數(shù)字信號處理教學(xué)改革的探索

劉芳

摘要：“數(shù)字信號處理”是電子信息類專業(yè)的重要課程，在各個(gè)學(xué)校的專業(yè)教學(xué)中受到相當(dāng)?shù)闹匾?。本文總結(jié)近幾年學(xué)生學(xué)習(xí)該課程實(shí)際情況的經(jīng)驗(yàn)以及教訓(xùn)，從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面進(jìn)行改革。在理論教學(xué)方面，強(qiáng)調(diào)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改善教學(xué)方法、加強(qiáng)師生互動(dòng)；在實(shí)踐教學(xué)方面，開展課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、實(shí)際解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；改革；實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）49-0242-02

“數(shù)字信號處理”是電子信息類專業(yè)的重要課程，在各校的專業(yè)教學(xué)中受到相當(dāng)?shù)闹匾?。我們總結(jié)近幾年學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的實(shí)際情況，提出從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面進(jìn)行改革，讓課堂教學(xué)深入淺出，教學(xué)方法靈活多變，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力；另外，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題的習(xí)慣，提高學(xué)生實(shí)際解決問題的能力，為其繼續(xù)深造或工作就業(yè)打下良好基礎(chǔ)。

一、理論教學(xué)改革

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。數(shù)字信號處理課程理論性較強(qiáng)，概念抽象，公式繁多，學(xué)生普遍反映理解較困難，因此優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容非常關(guān)鍵。首先，要選擇合適的教材，以基本理論和基本方法為核心，配有舉例說明和MATLAB程序示例；其次，根據(jù)各專業(yè)的不同要求，以及學(xué)生自身基礎(chǔ)水平的區(qū)別，合理選取講授內(nèi)容，淡化對公式的推導(dǎo)，多舉生活實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生理解所學(xué)知識，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣。

2.改善教學(xué)方法。一方面，采用多媒體課件與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學(xué)手段；另一方面，在一些難點(diǎn)知識的講解中，借助FLASH MX等軟件插入動(dòng)畫，吸引學(xué)生的注意力，并使抽象知識更易理解，也可用MATLAB軟件演示仿真程序，讓學(xué)生直觀地看到分析結(jié)果和波形。

例如，采樣定理是學(xué)生普遍反映較難理解的知識。我們通過舉例，給定一個(gè)信號xa（t）=（1+cos（t））/2，首先給出這個(gè)信號及其頻譜的波形，然后，在采樣頻率分別為2Hz和0.5Hz的條件下，分別繪出采樣信號及其對應(yīng)頻譜的波形，如圖1所示。

通過這個(gè)例子，讓學(xué)生清晰地看到，原始信號的頻譜如圖1（a）所示；在采樣頻率為2Hz時(shí)，信號的頻譜是原信號頻譜的周期延拓，如圖1（b）所示；在采樣頻率為0.5Hz時(shí)，信號的頻譜與原信號的頻譜間存在很大差別，如圖1（c）所示。由于原始信號最高頻率接近1Hz，當(dāng)采樣頻率2Hz≥2×1Hz（即采樣頻率大于或等于信號的截止頻率的2倍）時(shí)，采樣信號的頻譜在一個(gè)周期內(nèi)與原信號頻譜相同，否則，會發(fā)生頻譜混疊現(xiàn)象，如圖1（c）所示。

3.加強(qiáng)師生互動(dòng)。為了更好地了解學(xué)生對知識的掌握程度，每次課堂結(jié)束前五分鐘，老師提出一個(gè)與本次課程內(nèi)容相關(guān)的問題，讓學(xué)生課下查閱資料，互相討論，下次課開始，讓學(xué)生上臺陳述自己的解決方案。通過這種辦法，既鍛煉了學(xué)生自我解決問題的能力，也加強(qiáng)了同學(xué)之間的互動(dòng)交流，集思廣益。為了更好地加強(qiáng)師生溝通，我們開發(fā)了一個(gè)課程教學(xué)網(wǎng)站，老師可以把授課重點(diǎn)上傳到網(wǎng)站，便于學(xué)生下載復(fù)習(xí)，學(xué)生也可以在討論區(qū)提出自己的疑問，老師給予及時(shí)解惑。在這樣一種教學(xué)互動(dòng)模式下，學(xué)生與老師處于平等的地位，老師不單純是知識的傳授者和講解者，學(xué)生也不單純是知識的接受者，老師與學(xué)生亦師亦友，互相學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

