陳園園，張利紅，朱欣穎，周冰潔

（周口師范學(xué)院 物理與機(jī)電工程學(xué)院，河南 周口466001）

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是信息科學(xué)的重要組成部分，它被廣泛地應(yīng)用于通信工程、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)生產(chǎn)、航空航天及國(guó)防軍工等諸多現(xiàn)代技術(shù)領(lǐng)域，推動(dòng)了現(xiàn)代社會(huì)和科技的發(fā)展.數(shù)字信號(hào)處理是電氣信息類專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，其理論性和實(shí)踐性具有較高的結(jié)合程度，它的基本原理和分析方法廣泛應(yīng)用到無線通信系統(tǒng)、數(shù)字媒體、圖像處理等信息處理技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域.

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)基本理論和方法的迅猛發(fā)展及廣泛應(yīng)用，數(shù)字信號(hào)處理課程現(xiàn)已成為許多工科專業(yè)的基礎(chǔ)課，而不僅僅是傳統(tǒng)意義上某單一專業(yè)的必修課程.另外，隨著現(xiàn)代企業(yè)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理工程技術(shù)人才需求的大幅增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外各大學(xué)的電氣信息類專業(yè)紛紛將數(shù)字信號(hào)處理列為必修課程，在保證基礎(chǔ)理論授課的同時(shí)加強(qiáng)了課程的建設(shè)與改革.如今，課程建設(shè)是高等學(xué)校教學(xué)建設(shè)的基本內(nèi)容，在教育部實(shí)施“教學(xué)質(zhì)量工程”以來，課程建設(shè)受到了越來越廣泛的重視.筆者結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)實(shí)際，提出了該課程教學(xué)改革的思路和方法，并在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了有益的探索.

1 當(dāng)前數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)實(shí)踐中存在的主要問題

數(shù)字信號(hào)處理課程對(duì)微積分、概率統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過程等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論要求很高，該課程內(nèi)容中枯燥的公式多，且概念抽象和難以理解.要獲得較好的教學(xué)效果，需要采取一些技巧和方法來改善原始的教學(xué)模式，可利用如多媒體、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等手段配合傳統(tǒng)教學(xué)手段.在課堂上，通過新穎的教學(xué)技巧和方式使抽象的概念和理論變得生動(dòng)而形象.

另外，數(shù)字信號(hào)處理與其他課程聯(lián)系密切，在電氣信息類專業(yè)的所有課程中，信號(hào)與系統(tǒng)、DSP硬件與應(yīng)用、數(shù)字信號(hào)處理是其核心課程，也是其基礎(chǔ)平臺(tái)課程.它們的特點(diǎn)是內(nèi)容更新快、重復(fù)內(nèi)容多，因此需要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的融合和改革［1］.但在實(shí)際教學(xué)過程中，存在以下問題：一是三門課程內(nèi)容中理論部分有重復(fù)，浪費(fèi)了有限的教學(xué)時(shí)間.二是三門課程對(duì)同一知識(shí)點(diǎn)的分析角度不同，容易造成學(xué)生對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)的抵觸心里，進(jìn)而影響了學(xué)生學(xué)習(xí)效果.三是由于三門課程都是核心課程，授課教師期望學(xué)生更好地掌握相關(guān)知識(shí)，全面深入的講授，嚴(yán)重增加了授課內(nèi)容，造成內(nèi)容繁瑣，教師又疲于教學(xué)，結(jié)果偏離了教學(xué)目的和主題.

一般教師的教學(xué)工作局限于課堂上師生之間的交流，課后沒有一個(gè)良好的平臺(tái)與學(xué)生互動(dòng)，也在一定程度上阻礙了學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí).因此可以建設(shè)一種課外網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，把課堂學(xué)習(xí)搬到日常生活中來，這樣可以讓師生在課余時(shí)間也能更好地溝通.

