地方高?！皵?shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)模式探討

周作梅，石成遠(yuǎn)

(1.凱里學(xué)院 大數(shù)據(jù)工程學(xué)院，貴州 凱里 556011；2.凱里市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，貴州 凱里 556000)

1 “數(shù)字信號(hào)處理”的教學(xué)現(xiàn)狀及問題

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，“數(shù)字信號(hào)處理”的理論得到了快速發(fā)展，其技術(shù)應(yīng)用已滲透到人們?nèi)粘Ｉ钪?，如醫(yī)療、智能家用電器、圖像語音處理等方面?！皵?shù)字信號(hào)處理”是信息工程、通信工程等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其課程內(nèi)容可概括為一個(gè)基礎(chǔ)(離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)頻分析)與兩個(gè)支柱(DFT及FFT、IIR及FIR的理論指導(dǎo)及設(shè)計(jì))[1]。其教學(xué)目的是在學(xué)生學(xué)完了“復(fù)變函數(shù)”“信號(hào)與系統(tǒng)”等課程后，進(jìn)一步為學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)打基礎(chǔ)。學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程后應(yīng)能掌握離散信號(hào)的分析方法和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)使用一些必要的仿真軟件，為進(jìn)一步應(yīng)用該技術(shù)打下理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)。

“數(shù)字信號(hào)處理”課程對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，許多的理論和方法都是基本于數(shù)學(xué)表達(dá)及推導(dǎo)展開，基礎(chǔ)知識(shí)里的Z變換、LS變換、DTF與FFT等涉及大量的積分、圍線積分、級(jí)數(shù)、留數(shù)定理等。地方高校的學(xué)生大部分?jǐn)?shù)字基礎(chǔ)較薄弱，對(duì)“信號(hào)與系統(tǒng)”等先行課的學(xué)習(xí)也只是表面理解，照著公式等套路計(jì)算，不能將所學(xué)理論知道綜合應(yīng)用到實(shí)踐中，因此在“數(shù)字信號(hào)處理”的學(xué)習(xí)過程中，不能理論與實(shí)踐相結(jié)合，不用將抽象的概念定理實(shí)例化，用實(shí)踐加強(qiáng)對(duì)理論知道的理解。

2 地方高校“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)改革

2.1 課程群教學(xué)模式建設(shè)

根據(jù)課程特點(diǎn)，將“數(shù)字信號(hào)處理”的先修課程(“隨機(jī)信號(hào)分析”“信號(hào)與系統(tǒng)”等)與后續(xù)課程(“數(shù)字圖像處理”“模式識(shí)別”等)融合形成課程群，根據(jù)該課程在課程群中所處的位置，優(yōu)化教學(xué)大綱，使教學(xué)內(nèi)容無重疊，讓學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)獲得最多的理論和實(shí)踐知識(shí)[2]。清理各課程相互間的支撐與關(guān)聯(lián)點(diǎn)，使課程間相互連接，在教學(xué)過程中拓寬知識(shí)面，提高學(xué)生對(duì)該課程重要性的認(rèn)識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過課程群及課程群教師團(tuán)隊(duì)的建設(shè)和完善，提升教學(xué)水平，提高學(xué)生的知識(shí)水平、分析能力與動(dòng)手能力。

2.2 案例教學(xué)與任務(wù)驅(qū)動(dòng)

“數(shù)字信號(hào)處理”由于其抽象的概念與枯燥的公式推導(dǎo)，很容易磨滅學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此在教學(xué)過程中適當(dāng)?shù)匾胍恍?shí)例，使學(xué)生能夠直觀地感受各概念的實(shí)際意義，提高課堂教學(xué)的趣味性。

離散時(shí)間信號(hào)即序列的各種運(yùn)算講解完后引入數(shù)字圖像的基本運(yùn)算，對(duì)原圖像隨時(shí)加入高斯噪聲，得到M幅噪聲圖像，然后將M幅噪聲圖像相加再求平均得到去噪后的圖像。通過實(shí)際案例讓學(xué)生直觀地感受基本運(yùn)算的魅力，加深對(duì)概念的理解。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)是教師將教學(xué)內(nèi)容糅合到任務(wù)里去，使學(xué)生在完成任務(wù)的時(shí)候鞏固教學(xué)內(nèi)容，是教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的一種教學(xué)模式[3]。因此，在圖1案例講解完后將同學(xué)分組，每組學(xué)生完成表1的某一類仿真實(shí)驗(yàn)，教師通過評(píng)閱后每組挑選出質(zhì)量較好的仿真案例，學(xué)生根據(jù)教師的修改意見完善仿真案例、學(xué)生交流。通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)，將“數(shù)字信號(hào)處理”的教學(xué)內(nèi)容與圖像處理相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與分析問題的能力。

