數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)改革與探索

許亞男

摘要：作為應(yīng)用型本科院校，針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程本身的理論性強(qiáng)、概念抽象、公式繁多等特點(diǎn)，經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，在理論教學(xué)過程中盡力淡化公式的概念推導(dǎo)，重點(diǎn)介紹公式的應(yīng)用，引入Matlab仿真教學(xué)以及學(xué)校數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大提高。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理;教學(xué)改革;實(shí)踐改革

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2019）02-0108-02

數(shù)字信號(hào)處理是電子通信類專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是很多專業(yè)的研究生入學(xué)考試科目，教學(xué)過程中學(xué)生都普遍反映課程的內(nèi)容枯燥、理論太強(qiáng)、公式多且繁，整本書感覺都是在進(jìn)行公式推導(dǎo)， 學(xué)生很難產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣[1][2]。數(shù)字信號(hào)處理這門課程對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)要求比較高，學(xué)生前期高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、概率論等數(shù)學(xué)知識(shí)比較扎實(shí)的話對(duì)學(xué)習(xí)這門課程會(huì)有很大幫助，其次，信號(hào)與系統(tǒng)是數(shù)字信號(hào)處理的先學(xué)課程， 有些同學(xué)信號(hào)與系統(tǒng)都沒有學(xué)好，怎么能夠?qū)W好數(shù)字信號(hào)處理，可以說數(shù)字信號(hào)處理是緊接著信號(hào)與系統(tǒng)的連續(xù)系統(tǒng)分析轉(zhuǎn)換到離散系統(tǒng)分析，是一門基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的課程，其很多知識(shí)都是與公式推導(dǎo)聯(lián)系在一起的，學(xué)生聽不懂、不想聽甚至厭惡聽都是可以理解的。然而作為一名高校教師有義務(wù)將這門課程教好，所以我們學(xué)校電子課題組的老師多年來一直在完善教學(xué)方法與教學(xué)手段，盡可能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以符合我們學(xué)校應(yīng)用型本科院校的定位， 達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)。

1教學(xué)現(xiàn)狀

目前我們學(xué)校在這類課程的教學(xué)過程中，還沒有形成一個(gè)健全的教學(xué)模式，大部分老師教學(xué)的時(shí)候，重點(diǎn)還是在課程理論的講解上面，但是學(xué)生根本不感興趣，所以我們迫切希望能夠讓學(xué)生從根本上不再厭煩理論的講解，這需要將理論知識(shí)進(jìn)行剖析分解，將枯燥的內(nèi)容形象化，將難懂的內(nèi)容簡單化后再傳授給學(xué)生，同時(shí)要增加實(shí)踐的比重，強(qiáng)調(diào)課程的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。以下幾個(gè)方面是我們目前遇到的主要問題。

1.1重理論輕實(shí)踐

“數(shù)字信號(hào)處理”課程是對(duì)數(shù)字信號(hào)的一些處理方法的介紹，課程理論性很強(qiáng)，全篇公式特別多，老師們在上課的過程中難免需要對(duì)這些公式進(jìn)行推導(dǎo)、證明，讓學(xué)生以為公式才是重點(diǎn)。另外，課程實(shí)驗(yàn)主要還是以Matlab仿真實(shí)現(xiàn)課本上的一些基本算法，很多算法都是Matlab工具箱自帶的，并不需要學(xué)生自己去編程，根本不能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1.2只講授確定信號(hào)，不講授隨機(jī)信號(hào)

目前，我們學(xué)校在《數(shù)字信號(hào)處理課程》的講授過程中還沒有對(duì)隨機(jī)信號(hào)內(nèi)容進(jìn)行講解的，可是，我們在實(shí)際生活中，經(jīng)常處理的信號(hào)都是一些隨機(jī)信號(hào)，比如語音信號(hào)，噪聲干擾信號(hào)，心電信號(hào)等等。所以，今后教學(xué)過程中有必要介紹一些隨機(jī)信號(hào)的知識(shí)，這樣對(duì)學(xué)生今后考研和工作上可能都會(huì)有很大幫助的。

1.3教材選擇的不夠合理

經(jīng)過比較，我們選擇的幾個(gè)版本的教材理論性都太強(qiáng)，與前期的復(fù)變函數(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)等課程的銜接不夠緊密，學(xué)生一時(shí)不能適應(yīng)課程的教學(xué)，另外教材中也沒有涉及實(shí)驗(yàn)教學(xué)，缺乏實(shí)踐案例，學(xué)生無法從全篇的公式推導(dǎo)中尋找到學(xué)習(xí)的樂趣，也就很難培養(yǎng)出應(yīng)用型人才。

