平．数字信号处理课程实验教学研究与实践[J]．实验室研究与探索，2008，5（27）：96-98

[10]张晓森，石斌，邹瑜．论高校课程考核改革与人才培养[J]．淮海工学院学报（社会科学版）,2011（22）：73-74．

[11]崔洪雨．关于高等医学院校课程形成性考核改革的探索[J]．辽宁医学院学报(社会科学版),2014(1)：24-26．

Reform and Practice of Digital Signal Processing Course forApplied Talents Training Mode

JI Ping
(Wentian College of Hehai University,Ma'anshan,Anhui 243002,China)

Cultivating applied talents is the key focus for most colleges and universities.This paper studies the reforms of"digital signal processing"course,focusing on the cultivation of applied talents.This course is theoretical and abstract.The key problem to be solved in the course is to help students understand the basic concepts and improve their ability to solve practical problems.Combined with practical teaching experience,this paper proposes a set of the teaching theory on cultivating applied talents.The teaching theory enables students to obtain skills from the reform of textbooks,teaching content and methods of examination.

DSP;applied talents;MATLAB

G642.0；TN911.72-4

A

1673-1891（2016）04-0117-03

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.04.030

2016-06-28

纪萍（1980—），女，山东青岛人，讲师，硕士研究生，研究方向：数字信号处理。