《数字信号处理》双语教学改革研究

王婵飞 许亚美 何继爱 陈海燕

[摘 要] 针对《数字信号处理》课程理论性强、概念抽象的特点，总结认识在教学中存在的问题，探索并采用双语教学模式，同时结合信号处理专业国内外最新的相关研究成果，有效地提高学生的实践能力和专业科研能力。

[关键词] 《数字信号处理》;双语教学;实践;科研能力

[资助项目] 兰州理工大学高等教育研究项目（GJ2019B-13）

[作者简介] 王婵飞，兰州理工大学计算机与通信学院教师。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）19-0154-02    [收稿日期] 2019-10-22

一、引言

现阶段，教育国际化已成为高等教育的发展趋势，双语教学也成了高等教育走向国际化的必经之路[1]。针对本科院校中的某些专业适时地推广双语教学，这不仅符合國际潮流，也是目前我国高等教育教学的重点。近年来，部分国内学者在双语教学方面进行了深入的探索，取得了一定的成果[2]。《数字信号处理》课程是通信工程、电子信息科学与技术、物联网等工科、电类及其相关专业本科生的一门重要学科基础课。该课程的教学内容涉及数字信号和系统的时域、变换域分析以及数字滤波器设计的基础理论和算法实现，为学生学习图像处理、语音处理、雷达信号处理、通信信号处理等更专业的信号处理知识打下坚实的理论基础[3]。因此，该课程的教学效果直接关系到相关专业学生的科研能力。因而我校基于通信工程专业对《数字信号处理》课程施行教学改革，采用双语教学模式，注重对学生科研素养的培养，提升学生解决实际问题的能力。

二、实现数字信号处理的专业课题融合

在以往的课件中加入风格不同的教学内容，将科研工作融入课堂教学，即教师把自己在科研过程中总结的精华与教学内容相结合，增加国际前沿学术论文及方法的分析环节，将学生所学知识和最新的信号处理课题相结合，筛选部分适合学生参考学习的科学研究结果。例如，在讲到时频域信号采样定理时，可以适当引入目标定位与跟踪的课题：在智能环境中，如何利用音频信号进行采集和高效的定位;如何通过摄像机进行视频信号的采集，进而实现更精准的定位与跟踪。通过此种双语教学方式将带来如下几方面的好处：（1）可使同学们了解到通信领域相关的世界前沿科研成果及方法[4]，开阔学生视野。（2）将最新的学术前沿知识引入课堂，与学生的专业知识得以融合，会增加学生学习的动力和热情。（3）通过查看专业相关论文，可使同学们尽早熟悉专业课题中的英文表达方式，为进一步做好自己感兴趣的科研工作打下坚实的基础。

三、增加实际工程案例的分析

为进一步提高课程教学质量，在教学过程中增加与工程实际问题紧密结合的实际案例[5]，增加学生学习的积极性。

案例1：在学习无线冲激响应（IIR）数字滤波器时，针对工程中经常碰到的问题，引发学生思考如下问题：设计一个IIR数字低通滤波系统，对一段含有高频噪声的音乐信号滤波去噪。在这种情况下如何有效去除高频噪声？该问题的解决重点是让同学们开动脑筋，利用Matlab编程设计一个IIR滤波器，通过滤波去除高频噪声。将含噪音乐信号的时域波形和频谱仪通过滤波器滤除高频干扰后的音乐信号时域波形和频谱进行对比，得出有效的结论。

案例2：在提到“相关”运算的概念时，引入相关在信号检测中的实际应用。例如，由信号y的波形很难直接判断信号y中是否存在周期性信号x，这时可以分别计算并画出信号y和信号x的相关函数。通过观察“相关”运算后的结果，即可判断y中是否存在周期信号x。