2 教學(xué)方法優(yōu)化與創(chuàng)新

基于本課程的概念抽象等特點(diǎn)，教師在教學(xué)過程中可采用多媒體和板書教學(xué)相結(jié)合的授課方式，以多媒體為主、板書為輔，把重點(diǎn)的理論知識(shí)和圖形通過多媒體或視頻的方式播放出來，結(jié)合板書對(duì)一些基本原理和方法進(jìn)行推導(dǎo)證明和輔助性的解釋.這樣不僅可以合理利用課堂時(shí)間，又可以讓授課方式更靈活、有更強(qiáng)的互動(dòng)性，使學(xué)生緊隨教師思路，這樣能夠使學(xué)生較易掌握學(xué)習(xí)的重難點(diǎn).比如介紹采樣的時(shí)候，在推導(dǎo)采樣定理的同時(shí)，采用動(dòng)畫的方式，使學(xué)生更好地理解采樣定理，同時(shí)為突出重難點(diǎn)可以加板書作為輔助手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通.

優(yōu)化教學(xué)時(shí)間.在開設(shè)數(shù)字信號(hào)處理課程的前一個(gè)學(xué)期一般會(huì)開設(shè)信號(hào)與系統(tǒng)課程，數(shù)字信號(hào)處理這門課的Z變換等內(nèi)容描述可以融合到信號(hào)與系統(tǒng)課程中來，因此在數(shù)字信號(hào)處理的教學(xué)安排中，與信號(hào)系統(tǒng)相重疊的知識(shí)點(diǎn)可以安排較少的教學(xué)時(shí)間，而后面章節(jié)中的離散傅里葉變換和快速傅里葉變換這些較難的內(nèi)容，將安排更多的課時(shí)，將有限的課時(shí)較多的用在后續(xù)內(nèi)容的教學(xué)中，對(duì)課時(shí)進(jìn)行合理的統(tǒng)籌安排，充分利用有限的課時(shí)達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果.

優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容.在講授的過程中可將重點(diǎn)放在基本概念和物理意義的講解上，讓學(xué)生充分理解其中的物理含義，把非重點(diǎn)內(nèi)容留給學(xué)生自己學(xué)習(xí)和思考；對(duì)基礎(chǔ)理論算法公式的推導(dǎo)過程，可僅引入思想或簡(jiǎn)要描述，具體推導(dǎo)過程讓學(xué)生在課堂上獨(dú)立推導(dǎo)或課后完成；安排答疑課，解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的困擾；針對(duì)后面章節(jié)需要用到前面章節(jié)知識(shí)的部分，可融會(huì)貫通，在講授新知識(shí)的過程中穿插復(fù)習(xí)學(xué)過的基礎(chǔ)理論.這樣一來，教師的教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率都得到了提高.

興趣教學(xué)法.將計(jì)算機(jī)仿真研究引入課堂，MATLAB是數(shù)字信號(hào)處理課程中的標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)仿真軟件，調(diào)用其函數(shù)庫(kù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，能輕松的完成信號(hào)的分析和處理等大量計(jì)算工作，并可生成教學(xué)所需的多媒體素材.利用MATLAB軟件對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行仿真，通過圖形來說明這些定理、概念，這樣既形象又生動(dòng)，同時(shí)又調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣.另外，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的探索精神；開設(shè)開放性的實(shí)驗(yàn)課題，讓學(xué)生主動(dòng)提出課題進(jìn)行相關(guān)探索和研究，將學(xué)生分成小組 （可3～4人／組），讓學(xué)生在團(tuán)結(jié)合作中完成一個(gè)實(shí)際題目，通過小組成員間的交流討論，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí)［2］.

3 數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)課程內(nèi)容融合

數(shù)字信號(hào)處理課程是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工處理，以達(dá)到提取信息和便于應(yīng)用的目的.該課程的重點(diǎn)內(nèi)容在于介紹其基本概念和基本理論，主要包括：時(shí)域離散信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析，離散傅里葉變換，快速傅里葉變換，時(shí)域離散系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無限長(zhǎng)和有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì).可結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容加強(qiáng)工程實(shí)踐訓(xùn)練，為學(xué)生在今后DSP芯片設(shè)計(jì)等工程應(yīng)用中打下良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)［3］.信號(hào)與系統(tǒng)是數(shù)字信號(hào)處理的前導(dǎo)課程，該課程離散信號(hào)與系統(tǒng)部分與數(shù)字信號(hào)處理課程部分內(nèi)容相重疊，給學(xué)生打下理論基礎(chǔ).DSP是在學(xué)習(xí)了數(shù)字信號(hào)處理這門理論課后，再學(xué)習(xí)用DSP芯片具體實(shí)現(xiàn)理論的方法，包括MATLAB仿真、C語言及匯編語言編程等內(nèi)容.因此數(shù)字信號(hào)處理是多門課程相互連接的橋梁和紐帶.

