數(shù)字信號處理課程改革與實(shí)踐

王明武

摘 要：“數(shù)字信號處理”是一門理論性強(qiáng)、概念抽象、應(yīng)用范圍廣的工科類專業(yè)課程。本文詳細(xì)地介紹了對“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)所做的一些探索和總結(jié)，并詳細(xì)闡述和探討了教學(xué)大綱、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)等方面的改革。實(shí)踐證明，通過本次教學(xué)改革對提高“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力能夠起到良好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理 教學(xué)改革 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（a）-0163-02

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

數(shù)字信號處理課程具有理論性強(qiáng)、概念抽象的特點(diǎn)[2]，大量的理論和算法都要通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，傳統(tǒng)的教學(xué)計劃學(xué)時大都用在算法的討論和理論公式的推導(dǎo)，教學(xué)手段主要以黑板教學(xué)為主，缺少靈活性，課程偏難且枯燥；教材中Matlab仿真實(shí)例以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)居多，缺少具有實(shí)際工程背景的設(shè)計內(nèi)容[3]，更缺少與數(shù)字信號處理教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的編程實(shí)驗(yàn)，與專業(yè)教學(xué)計劃設(shè)置脫節(jié)，學(xué)生渴望實(shí)踐鍛煉，但又對實(shí)驗(yàn)等一些實(shí)踐環(huán)節(jié)重視程度不夠，因此容易出現(xiàn)學(xué)生怕學(xué)、厭學(xué)及學(xué)不懂，老師怕教、難教、教不好的現(xiàn)象。

2 課堂教學(xué)的改革

2.1 修訂教學(xué)大綱

陜西理工大學(xué)數(shù)字信號處理課程的教學(xué)計劃一般安排40學(xué)時理論教學(xué)，8學(xué)時實(shí)驗(yàn)教學(xué)。遵照學(xué)時安排，合理設(shè)計對學(xué)生的知識與能力指標(biāo)體系，以適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)。課程使學(xué)生培養(yǎng)信號分析與處理的思想，掌握信號處理的基礎(chǔ)理論知識，并側(cè)重于理論知識在實(shí)踐中的應(yīng)用，讓學(xué)生具備應(yīng)用信號處理的基本原理和方法去分析和解決實(shí)際工程問題的能力。

2.2 課堂教學(xué)改革

數(shù)字信號處理內(nèi)容理論性較強(qiáng)，偏重于理論及算法推導(dǎo)，較少涉及實(shí)現(xiàn)方法及相關(guān)的軟硬件技術(shù)，學(xué)生容易感覺枯燥難懂。為解決這些難題，就要完善現(xiàn)有教學(xué)模式，采用多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)板書教學(xué)并用的教學(xué)手段。

一方面，對于課程中的基本理論和算法推導(dǎo)，以及習(xí)題講解仍然采用板書詳細(xì)講解，以便學(xué)生有足夠的時間跟上教師的授課思路，同時結(jié)合學(xué)科發(fā)展趨勢，列出一些實(shí)際的工程實(shí)例與課本知識結(jié)合起來，讓學(xué)生感覺學(xué)以致用。另外，也要把數(shù)字信號處理的發(fā)展過程與理論知識結(jié)合起來，從而能夠掌握各個知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián)與區(qū)別，加深對信號處理思想與工具的理解。例如 “信號與系統(tǒng)”偏重于模擬信號與系統(tǒng)，“數(shù)字信號處理”偏重于數(shù)字信號與系統(tǒng)，原因是計算機(jī)只能處理數(shù)字信號，不能處理連續(xù)信號，所以必須把模擬信號通過抽樣、量化、編碼等步驟變換成數(shù)字信號，計算機(jī)才能識別處理模擬信號。這樣就可使學(xué)生把相關(guān)的思想、原理和方法融會貫通成一個完整的知識體系。另一方面，對于諸如時域頻域抽樣和Z變換等表示物理工程概念，以及包括本學(xué)科新技術(shù)和新進(jìn)展在內(nèi)的課程內(nèi)容則采用多媒體方式，通過聲音、圖片、動畫、Matlab仿真等多種互動教學(xué)形式，不僅節(jié)省了學(xué)時，而且有助于學(xué)生形象理解和提高學(xué)習(xí)興趣，加深對課程內(nèi)容的理解。

