高等院校“數(shù)字信號處理”課程教育教學(xué)探索

范迪 呂常智

數(shù)字信號處理課程是高等院校電子通信類專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，該課程的理論繁雜、公式多，以教材和教師為中心的傳統(tǒng)課程教學(xué)模式較為單調(diào)、枯燥，學(xué)生參與度不高，興趣不足，未能有效抓取并學(xué)習(xí)該課程的核心知識和核心技術(shù)。由程佩青編著的《數(shù)字信號處理教程（第五版）》（2017年8月1日清華大學(xué)出版社出版）以離散時間信號與離散時間系統(tǒng)的時域、頻域分析方法為理論基礎(chǔ)，重點(diǎn)討論了離散傅里葉變換和數(shù)字濾波器理論等理論內(nèi)容，論述簡明，深入淺出，為數(shù)字信號處理課程的教育教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與內(nèi)容整合提供了一個專業(yè)化的范式，且該書搭配了大量輔助性的教學(xué)軟件、教學(xué)課件、例題習(xí)題等，讓數(shù)字信號處理的課程教育模式更加充實(shí)、生動和有效。

具體來說，該書共包括九個章節(jié)，分別論述了離散時間信號與系統(tǒng)、z變換與離散時間傅里葉變換、離散傅里葉變換（DFT）、快速傅里葉變換（FFT）、數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)、無限長單位沖激響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法、有限長單位沖激響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法、序列的抽取與插值——多抽樣率數(shù)字信號處理基礎(chǔ)、數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)中的有限字長效應(yīng)等知識重點(diǎn)與技術(shù)要點(diǎn)，條理清晰地規(guī)范了高校數(shù)字信號處理課程的教學(xué)內(nèi)容，對當(dāng)前的高校數(shù)字信號處理課程的教育教學(xué)有著較為顯著的啟發(fā)。從該套教程的內(nèi)容出發(fā)，筆者認(rèn)為，高等院校數(shù)字信號處理課程的教育教學(xué)應(yīng)當(dāng)做出以下探索與創(chuàng)新。

第一，明確新形勢下數(shù)字信號處理課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)，轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，設(shè)計(jì)以應(yīng)用研究為導(dǎo)向的課程教學(xué)方案，讓高等院校的數(shù)字信號處理課程更與時俱進(jìn)，自主自覺地融入我國高校課程教育改革的新語境。傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理課程教學(xué)模式是以教師教學(xué)設(shè)計(jì)和教材內(nèi)容為主體的教學(xué)模式，它雖然能夠系統(tǒng)地整合該課程的核心理論知識，但是課程的應(yīng)用性不足，學(xué)生的主動性不強(qiáng)，教學(xué)的效果難以達(dá)到教師課程設(shè)計(jì)的預(yù)期。因此，新形勢下數(shù)字信號處理課程需要深度了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和認(rèn)知規(guī)律，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)理念和教學(xué)思路，重新設(shè)置更貼近現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的數(shù)字信號處理課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)，強(qiáng)化課程教學(xué)中的師生互動，設(shè)計(jì)以應(yīng)用研究為導(dǎo)向的課程教學(xué)方案，從多個角度、多個層面保證數(shù)字信號處理課程教學(xué)的時效性和實(shí)效性。不僅如此，教師還可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知的基礎(chǔ)來設(shè)置不同類型與難度的研究型作業(yè)，讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)之后自主嘗試和掌握相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用。