1.4考核方式比較單一

一直以來，數(shù)字信號(hào)處理的考核跟其他課程一樣，由平時(shí)成績與期末成績構(gòu)成，平時(shí)成績主要包括考勤、作業(yè)以及課堂表現(xiàn)，一般占30%，期末考試是老師上完該課程之后進(jìn)行統(tǒng)一的閉卷考試，占總成績的70%，這種考核方式重點(diǎn)是考查學(xué)生對(duì)基本理論、基本概念的掌握，學(xué)生都是通過考前死記硬背來應(yīng)付這樣的考試的，等到考試一結(jié)束，就忘記得干干凈凈，根本考查不了學(xué)生分析和解決問題的能力，更不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

1.5學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高

很多學(xué)生還沒有擺脫高中時(shí)期的應(yīng)試教育的影響，一味地覺得做題才是學(xué)好理工科的關(guān)鍵，覺得考個(gè)高分就代表這門課學(xué)得很好，其實(shí)大學(xué)生真正要學(xué)好一門課程還是要從這門課程的應(yīng)用方面來著手，只有意識(shí)到這門課程的學(xué)習(xí)價(jià)值，才能主動(dòng)自覺的要求學(xué)，也才能真正地學(xué)好一門課程，所以，要想使學(xué)生對(duì)《數(shù)字信號(hào)處理》這門課程感興趣，首先應(yīng)該讓他們真正認(rèn)識(shí)門課程價(jià)值所在。

為了培養(yǎng)出應(yīng)用型本科人才，我們需要讓學(xué)生對(duì)課程感興趣，讓他們在掌握一定理論基礎(chǔ)的前提下，更多的將課程的工程應(yīng)用于自己的實(shí)際工作中，解決自己工作中遇到的問題。因此，我們有必要探索更好的教學(xué)方法，以幫助學(xué)生更好地掌握這門課程的學(xué)習(xí)，為今后的學(xué)習(xí)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2教學(xué)改革建設(shè)方案與措施

基于我校數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)中存在的一些問題，結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況對(duì)該門課程提出了幾點(diǎn)改革措施。

2.1選擇合適的教材

針對(duì)后升本的普通本科院校來說，很多課程的教材選用還存在一個(gè)摸索階段，需要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與老師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)才能找到最適合應(yīng)用型本科院校的教材。當(dāng)前大部分高校都是使用一些理論性比較強(qiáng)的教材，比如鄭君里編著的《數(shù)字信號(hào)處理》，程佩青編著的《數(shù)字信號(hào)處理教程》等[3][4]。 這些教材理論性都比較強(qiáng)，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用講解的太少，我們可以嘗試選擇一些結(jié)合工程應(yīng)用的教材，比如趙紅怡，張常年編著的《數(shù)字信號(hào)處理及其MATLAB實(shí)現(xiàn)》。同時(shí)，可以引導(dǎo)一些層次比較好的同學(xué)參考一些優(yōu)秀的國外教材，比如美國維納 K英格爾以及約翰 G普羅克斯著，劉樹棠，陳志剛譯的《數(shù)字信號(hào)處理》（ MATLAB版）第3版。

2.2制定合理的教學(xué)大綱，調(diào)整理論與實(shí)踐的課時(shí)比例

根據(jù)不同專業(yè)學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理的差異性，制定不同的教學(xué)大綱。不同專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)不同，對(duì)課程的要求也不同，需要根據(jù)不同專業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)課程的理論與實(shí)踐教學(xué)課時(shí)的安排也需要適當(dāng)調(diào)整。比如對(duì)于電子信息類的專業(yè)在開設(shè)這門課程之前應(yīng)該多學(xué)過高等數(shù)學(xué)與信號(hào)與系統(tǒng)等相關(guān)課程，并且還開設(shè)了信號(hào)與系統(tǒng)的MATLAB仿真實(shí)訓(xùn)，所以學(xué)生具備了一定的基礎(chǔ)知識(shí)，而且信號(hào)與系統(tǒng)也是電子信息專業(yè)的重要專業(yè)課，很多同學(xué)想著以后考研要考這門課程，所以學(xué)的時(shí)候都很認(rèn)真，這樣他們在學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理的時(shí)候會(huì)輕松很多，所以理論課時(shí)可以適當(dāng)?shù)卦黾右恍瑢?shí)踐內(nèi)容也可以適當(dāng)?shù)丶哟箅y度。其他一些專業(yè)比如電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)生在學(xué)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)候重視程度不夠，也沒有安排信號(hào)與系統(tǒng)的MATLAB實(shí)訓(xùn)，后面學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理的時(shí)候就更沒有興趣了，對(duì)于電氣類學(xué)生應(yīng)該重點(diǎn)放在簡單的算法實(shí)現(xiàn)與工程應(yīng)用上，對(duì)于一些煩瑣的公式推導(dǎo)盡量淡化，知識(shí)內(nèi)容上也可以適當(dāng)?shù)貏h減一些，這樣可以一定程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以便取得滿意的效果。新舊教學(xué)課時(shí)有所改變見表1。

