高等院校《數(shù)字信號(hào)處理》新教學(xué)方法的改革分

高等院校數(shù)字信號(hào)處理新教學(xué)方法的改革分?jǐn)?shù)字信號(hào)處理是電子信息類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它是將信號(hào)以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術(shù)。它的任務(wù)是使學(xué)生獲得數(shù)字信號(hào)處理方面的基礎(chǔ)理論、基本算法和DSP軟硬件開(kāi)發(fā)的基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。數(shù)字信號(hào)處理一般是在大三的第一個(gè)學(xué)期或第二學(xué)期開(kāi)課，它的先修課程是信號(hào)與系統(tǒng)，學(xué)生掌握了連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域、頻域及復(fù)頻域分析方法，進(jìn)一步掌握和了解數(shù)字信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法，特別是數(shù)字濾波的設(shè)計(jì)以及在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)。教師在教學(xué)過(guò)程中，需要把凝聚在課本上的知識(shí)、方法、技能深入淺出地傳授給學(xué)生。同時(shí)，為了提高教學(xué)效果，教師需要善于抓重點(diǎn)，知識(shí)結(jié)構(gòu)層次要分明，對(duì)不同的學(xué)生，要因材施教。針對(duì)這門課程的應(yīng)用性、創(chuàng)新性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，以及數(shù)字信號(hào)處理本身的飛速發(fā)展，需要對(duì)教學(xué)大綱的內(nèi)容進(jìn)行修改和完善，在不動(dòng)搖基本理論、基本概念、以及基本分析和設(shè)計(jì)方法的前提下，優(yōu)化理論知識(shí)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作技能訓(xùn)練，特別是諸如數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等綜合能力的訓(xùn)練。另外，利用多媒體教學(xué)手段和校園網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化平臺(tái)的建設(shè)為教學(xué)提供新的活力，從而使課堂教學(xué)內(nèi)容更加豐富，增加上課信息量的傳遞。在課時(shí)不斷壓縮的情況下，提高學(xué)生的主觀積極性，從而使教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率得以提高。具體可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。一、多種教學(xué)手段結(jié)合使用1.數(shù)字信號(hào)處理是一門實(shí)踐性和理論性都很強(qiáng)的專業(yè)課，在教學(xué)過(guò)程中，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，采取理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，使學(xué)生真正做到學(xué)以致用。傳統(tǒng)的理論教學(xué)，是以灌輸式方法為主要方式進(jìn)行教學(xué)的，為了趕學(xué)習(xí)進(jìn)度，老師整堂課都是不斷地講解，這樣使學(xué)生的積極性得不到充分發(fā)揮。為充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，應(yīng)采用啟發(fā)式教學(xué)方式，即老師講解只占課堂時(shí)間的40%，學(xué)生和老師的互動(dòng)（如例題與習(xí)題的解答）占30%，課堂上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作與仿真占30%。通過(guò)對(duì)基本原理知識(shí)的講解、習(xí)題的解答、以及實(shí)物仿真操作訓(xùn)練，使學(xué)生在掌握基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)分析和解決問(wèn)題的方法、能力，同時(shí)也調(diào)動(dòng)同學(xué)的主動(dòng)參與意識(shí)，讓學(xué)生親自享受到自己的學(xué)習(xí)成果，真正發(fā)揮教學(xué)相長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。2.開(kāi)展黑板板書、網(wǎng)絡(luò)資源共享和多媒體課件教學(xué)相結(jié)合的多形式授課方式。對(duì)數(shù)字信號(hào)處理中一些基本定理和基本結(jié)論，如DFT的性質(zhì)，F(xiàn)FT算法原理等，需要利用黑板板書進(jìn)行推導(dǎo)和證明，讓學(xué)生一步步沿著老師的思路得以理解和說(shuō)明；而對(duì)于一些需要圖示舉例、演示、以及形象理解的知識(shí)點(diǎn)，如循環(huán)移位、循環(huán)卷積等，可通過(guò)多媒體（聲音、圖像、視頻、動(dòng)畫等多種形式）形象生動(dòng)的教學(xué)方式進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)；而對(duì)于課后的習(xí)題、相關(guān)背景知識(shí)的介紹以及課堂內(nèi)容的擴(kuò)展部分，則充分利用校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，建立數(shù)字信號(hào)處理課程的主頁(yè)，上傳相關(guān)課程資源，建立答疑和討論空間。