案例3：在讨论滑动平均的系统去噪问题时，假设原始信号为：s[k]=5+2cos（0.02πk）+（2k）0.9，经噪声干扰的信号为：x[k]=s[k]+n[k]，其中n[k]为噪声信号。这时即可利用M点滑动平均系统进行去噪，其输入—输出关系为：y[k]=x[k-n]。利用M点滑动平均系统去噪的效果如上图所示。相关的Matlab代码如下：% Signal Smoothing by Moving Average Filter，N = 201;n = 1.0*rand（1，N）-0.5;k=0：N-1;s=2*k.*（0.9.^k）+2.0*cos（0.02*pi*k）+5.0;x=s+n;subplot（2，1，1）;plot（k，n，'k-'，k，s，'b--'，k，x，'m-'）;xlabel（'Time index k'）; legend（'n[k]'，'s[k]'，' x[k]'）;M =5;b = ones（M，1）/M; a =[1];y = filter（b，a，x）;subplot（2，1，2）;plot（k，s，'b-'，k，y，'r-'）;xlabel（'Time index k'）;legend（'s[k]'，'y[k]'）;根据此类工程案例的特点，不断地从实际问题中进行归纳总结，选择合理的技术措施正确地解决问题，这不仅可以锻炼学生的创新与实践动手能力，还可进一步激发他们解决实际工程问题的兴趣。

四、选择经典英文教材

本次教改的目的之一是要提高学生的科研能力。目前在《数字信号处理》教材选择方面，有几个版本的英文教材非常经典，值得推广。在这里，以傅立叶变换和滤波器的设计为主推荐其中的两本。

1.由Steven W.Smith主编的Digital Signal Processing：A Practical Guide for Engineers and Scientists， 此书浅显易懂，对相关概念的物理意义描述很清晰，公式推导很少，对数学功底的要求较低，非常适合零基础的学习者，是入门者的不二选择。同时，对有一定数字信号处理相关经验的读者也会有很大的启发。

2.由John G.Proakis主编的Digital Signal Processing，该书内容非常丰富，大致包括了数字信号处理课程本科和研究生阶段的全部内容，数学推导很严谨，适合于有一定数字信号处理基础的研究者。以上两本书风格不同，但在数字信号处理类图书中都是堪称经典的教材。由Smith主编的教材不属于学院派的风格，但布局独特，内容通俗易懂，适合自学。由Proakis主编的教材，是从系统性的角度介绍数字信号处理的基本概念和基础理论，将通俗化与严谨性进行了很好的结合。同学们可针对自己的实际情况选择适合自己的参考书。

五、结语

针对《数字信号处理》课程理论性强、概念抽象的特点，总结认识在以往教学中存在的问题，探索并采用双语教学模式，选择经典英文教材的同时，结合信号处理专业国内外最新的相关研究成果，增加对实际工程案例的分析，激发学生的学习兴趣，有效地提高学生的实践能力和专业科研能力。

参考文献

[1]支凯妮.关于大学英语教学与双语教学衔接的思考[J].校园英语，2019（31）：15.

[2]常青云，臧晓歡.“科技论文写作”课程双语教学的改革与实践[J].新课程研究，2018（4）：80-82.

[3]陈后金.数字信号处理（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[4]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，2014，33（9）：180-183.

[5]罗倩.数字信号处理课程设计中创新性实践探索[J].教育教学论坛，2016（11）：145-146.

Research on the Bilingual Teaching Reform of "Digital Signal Processing"

WANG Chan-fei， XU Ya-mei， HE Ji-ai， CHEN Hai-yan

（School of Computer and Communication， Lanzhou University of Technology，

Lanzhou， Gansu 730050， China）

Abstract：Aiming at the characteristics of complex theory and abstract concept of "Digital Signal Processing"， this paper discusses the problems in the teaching and explores the bilingual education mode combined with the latest relevant research results of signal processing profession，thereby effectively improving students' practical ability and professional scientific research ability.

Key words："Digital Signal Processing"; bilingual education; practice; research capabilities