2.3教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革

理論教學(xué)中強(qiáng)調(diào)數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)際應(yīng)用性，注重實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的動(dòng)手能力。教學(xué)過程中隨時(shí)利用MATLAB、LABVIEW仿真軟件對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，同時(shí)借助課程實(shí)訓(xùn)加強(qiáng)對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的理解，有條件的話引入硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是很有必要的。

課堂教學(xué)應(yīng)該板書與多媒體結(jié)合使用，基本概念與基本公式可以寫在黑板上，不會(huì)占用太多時(shí)間，公式的推導(dǎo)以及圖解就可以借助多媒體來展示，這樣老師可以省下很多時(shí)間來寫公式的推導(dǎo)過程，可以把更多的時(shí)間用于公式含義的講解，物理意義以及工程應(yīng)用的引入，這樣學(xué)生就不會(huì)覺得這門課程全程都是公式推導(dǎo)了。實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以matlab仿真實(shí)訓(xùn)為主，讓學(xué)生更加熟悉matlab軟件的使用，同時(shí)加深對(duì)課本中一些理論的理解，尤其將很多理論知識(shí)通過仿真實(shí)驗(yàn)看到它們的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)后期還會(huì)開設(shè)一門DSP課程，將DSP硬件實(shí)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中[5]。

此外，除了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，還應(yīng)充分利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺(tái)，將教學(xué)大綱、教學(xué)要求、電子教案、網(wǎng)絡(luò)課件、習(xí)題及答案等內(nèi)容上網(wǎng)，學(xué)生可以課前預(yù)習(xí)，也可以課后復(fù)習(xí)，還可以隨時(shí)通過平臺(tái)向老師提問，給老師留言等等，這樣使得學(xué)生與老師之間的溝通變得更加方便，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.4考核方式的優(yōu)化

以往數(shù)字信號(hào)處理的考核都是以期末考試為主，平時(shí)課堂表現(xiàn)與課內(nèi)實(shí)踐為輔，按照三七比例（平時(shí)成績占30%，期末卷面成績占70%）給出總評(píng)成績，試卷上面能夠考察的還是公式為主，很難考查學(xué)生是否真的知道這門課程的實(shí)際應(yīng)用，以及學(xué)生的實(shí)際編程與動(dòng)手能力，所以我們嘗試平時(shí)多進(jìn)行一些實(shí)踐內(nèi)容的考察，比如平時(shí)布置一些實(shí)際動(dòng)手的項(xiàng)目讓學(xué)生去完成，可以分小組完成，最后提交項(xiàng)目報(bào)告，根據(jù)完成情況，給出平時(shí)實(shí)踐分?jǐn)?shù)，將期末考試分成理論與實(shí)踐兩部分，實(shí)踐部分可以開放式考核，這樣課程的學(xué)習(xí)目的就達(dá)到了。表2就是對(duì)課程考核進(jìn)行改革的具體情況。

2.5教師綜合素質(zhì)的提高

教師是傳道授業(yè)的主體，作為工科的老師就更應(yīng)該要不斷豐富自己的知識(shí)儲(chǔ)備，不斷更新自己的知識(shí)體系，要經(jīng)常參加一些學(xué)術(shù)交流， 熟悉本領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)，同時(shí)與本教研室的老師也要經(jīng)常探討課程的改革方式方法，不斷提高教師的教學(xué)水平，尤其是從事該課程教學(xué)的老師需要經(jīng)常在一起溝通教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)與討論的機(jī)會(huì)，分析大家教學(xué)中遇到的問題以及學(xué)生的反饋意見等，不斷提高自己的教學(xué)水平。

3結(jié)論

經(jīng)過一段時(shí)間的教學(xué)改革，采用理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方法，注重課程本身的實(shí)際應(yīng)用，避開一些煩瑣的公式、理論推導(dǎo)，可以使得學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大提高，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。利用Matlab仿真軟件可以使課堂教學(xué)中的枯燥內(nèi)容變得實(shí)際生動(dòng)，板書結(jié)合多媒體教學(xué)更能點(diǎn)面結(jié)合，做到該詳細(xì)的詳細(xì)該生動(dòng)的生動(dòng)，單獨(dú)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)可以更加集中學(xué)習(xí)實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)可以引入項(xiàng)目教學(xué)，讓學(xué)生發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，完成整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)生興趣，也為今后工作打下良好的基礎(chǔ)。同時(shí)充分利用學(xué)校的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，可以方便學(xué)生在課下查閱課程相關(guān)資料，做好預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)，還可以與授課老師進(jìn)行在線交流，學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性大大提高。

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