3.1 實(shí)施步驟

在課程組織上，對(duì)這三門課程進(jìn)行整體規(guī)劃，首先突出每門課程的重難點(diǎn)，其次強(qiáng)調(diào)課程的關(guān)聯(lián)性，避免課程之間相似內(nèi)容的重復(fù)教學(xué).

第一步：在課程組織上，對(duì)每門課程采取分層次、依據(jù)不同的主線來建設(shè)，對(duì)基礎(chǔ)理論類的專業(yè)基礎(chǔ)課要注重基礎(chǔ)理論的講授，對(duì)實(shí)現(xiàn)類、應(yīng)用類的專業(yè)課注重實(shí)踐能力的培養(yǎng).

第二步：以課程基本概念、理論為點(diǎn)，課程內(nèi)容為線，課程組織為面，對(duì)三門課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合.

開展數(shù)字信號(hào)課程體系研究.盡管相關(guān)課程相關(guān)內(nèi)容分析研究和處理問題的角度不同，但研究?jī)?nèi)容有重疊部分，開展優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，避免重復(fù)教學(xué)的改革研究.開展信號(hào)系統(tǒng)與數(shù)字信號(hào)處理課程銜接實(shí)踐研究、數(shù)字信號(hào)處理與DSP技術(shù)課程銜接實(shí)踐研究，建立以數(shù)字信號(hào)處理為核心的課程群，使相關(guān)課程密切聯(lián)系、各自獨(dú)立、重點(diǎn)突出、相互映襯、有效補(bǔ)充，構(gòu)成有機(jī)整體.

3.2 構(gòu)建教學(xué)融合體系

信號(hào)與系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容主要包括：信號(hào)與系統(tǒng)的基本概念；連續(xù)和離散系統(tǒng)的時(shí)域分析；傅里葉變換及頻域分析；連續(xù)系統(tǒng)的S域分析；離散系統(tǒng)的Z域分析.數(shù)字信號(hào)處理主要研究的是時(shí)域離散系統(tǒng)，教學(xué)內(nèi)容主要包括：時(shí)域離散信號(hào)與系統(tǒng)分析及頻域分析；離散傅里葉變換及快速算法；數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì).兩門課的內(nèi)容既有區(qū)別又有聯(lián)系，前者的時(shí)域離散部分在后者的教學(xué)內(nèi)容中重復(fù)出現(xiàn).表現(xiàn)在前者部分章節(jié)講授了單邊Z變換，在后者的教學(xué)內(nèi)容中講授了雙邊Z變換，這部分內(nèi)容相重疊，兩者授課角度不同，學(xué)生理解起來會(huì)產(chǎn)生思維混淆，搞不清具體概念和物理意義.考慮以上問題，重新建立信號(hào)系統(tǒng)與數(shù)字信號(hào)處理的教學(xué)體系，注重信號(hào)與系統(tǒng)前導(dǎo)課程的作用性，強(qiáng)調(diào)數(shù)字信號(hào)處理課程的實(shí)踐和應(yīng)用性.在保證原課時(shí)不改變的情況下，將兩者中重復(fù)的離散傅里葉變換內(nèi)容進(jìn)行合并，只在信號(hào)與系統(tǒng)中詳細(xì)講解，數(shù)字信號(hào)處理課中只保留其概念、算法及應(yīng)用.這樣，信號(hào)與系統(tǒng)中連續(xù)信號(hào)的傅里葉變換和拉普拉斯變換相對(duì)應(yīng)，離散序列的傅里葉變化和Z變換相對(duì)應(yīng).從“連續(xù)”和“離散”兩個(gè)角度并行分析信號(hào)與系統(tǒng)，學(xué)生更容易理解傅里葉變換、拉氏變換和Z變換之間的關(guān)系.同時(shí)數(shù)字信號(hào)處理課程去掉了與信號(hào)系統(tǒng)重復(fù)的部分，使得教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容更易合理的安排課時(shí)，達(dá)到更好的教學(xué)效果.DSP技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理同樣用上述方法進(jìn)行優(yōu)化整合，使教師在學(xué)生掌握基本理論的前提下，將側(cè)重點(diǎn)放在實(shí)踐應(yīng)用上，培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新及實(shí)踐能力.