3.將數(shù)字信號(hào)處理、Matlab語(yǔ)言以及DSP技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)了有關(guān)信號(hào)處理的理論知識(shí)后，通過(guò)算法語(yǔ)言進(jìn)行軟件仿真，并在DSP硬件平臺(tái)上得以實(shí)現(xiàn)。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，并將基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課有機(jī)地關(guān)聯(lián)起來(lái)，使學(xué)生擺脫大學(xué)各課程獨(dú)立性的錯(cuò)誤觀念，從而提高教學(xué)質(zhì)量。二、理論算法與工程實(shí)踐緊密結(jié)合1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提高自身基本操作技能的重要手段，是培養(yǎng)與就業(yè)結(jié)合的適用型人才不可缺少的重要部分。在完成了課堂的理論教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)后，要想真正做到學(xué)以致用，學(xué)生就必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，把課本中學(xué)到的知識(shí)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)和工程中。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是以工程案例為背景，如：用FFT對(duì)信號(hào)作頻譜分析、人體心電圖信號(hào)的噪聲處理、數(shù)字信號(hào)處理在雙音多頻撥號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用等，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練可加深學(xué)生對(duì)所學(xué)課本知識(shí)及原理的理解，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題能力，提高編程設(shè)計(jì)和調(diào)試的基本技能，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。2.加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)中數(shù)字信號(hào)處理與DSP技術(shù)的緊密結(jié)合。學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)的數(shù)字信號(hào)課程知識(shí)，通過(guò)對(duì)一個(gè)較小的數(shù)字信號(hào)處理去應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，如語(yǔ)音信號(hào)的濾波、語(yǔ)音信號(hào)頻譜分析、電力系統(tǒng)的諧波分析等。在課程設(shè)計(jì)尾聲階段，教師現(xiàn)場(chǎng)檢查學(xué)生設(shè)計(jì)的硬件和軟件調(diào)試結(jié)果，根據(jù)學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)的情況，以評(píng)分細(xì)則依據(jù)公平、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生成績(jī)。學(xué)生通過(guò)某個(gè)工程案例的設(shè)計(jì)、調(diào)試和撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，掌握信號(hào)處理算法設(shè)計(jì)和DSP軟硬件設(shè)計(jì)的完整過(guò)程，學(xué)會(huì)Matlab和DSP開(kāi)發(fā)壞境的操作、程序編寫與調(diào)試。對(duì)學(xué)生進(jìn)行信號(hào)處理方面的工程綜合訓(xùn)練，訓(xùn)練學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力、程序設(shè)計(jì)及調(diào)試能力和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)獨(dú)立地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造思維能力、解決實(shí)際問(wèn)題提供了廣闊的設(shè)計(jì)舞臺(tái)。3.著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。進(jìn)行基于DSP處理器的信號(hào)處理系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)培訓(xùn)，并與全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神及工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力。課程由教師講授、學(xué)生課外自學(xué)、競(jìng)賽實(shí)戰(zhàn)題目制作、論文寫作、題目測(cè)試點(diǎn)評(píng)等環(huán)節(jié)組成。三、現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用1.