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1、 应用型高校“数字信号处理”课程教学改革与实践 摘要：“数字信号处理”课程是我校电子、通信、自动化、计算机专业开设的一门专业基础课，其涉及理论基础深、应用广，同时具有专业性和综合性强等特点。本文根据应用型高校学生特点及培养目标，结合自己在实际教学过程中的一些实践和体会，在教学内容和教学方法等方面提出了一些看法。关键词：数字信号处理；教学改革；MATLAB 0 引言 近几十年来，“数字信号处理”在数字电视和媒体、无线电通信、仪器仪表、生物医学、自动控制、语音图像处理等关键技术领域产生着重要的影响，“数字信号处理”课程也随着社会的发展而产生了演变，尤其在以“专业型、应用型、复合型”人才为培养目标的
2、应用型本科院校中，更需以“积极发展，规范管理，改革创新”为指导思想1，根据应用型本科高校学生的特点进行教学探讨和改革。下面就近年来，笔者对在数字信号处理课程教学中进行的一些探索和尝试进行分析，以供大家探讨。1“数字信号处理”课程教学的弊端 数字信号处理是高等院校电子信息工程、通信、计算机等专业一门重要的专业基础课程，该课程对于培养大学生的逻辑思维和逻辑推理以及利用基本理论解决实际问题具有重要的意义，是一门理论性实用性较强、涉及面较广的专业基础课，在内容上涉及了多学科的内容，如高等数学、信号与系统、线性代数等，课程侧重理论分析，同时又与实践有着密切的联系。该课程对高等数学要求较高。课程中的很多理
3、论结果来源于复杂的数学运算及推导，如果将过多的时间、精力花费在繁琐的数学运算上面，而忽视了理论结果在信号处理中的实际应用，这样会导致课堂理论教学过于抽象、枯燥，教学模式显得死板。此外，课程中数字信号处理的结果缺乏可视化的直观表现，例如滤波器的设计，同学们看到的只是一些理论公式的推导，具体的数学表达式，而无法直观地看到设计的结果的演示，这些都严重影响了学生对所学知识的理解。2 结合应用型本科院校学生特点，确定合适的教学内容 2.1 选取合适的教材 教材的好坏直接影响到教学质量，目前关于数字信号处理的教材繁多，但以西安电子科技大学丁玉美编写的 数字信号处理 最为经典。这本教材内容丰富、详尽，知识点
4、覆盖面广，理论体系非常完整，是很多高校研究生入学的首选参考教材。但这本教材适合基础好的重点本科学校学生学习选用，而应用型本科学校 的学生相对而言，知识基础较差，缺乏自信心和恒心，为了使学生在开课之前不产生畏难情绪，我们选取了高等教育出版社吴镇扬编写的数字信号处理，该教材易学易懂，且附有很多 MATLAB 仿真的实例，理论公式推导和软件应用相结合，帮助学生理解概念方法，激发学生的学习兴趣。2.2 优化课程教学内容 数字信号处理课程的先修课程是“信号与系统”，目前的趋势是“信号与系统”课程中离散信号与系统的比重大大增加。数字信号处理课程的教学内容既应避免与“信号与系统”课程内容的大量重复，又应保持
5、课程的完整性。我们采取的办法是尽量压缩与“信号与系统”重复的内容，在对第一章离散信号与系统理论进行简单的复习后即对数字信号处理的具体问题展开讨论。数字信号处理课程内容较多，主要以信号的离散傅里叶变换（DFT）和数字滤波器的设计为两大主线，所以有必要进行教学内容的合理安排。在教学内容设置方面，考虑到应用型本科学校学生的学习基础，应该尽量注重信号处理方法的讲解，避免复杂的数学推导过程，以免课堂教学显得枯燥乏味。教师给学生讲解的内容应该遵循实用、适用、够用的原则，有些理论性较强的内容，教师熟练掌握即可，但不必介绍给学生。例如，逆 Z 变换直接计算围线积分比较麻烦，可以不用详细介绍。再如快速傅里叶变换