二、實(shí)踐教學(xué)改革

“實(shí)踐是檢查真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。通過實(shí)踐，讓學(xué)生對課程內(nèi)容理解更深入，學(xué)生在實(shí)踐中，通過“遇到問題—解決問題—總結(jié)問題”這一過程，真實(shí)體會到知識的力量以及解決問題的快樂，老師在實(shí)踐中，只充當(dāng)答疑解惑的角色，學(xué)生自主解決問題才是實(shí)踐的宗旨。

1.課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要借助MATLAB這一可視化軟件，結(jié)合課本知識，開發(fā)一系列由易到難的實(shí)驗(yàn)，包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。例如：設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)“頻域的采樣定理”時(shí)，可以給定一個(gè)長度為10的序列，定義為x（n）={1，2，3，4，5，6，7，8，9，10|n=0，

1，2，3，4，5，6，7，8，9}，要求學(xué)生對x（n）進(jìn)行16點(diǎn)DFT和4點(diǎn)DFT，繪出兩種情況下的頻譜圖X1（k）和X2（k），由X1（k）和X2（k）分別得出y1（n）和y2（n），比較y1（n）和y2（n）與原信號x（n）之間的關(guān)系來驗(yàn)證頻域采樣定理，其結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，16點(diǎn)DFT恢復(fù)出來的信號與原信號相同，4點(diǎn)DFT恢復(fù)出來的信號完全失真，從而驗(yàn)證了頻域采樣定理——頻域采樣的點(diǎn)數(shù)必須大于或等于信號的長度。

設(shè)計(jì)一些與課本重點(diǎn)知識緊密聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)非常重要，通過這些實(shí)驗(yàn)，學(xué)生既能對理論知識深入理解，又能檢驗(yàn)其靈活運(yùn)用MATLAB軟件和理論知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生遇到困難后能獨(dú)立思考并解決難題的精神。

2.課外實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。課外實(shí)驗(yàn)有兩種模式，一是老師給出適合本科生的研究課題，學(xué)生自由組隊(duì)參加，在老師的指導(dǎo)下，于一定時(shí)間內(nèi)完成，并通過結(jié)題答辯，可獲得學(xué)校頒發(fā)的證書。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可免費(fèi)使用學(xué)部開放的實(shí)驗(yàn)室，學(xué)部給予每一個(gè)團(tuán)隊(duì)一定的經(jīng)費(fèi)支持，學(xué)生通過查閱資料，互相探討，在完成課題的過程中大大提高其實(shí)踐動(dòng)手能力。另一種模式為，學(xué)生向老師提出自己感興趣的課題，經(jīng)過老師考證其可行性，指導(dǎo)學(xué)生完成。另外，學(xué)生可申請參加國家舉辦的各種電子類設(shè)計(jì)大賽。這些開放性的實(shí)踐，鍛煉了學(xué)生獨(dú)立鉆研的精神和創(chuàng)新能力，也為其將來進(jìn)一步深造打下良好基礎(chǔ)。

三、結(jié)束語

“數(shù)字信號處理”是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一些學(xué)校考研的必考課程，其重要性顯而易見。我們總結(jié)近幾年學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的實(shí)際情況，從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面進(jìn)行改革，理論教學(xué)是優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改善教學(xué)手段和方法，加強(qiáng)師生互動(dòng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)；實(shí)踐教學(xué)分為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)，開發(fā)合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生遇到困難后迎難而上的精神，提高學(xué)生獨(dú)立思考、實(shí)際解決問題的能力。通過兩年的實(shí)踐證明，數(shù)字信號處理課程改革達(dá)到了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳瑛，張莉陳，迎春.“數(shù)字信號處理”教學(xué)改革的幾點(diǎn)體會[J].南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（6）：14-16.

[2]肖萍萍.面向應(yīng)用能力培養(yǎng)的《數(shù)字信號處理》課程教學(xué)改革[J].高教研究，2012，（1）：7-9.

[3]曹斌芳，彭元杰，蔡劍華.“數(shù)字信號處理”教學(xué)改革與實(shí)踐探索[J].湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，9（1）：164-165.

[4]聶小燕，魯才.數(shù)字信號處理教學(xué)改革的探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2008，6（6）：125-126.