第二，借助MATLAB等輔助教學(xué)軟件和多媒體等輔助教學(xué)課件，豐富數(shù)字信號處理課程的教學(xué)形式，調(diào)動學(xué)生在數(shù)字信號處理課程中的主動性和積極性，進(jìn)而切實(shí)優(yōu)化數(shù)字信號處理教育教學(xué)的實(shí)際效果。在數(shù)字信號處理課程中應(yīng)用MATLAB等輔助教學(xué)軟件可以將理論具象化，讓學(xué)生能夠?qū)ο嚓P(guān)的概念、定義、公式推導(dǎo)等有更直觀的了解，促進(jìn)學(xué)生對該課程內(nèi)容的深刻理解和熟練掌握。而在數(shù)字信號處理課程中引進(jìn)多媒體等輔助教學(xué)課件可以豐富教學(xué)的有效形式，拓展數(shù)字信號處理課程教學(xué)的開放性渠道和資源整合平臺，線上的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與應(yīng)用更能夠讓學(xué)生隨時隨地參與到教學(xué)過程中，提高數(shù)字信號處理課程教學(xué)的信息化水平。從學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)進(jìn)度的差異性出發(fā).MATLAB和多媒體等技術(shù)手段的引進(jìn)還能夠有效增強(qiáng)數(shù)字信號處理課程教學(xué)的開放性、多元性和包容性特征，讓教師和學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)成效來制定個性化的學(xué)習(xí)方案，促進(jìn)學(xué)生對自身學(xué)習(xí)情況的反思與總結(jié)，增強(qiáng)學(xué)生在數(shù)字信號課程教學(xué)中的自主學(xué)習(xí)能力和自主探索應(yīng)用能力。

第三，革新數(shù)字信號處理課程的評價考核體系，針對該課程復(fù)雜的理論內(nèi)容和公式推導(dǎo)進(jìn)行創(chuàng)新性的教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)制定，減少應(yīng)試型的考核，增加應(yīng)用研究型的考核，全方位反映學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)水平。數(shù)字信號處理課程的常用評價考核模式是應(yīng)試教育體制的一部分，它強(qiáng)調(diào)了學(xué)生對課程知識點(diǎn)的記憶，卻忽略了學(xué)生對課程知識點(diǎn)的理解、消化、應(yīng)用與創(chuàng)新。鑒于此，高等院校的數(shù)字信號處理課程教育教學(xué)應(yīng)當(dāng)積極推進(jìn)課程考核體系的優(yōu)化革新，拓展多元化的考核標(biāo)準(zhǔn)和測試題型，將傳統(tǒng)的應(yīng)試教育轉(zhuǎn)型為創(chuàng)新型的素質(zhì)教育，多方位多角度考核學(xué)生在數(shù)字信號處理專業(yè)上的綜合能力，對學(xué)生的學(xué)習(xí)和應(yīng)用起到良性的引導(dǎo)。除此以外，數(shù)字信號處理課程的評價考核體系革新還可以廣泛吸收學(xué)生的意見和需求，讓學(xué)生積極投入到數(shù)字信號處理課程的設(shè)計(jì)、實(shí)施和考核過程中，增加學(xué)生對該課程的興趣，進(jìn)而讓學(xué)生真正認(rèn)同數(shù)字信號處理課程的一系列改革措施，實(shí)現(xiàn)課程改革與創(chuàng)新的意義和價值。

以上就是筆者在研讀程佩青的《數(shù)字信號處理教程（第五版）》一書的過程中，對高等院校數(shù)字信號處理課程教育教學(xué)的反思與探索，結(jié)果表明，高等院校數(shù)字信號處理課程需要與時俱進(jìn)，廣泛接受新形勢下教學(xué)理念、教育目標(biāo)、教學(xué)資源整合、教學(xué)形式創(chuàng)新等方面的變化與發(fā)展，制定行之有效的課程教學(xué)改革方案，并針對數(shù)字信號處理課程教學(xué)的實(shí)際問題進(jìn)行大膽地創(chuàng)新和改革，解決數(shù)字信號處理課程教學(xué)中的諸多問題，提高數(shù)字信號處理課程的教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)水平。

[基金項(xiàng)目：2017年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“基于FPGA的《數(shù)字信號處理》項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)模式的探索與實(shí)踐” （編號：201702111012）l

（范迪，山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院副教授，博士;呂常智，山東科技大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院副教授，碩士。）