4 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境

近年來，生源的不斷增多給學(xué)校的教學(xué)任務(wù)帶來了巨大壓力，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足新形勢(shì)下的教學(xué)要求.可以利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源建立精品課程網(wǎng)站，包含數(shù)字信號(hào)處理網(wǎng)絡(luò)課程、電子課件和試題庫(kù)等，學(xué)生可以通過該平臺(tái)上的工具下載教師課件進(jìn)行課外學(xué)習(xí).開發(fā)數(shù)字信號(hào)處理虛擬實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)在線答疑系統(tǒng)，加強(qiáng)教師與學(xué)生的交流和互動(dòng).

4.1 構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)

課程實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)是仿造真實(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)而設(shè)置的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)臺(tái).在此平臺(tái)上學(xué)生可自己動(dòng)手設(shè)計(jì)和配置，使用虛擬實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生利用該平臺(tái)提供的虛擬器材可自行完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這點(diǎn)有別于一般實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式.另外該實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)又可以讓學(xué)生根據(jù)興趣愛好自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過設(shè)計(jì)、搭建、調(diào)試和仿真等實(shí)驗(yàn)過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和探索精神.

4.2 構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)

有了虛擬實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，并實(shí)施網(wǎng)絡(luò)教學(xué)任務(wù)，就需要面向?qū)W生、教師、教務(wù)管理員和系統(tǒng)管理員建立一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng).該系統(tǒng)中教師和學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流，在完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)后可進(jìn)行布置作業(yè)、在線答疑等操作，學(xué)生可將實(shí)驗(yàn)過程中的經(jīng)驗(yàn)或疑問在該平臺(tái)上發(fā)布，教師也可將實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題提出來，大家一起探討.這樣，實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息可以在第一時(shí)間反饋到教師那里，使教師盡快掌握教學(xué)進(jìn)度和難易程度，做出相應(yīng)的調(diào)整.學(xué)生也可從實(shí)例中發(fā)現(xiàn)自己的缺點(diǎn)和不足，盡快修正和提高自己的動(dòng)手能力.教師在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可立即查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)及評(píng)價(jià).虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)有課件、電子教案等，學(xué)生在課外可以自行下載學(xué)習(xí)，并通過在線答疑平臺(tái)跟老師溝通互動(dòng)，更有效地學(xué)習(xí)和掌握理論知識(shí).

通過虛擬網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，教師既可建立典型實(shí)驗(yàn)案例庫(kù)，方便調(diào)取和共享.開放式網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室又可以促進(jìn)學(xué)生和教師的溝通，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，實(shí)驗(yàn)時(shí)間的安排更加靈活方便.只要學(xué)生有時(shí)間，所處的環(huán)境有網(wǎng)絡(luò)，就可以完成實(shí)驗(yàn)任務(wù).虛擬實(shí)驗(yàn)可減少實(shí)際儀器設(shè)備的維護(hù)次數(shù)，減少損耗和不必要的開支，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)融合.

5 結(jié)束語

數(shù)字信號(hào)處理是電氣信息類專業(yè)的一門重要課程，是聯(lián)系其他電子類專業(yè)課程的重要橋梁，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的學(xué)習(xí)既有基礎(chǔ)課的理論要求，也有專業(yè)課的技術(shù)要求.針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程內(nèi)容特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)改革的探索，在教學(xué)方法上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化和創(chuàng)新，用多樣化的教學(xué)模式提高了學(xué)生對(duì)該課程的濃厚興趣；數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)課程的內(nèi)容融合使教學(xué)內(nèi)容重新整合，教學(xué)時(shí)間得到了合理安排，使得教學(xué)效率大大提高；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建給學(xué)生提供一個(gè)開放式和交互式的平臺(tái)，使學(xué)生在課余時(shí)間也可以學(xué)到理論和實(shí)踐知識(shí)，提高了教學(xué)質(zhì)量和效率.

［1］劉云秀.“信號(hào)處理”課程群建設(shè)的改革研究與實(shí)踐［J］.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，27（05）：67－69.

［2］鄭旭媛，田心.“數(shù)字信號(hào)處理”課程研究型教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.西北醫(yī)學(xué)教育，2007，15（3）：513－514.

［3］程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.