讓學(xué)生通過(guò)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)習(xí)國(guó)外著名大學(xué)的相關(guān)數(shù)字信號(hào)處理課程的一些相關(guān)知識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí)國(guó)外課程綜合大作業(yè)的考核方式，鼓勵(lì)同學(xué)利用業(yè)余時(shí)間選擇合適的課題，利用所學(xué)的知識(shí)提出問(wèn)題、分析問(wèn)題并解決問(wèn)題，最后寫出綜合報(bào)告，真正做到學(xué)以致用。2.設(shè)置不同理論層次和不同知識(shí)模塊的課程班。在基本要求不降低的條件下，把Matlab仿真語(yǔ)言引入課程中，使學(xué)生以一種生動(dòng)形象的方式練習(xí)學(xué)到的理論知識(shí)，深刻領(lǐng)會(huì)基本概念和基本原理。實(shí)踐課上，分別開(kāi)設(shè)了軟件實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（以Matlab語(yǔ)言仿真為主的軟件實(shí)驗(yàn)）、硬件實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（以DSP開(kāi)發(fā)為主的硬件實(shí)驗(yàn)）以及軟硬結(jié)合的綜合實(shí)驗(yàn)（Matlab語(yǔ)軟件仿真和DSP硬件開(kāi)發(fā)）等幾個(gè)層次，保證不同基礎(chǔ)的同學(xué)能有更好的選擇。四、改革課程的考核方式改革課程考核方式中的單一性以及先教授再考核的傳統(tǒng)方式，變筆試考核為理論考核和設(shè)計(jì)實(shí)踐考核的結(jié)合，采取邊教授邊考核的辦法。數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)內(nèi)容多、時(shí)間短，除離散信號(hào)與系統(tǒng)的時(shí)域、頻域、復(fù)頻域分析外，還重點(diǎn)闡述了數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等綜合性知識(shí)，這些都需要學(xué)生了解、掌握并能利用MATLAB進(jìn)行仿真試驗(yàn)。要在課堂教學(xué)中完成教學(xué)大綱要求的基本知識(shí)點(diǎn)的訓(xùn)練和應(yīng)用有一定難度，教學(xué)任務(wù)很重。如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)完成基本教學(xué)內(nèi)容，又兼顧該門課程的專業(yè)性、綜合性及工程實(shí)踐性，同時(shí)又能考核學(xué)生對(duì)專業(yè)難點(diǎn)、橫縱向知識(shí)點(diǎn)的邏輯掌握是核心關(guān)鍵的問(wèn)題。為解決課程教學(xué)中的矛盾，在課程考核中，帶領(lǐng)學(xué)生把部分課堂搬到具體的實(shí)際設(shè)計(jì)中，讓學(xué)生親歷課程中的理論內(nèi)容和實(shí)際的結(jié)合，由此輕松記憶教學(xué)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。再?gòu)膶W(xué)生"教"和"學(xué)"的過(guò)程中，解決教學(xué)中專業(yè)性、綜合性及實(shí)踐性的問(wèn)題，同時(shí)亦可解決時(shí)間短、教學(xué)內(nèi)容多的問(wèn)題。數(shù)字信號(hào)處理是綜合性和理論知識(shí)特別是數(shù)學(xué)知識(shí)很強(qiáng)的課程，該課程前小半部分的內(nèi)容已在前修的信號(hào)與系統(tǒng)中涉及過(guò)。但數(shù)字信號(hào)處理是以時(shí)域離散信號(hào)為處理對(duì)象，與連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)中的計(jì)算方法大相徑庭。例如，信號(hào)與系統(tǒng)中大量用到了積分，而在數(shù)字信號(hào)處理中就是迭分（累加求和），信號(hào)與系統(tǒng)中的微分，在數(shù)字信號(hào)處理中就變?yōu)椴罘值龋芏鄬W(xué)生很難一下子轉(zhuǎn)變觀念。此外，數(shù)字信號(hào)處理中的DFT、DTFT、FFT三者變換之間的聯(lián)系和區(qū)別更是難中之難。該課程傳統(tǒng)的考核辦法常常是先講授所有的知識(shí)點(diǎn)再統(tǒng)一綜合考核-閉卷考試。這種方法雖能在最后的考試成績(jī)中反映學(xué)生對(duì)該課程某些難點(diǎn)和重點(diǎn)知識(shí)的掌握，卻忽略了數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)多樣性的特點(diǎn)，特別是實(shí)際設(shè)計(jì)部分。因此，在考核時(shí)，只顧及所謂的"重點(diǎn)、難點(diǎn)"而舍棄"綜合性、多樣性"是不夠完善的。我們應(yīng)該每講解一個(gè)獨(dú)立知識(shí)點(diǎn)就進(jìn)行及時(shí)的考核檢驗(yàn)，這種邊講授邊考核的方式既能更好地檢驗(yàn)每位學(xué)生對(duì)小知識(shí)點(diǎn)掌握的深度，又不影響該知識(shí)點(diǎn)與整個(gè)課程的聯(lián)系。參考文獻(xiàn)：1張麗麗，賈亮."數(shù)字信號(hào)處理"課程教學(xué)的改革與實(shí)踐J.中國(guó)電力教育，2012，（34）：70-76.2藍(lán)會(huì)立，廖鳳依，文家燕."數(shù)字信號(hào)處理"課程教學(xué)改革與實(shí)踐J.中國(guó)電力教育，2012，（3）：86-87.3殷海雙，王永安."數(shù)字信號(hào)處理"課程教學(xué)改革與探索J.課程教材，2011，（194）：75-76.4毛伊敏，鐘文濤.數(shù)字信號(hào)處理課程研究型教學(xué)方法研究J.中國(guó)電力教育，2008，（124）：79-80.