2.3 考試措施改革

學(xué)生的綜合成績主要由筆試、實(shí)驗(yàn)和平時成績組成，各占比重為70%，20%，10%，有效地將學(xué)習(xí)過程考核、實(shí)驗(yàn)設(shè)計環(huán)節(jié)，以及課程設(shè)計納入到考核范圍[4]。其中筆試主要考核學(xué)生對數(shù)字信號處理理論內(nèi)容的掌握情況，注重分析與綜合運(yùn)用；實(shí)驗(yàn)成績?yōu)椴僮骷寄芎蛯?shí)驗(yàn)報告兩部分組成，增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)踐環(huán)節(jié)的重視，強(qiáng)化其編程、仿真調(diào)試能力，以及獨(dú)立分析解決問題的素質(zhì)；平時成績的給定主要參考平時課題提問及回答、作業(yè)成績、課堂考勤，以及課程設(shè)計等部分，課程設(shè)計報告要求在數(shù)字信號處理課程結(jié)課后，分小組自助選題做研究，并按照規(guī)定的格式和內(nèi)容要求提交一份研究報告。

3 實(shí)踐教學(xué)的改革

3.1 改革Matlab實(shí)驗(yàn)

在教材或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供必要工作環(huán)境和條件，增設(shè)設(shè)計性和綜合型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，人體心電圖在測量過程中間容易受到外界環(huán)境通信及電磁信號的干擾。實(shí)驗(yàn)給出一個心電圖信號采樣序列標(biāo)本x（n），假設(shè)該信號中存在外界干擾信號，要求在實(shí)驗(yàn)中輸入心電圖序列x（n），濾除x（n）序列中的外界干擾信號，保留原始的有用信號。學(xué)生通過類似的綜合性實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)信號的頻譜分析、濾波和設(shè)計，完成簡單的數(shù)字信號處理功能，從而鍛煉了學(xué)生的綜合運(yùn)用能力，使其感覺有趣、有用，更能進(jìn)一步增強(qiáng)其學(xué)習(xí)、科研的興趣和能力。

3.2 改革DSP實(shí)驗(yàn)

目前，我院利用現(xiàn)有的銀杏科技公司的DES320PP-U數(shù)字信號處理仿真/教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集成了型號為XDS510仿真調(diào)試器，不需要外部JTAG仿真器即可完成DSP各個模塊的實(shí)驗(yàn)；該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)全面支持TI公司的C2000，C5000，C6000等系列DSP，可開設(shè)出算術(shù)運(yùn)算類、數(shù)字信號處理理論類、芯片原理類、DSP/BIOS、信號與系統(tǒng)類、控制類，以及硬件擴(kuò)展設(shè)計實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為此，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，借助于試驗(yàn)箱及其CCS編程環(huán)境，學(xué)生可以在CCS圖形窗口觀察信號的時域和頻域曲線，觀察原始信號和濾波后信號的曲線。這樣，可有機(jī)地將硬件和軟件相結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將數(shù)字信號處理理論與DSP控制器使用編程融為一體，真正地講數(shù)字信號處理理論應(yīng)用到實(shí)際工程中，達(dá)到理論與實(shí)踐相統(tǒng)一的目的，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)與編程環(huán)節(jié)中達(dá)到“知其然，更知其所以然”。

我院將全部實(shí)驗(yàn)室對外開放，學(xué)生可以主動聯(lián)系實(shí)驗(yàn)室，可以在實(shí)驗(yàn)室無教學(xué)任務(wù)的情況下，自行練習(xí)教材或課堂上的程序，也可以自己提出要研究的課題，進(jìn)行論證編程。通過實(shí)踐實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的鍛煉，達(dá)到從教學(xué)實(shí)驗(yàn)鍛煉到工程實(shí)踐的逐層深化和提高，從而有助于學(xué)生具有自助學(xué)習(xí)探究的態(tài)度，以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的精神，以適應(yīng)當(dāng)前多元化的社會對綜合人才的需求[5]。

4 結(jié)語

通過對數(shù)字信號處理的課程大綱、課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等方面的系列改革，在實(shí)際的教學(xué)中取得了令人滿意的教學(xué)效果，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，讓學(xué)生更為深刻地理解了信號處理的思想和基本理論，而且培養(yǎng)了學(xué)生思考與鉆研能力。希望通過進(jìn)一步地教學(xué)改革和嘗試，帶動應(yīng)用型本科院校數(shù)字信號處理教學(xué)質(zhì)量再上一個臺階。

參考文獻(xiàn)

[1] 王秋生，袁海斌.“數(shù)字信號處理"教學(xué)方法的探索與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2008，30（4）：87-89.

[2] 王冬霞，李波，孫福明，等.應(yīng)用型本科院?！稊?shù)字信號處理》的教學(xué)改革與探索[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，12（6）：30-31.

[3] 毛伊敏，鐘文濤.數(shù)字信號處理課程研究型教學(xué)方法研究[J].中國電力教育，2008（11）：79-80.

[4] 沈媛媛，劉益成.數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008（10）：98-99.

[5] 王艷芬，王剛，張曉光，等.《數(shù)字信號處理》研究性課程建設(shè)與探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2008（4）：80-82.endprint