高等院校“数字信号处理”课程教育教学探索

范迪 吕常智

数字信号处理课程是高等院校电子通信类专业的基础课程之一，该课程的理论繁杂、公式多，以教材和教师为中心的传统课程教学模式较为单调、枯燥，学生参与度不高，兴趣不足，未能有效抓取并学习该课程的核心知识和核心技术。由程佩青编著的《数字信号处理教程（第五版）》（2017年8月1日清华大学出版社出版）以离散时间信号与离散时间系统的时域、频域分析方法为理论基础，重点讨论了离散傅里叶变换和数字滤波器理论等理论内容，论述简明，深入浅出，为数字信号处理课程的教育教学内容设计与内容整合提供了一个专业化的范式，且该书搭配了大量辅助性的教学软件、教学课件、例题习题等，让数字信号处理的课程教育模式更加充实、生动和有效。

具体来说，该书共包括九个章节，分别论述了离散时间信号与系统、z变换与离散时间傅里叶变换、离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）、数字滤波器的基本结构、无限长单位冲激响应（IIR）数字滤波器设计方法、有限长单位冲激响应（FIR）数字滤波器设计方法、序列的抽取与插值——多抽样率数字信号处理基础、数字滤波器实现中的有限字长效应等知识重点与技术要点，条理清晰地规范了高校数字信号处理课程的教学内容，对当前的高校数字信号处理课程的教育教学有着较为显著的启发。从该套教程的内容出发，笔者认为，高等院校数字信号处理课程的教育教学应当做出以下探索与创新。

第一，明确新形势下数字信号处理课程的教学目标和教学任务，转变教学思路，设计以应用研究为导向的课程教学方案，让高等院校的数字信号处理课程更与时俱进，自主自觉地融入我国高校课程教育改革的新语境。传统的數字信号处理课程教学模式是以教师教学设计和教材内容为主体的教学模式，它虽然能够系统地整合该课程的核心理论知识，但是课程的应用性不足，学生的主动性不强，教学的效果难以达到教师课程设计的预期。因此，新形势下数字信号处理课程需要深度了解学生的学习需求和认知规律，转变传统的教学理念和教学思路，重新设置更贴近现实应用的数字信号处理课程教学目标和教学任务，强化课程教学中的师生互动，设计以应用研究为导向的课程教学方案，从多个角度、多个层面保证数字信号处理课程教学的时效性和实效性。不仅如此，教师还可以根据学生学习认知的基础来设置不同类型与难度的研究型作业，让学生在理论学习之后自主尝试和掌握相关的实际应用。

第二，借助MATLAB等辅助教学软件和多媒体等辅助教学课件，丰富数字信号处理课程的教学形式，调动学生在数字信号处理课程中的主动性和积极性，进而切实优化数字信号处理教育教学的实际效果。在数字信号处理课程中应用MATLAB等辅助教学软件可以将理论具象化，让学生能够对相关的概念、定义、公式推导等有更直观的了解，促进学生对该课程内容的深刻理解和熟练掌握。而在数字信号处理课程中引进多媒体等辅助教学课件可以丰富教学的有效形式，拓展数字信号处理课程教学的开放性渠道和资源整合平台，线上的网络学习与应用更能够让学生随时随地参与到教学过程中，提高数字信号处理课程教学的信息化水平。从学生学习基础与学习进度的差异性出发.MATLAB和多媒体等技术手段的引进还能够有效增强数字信号处理课程教学的开放性、多元性和包容性特征，让教师和学生可以根据学习成效来制定个性化的学习方案，促进学生对自身学习情况的反思与总结，增强学生在数字信号课程教学中的自主学习能力和自主探索应用能力。

第三，革新数字信号处理课程的评价考核体系，针对该课程复杂的理论内容和公式推导进行创新性的教学考核标准制定，减少应试型的考核，增加应用研究型的考核，全方位反映学生的真实学习水平。数字信号处理课程的常用评价考核模式是应试教育体制的一部分，它强调了学生对课程知识点的记忆，却忽略了学生对课程知识点的理解、消化、应用与创新。鉴于此，高等院校的数字信号处理课程教育教学应当积极推进课程考核体系的优化革新，拓展多元化的考核标准和测试题型，将传统的应试教育转型为创新型的素质教育，多方位多角度考核学生在数字信号处理专业上的综合能力，对学生的学习和应用起到良性的引导。除此以外，数字信号处理课程的评价考核体系革新还可以广泛吸收学生的意见和需求，让学生积极投入到数字信号处理课程的设计、实施和考核过程中，增加学生对该课程的兴趣，进而让学生真正认同数字信号处理课程的一系列改革措施，实现课程改革与创新的意义和价值。

以上就是笔者在研读程佩青的《数字信号处理教程（第五版）》一书的过程中，对高等院校数字信号处理课程教育教学的反思与探索，结果表明，高等院校数字信号处理课程需要与时俱进，广泛接受新形势下教学理念、教育目标、教学资源整合、教学形式创新等方面的变化与发展，制定行之有效的课程教学改革方案，并针对数字信号处理课程教学的实际问题进行大胆地创新和改革，解决数字信号处理课程教学中的诸多问题，提高数字信号处理课程的教学质量与教学水平。

[基金项目：2017年度教育部产学合作协同育人项目“基于FPGA的《数字信号处理》项目式实践教学模式的探索与实践” （编号：201702111012）l

（范迪，山东科技大学电子信息工程学院副教授，博士;吕常智，山东科技大学电气与自动化工程学院副教授，硕士。）