6、，重点介绍按时间和频率抽取的 FFT，其它的算法与之基本思想一致，教师完全可以让学生自学，并稍加讲解即可。这样不仅可以节省教学时数，还能加强教师和学生之间的互动。3 教学方法和教学手段的改革 3.1 多媒体与板书结合 在“数字信号处理”的课堂教学中，我们采用多媒体与板书相结合的方式，取得了很好的效果。传统的板书教学能够使教师很好地控制课堂节奏，内容可以很方便的增删，也能使学生参与到教学中，师生能很好地互动，但是板书费时，且不好表达一些动态过程及频谱图、波形图等。而多媒体教学将声音、图像、动画融为一体，能够引导学生更生动、直观地感受课程的内容，可以充分调动学生的兴趣，刚好可以弥补板书的不足。例如
7、，在进行快速傅里叶变换（FFT）的算法的推导时，我们采用板书的形式，通过一步一步地推导，以便引导学生思考，领会算法的思想方法，而 N=8 点的运算流图的规律用 PPT 演示，既直观又省时。再如，在做 DFT 的循环卷积性质的讲解时，性质的推导证明过程采用板书，实例两个序列进行循环卷积的过程用多媒体进行动态演示，取得了良好的效果。3.2 将 Matlab 引入课堂教学 MATLAB 是一套功能十分强大的工程计算及数据分析软件，MATLAB 具有强大的计算功能，可以用来求离散卷积、显示 DFT 结果的幅度谱、设计滤波器及进行统计分析等。在数字信号处理的课堂教学中引入可视化的 MATLAB 分析手段
8、可以提高学生对课程的理解力，把课程中的知识点利用MATLAB 实现 出来，即把抽象的理论变得可视化，学生的学习也变得活泼有趣。从而使学生脱离繁杂的数学运算，重点进行系统分析，同时也有利于提高学生利用计算机编程解决实际问题的能力。例如，在讲到 IIR 滤波器设计的时候，可以用 MATLAB进行验证并比较两种方法设计的效果，如图 1。3.3 加强实验教学环节 对于应用型本科高校，学生要具备扎实的理论基础同时还必须注重实践能力的培养。“数字信号处理”课程的实验教学环节是必不可少的，根据信号类相关课程的前后衔接性重新设计和编排实验内容。既强调与“信号与系统”课程实验之间的关联，又为后续课程“DSP 原
9、理与应用”奠定基础，即用一个系统的观念来设计“数字信号处理”的整个实践环节，在“数字信号处理”原有的 MATLAB 仿真实验中加入 DSP 的软件环境 CCS3.0 的初步学习；同时加入综合性、设计性实验，全面提高学生的工程应用能力和综合素质。根据理论教学内容的重难点，实验教学内容及时间安排设计如下：设计的实验内容包含基础性实验、综合性实验两个层次，涉及 MATLAB 和DSP 两个平台。基础性实验一方面可以帮助学生分析验证数字信号处理相关理论、算法；另一方面培养学生在掌握MATLAB 和 CCS 两个软件的使用。综合性实验一方面培养学生在 TMS320C55X 平台上进行 DSP 软硬件开发
10、的基本能力，一方面为后续课程“DSP 原理及应用”的学习提供基础。这样使得学生在加强专业基础的同时，能够更好地锻炼和提升专业实践能力和专业创新能力2 4 结束语 应用型本科高校“数字信号处理”课程的教学改革是一个需要不断探索的过程，必须紧紧围绕培养应用型人才为目标，以工程应用为中心选择和组织教学内容，采用合适的教学方法，激发学生的学习兴趣，培养学生的独立分析能力和实践动手能力。在今后的教学实践中，我们将继续改进和总结，以提高“数字信号处理”课程的教学质量。参考文献：1 周济.促进高校独立学院持续健康快速发展J.中国高等教育，2003，（13）.2 周亚俊.全面改革实验教学，培养学生创新能力J.实验室研究与探索，2004，23（7）：78-80.