表1 圖像的基本運(yùn)算

2.3 項(xiàng)目式教學(xué)

項(xiàng)目教學(xué)法是由教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生確定項(xiàng)目主題，然后項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)施等都由學(xué)生自己完成[4]。學(xué)生通過完成項(xiàng)目這一過程，提高了查閱文獻(xiàn)、分析問題與解決問題的能力，從被動(dòng)學(xué)習(xí)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)。項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施過程如下。

(1)確定主題：數(shù)字信號(hào)處理本質(zhì)是利用數(shù)學(xué)的方法和數(shù)字系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理，主要研究的問題是信號(hào)處理的各種算法與算法的實(shí)現(xiàn)。對(duì)算法的學(xué)習(xí)之道是解決什么問題用到哪一類算法就了解那一類算法，使用什么算法就詳細(xì)學(xué)習(xí)那種算法。因此這門課的項(xiàng)目沒有確定主題，教師講解數(shù)字信號(hào)處理有關(guān)的某一項(xiàng)目(比如掌紋識(shí)別)后，建議學(xué)生從圖像處理、語音信號(hào)處理等方面出發(fā)，確定一些難度適中且應(yīng)用較為廣泛的項(xiàng)目主題。

(2)分析內(nèi)容：項(xiàng)目主題確定后，學(xué)生通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)項(xiàng)目內(nèi)容，并對(duì)各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行分析。教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生完善項(xiàng)目，提高項(xiàng)目的可實(shí)現(xiàn)性，避免挫傷學(xué)生的積極性。

(3)細(xì)化任務(wù)：學(xué)生要在有限的時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)合作是必需的，因此學(xué)生要根據(jù)項(xiàng)目內(nèi)容細(xì)化任務(wù)，全組同學(xué)全員參與且每個(gè)同學(xué)完成的質(zhì)量不僅與自己的成績有關(guān)，還影響全組其他同學(xué)，提高學(xué)生的項(xiàng)目的認(rèn)識(shí)度與參與度，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

(4)完成項(xiàng)目：學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，完成項(xiàng)目的仿真與項(xiàng)目說明書的撰寫工作。通過項(xiàng)目完成，提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)及綜合運(yùn)用相應(yīng)文獻(xiàn)的能力，為畢業(yè)論文的完成做好鋪墊。

(5)展示成果：包括項(xiàng)目講解、交流討論、綜合評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面。項(xiàng)目講解培養(yǎng)學(xué)生會(huì)做也會(huì)說的能力；交流討論提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力；最后每個(gè)同學(xué)的成績由小組項(xiàng)目分(組間評(píng)分+教師評(píng)分)與個(gè)人分(自我評(píng)分+小組評(píng)分+教師評(píng)分)兩個(gè)方面綜合給出。通過綜合評(píng)價(jià)，避免小部分學(xué)生抱有濫竽充數(shù)的心理，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生在項(xiàng)目完成過程中的參與度及綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。

2.4 考核指標(biāo)改革

學(xué)習(xí)不是以考試為最終目的，而是能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決相關(guān)問題，因此將“數(shù)字信號(hào)處理”的總成績分為平時(shí)成績(出勤、平時(shí)作業(yè)、課堂表現(xiàn))、實(shí)驗(yàn)成績、項(xiàng)目成績、考試成績。將項(xiàng)目成績作為學(xué)生的總成績的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，提高學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的重視度，提高項(xiàng)目質(zhì)量，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的。

3 結(jié)語

“數(shù)字信號(hào)處理”概念抽象公式繁多，大部分學(xué)生都表示難學(xué)，因此，通過課程群的建設(shè)，明確“數(shù)字信號(hào)處理”的地位，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)獲得最多的理論和實(shí)踐知識(shí)。

提高教師隊(duì)伍的綜合素質(zhì)，在教學(xué)過程中引入經(jīng)典或前沿案例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)生興趣。學(xué)生在完成任務(wù)的過程中鞏固課本知識(shí)。

最后通過項(xiàng)目式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作與綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，為完成畢業(yè)論文奠定基礎(chǔ)。