《數字信號處理》教學方法研究

摘 要： 《數字信號處理》是我校通信工程專業的基礎課程，它具有理論性強、公式多、難學習、比較枯燥等特點。本文作者對該課程從教學內容、教學方法、實驗設計和考核方式上面做了改革嘗試，從而提高了教學的趣味性，調動了學生參與性和積極性，取得了較好的教學效果。

關鍵詞： 《數字信號處理》 教學方法 教學優化

1.引言

隨著電子技術及計算機技術的飛速發展，數字信號處理的新理論和新技術層出不窮，目前它已成為應用最快、成效最顯著的學科之一。《數字信號處理》已經成為我校通信工程專業的一門專業基礎課，它是多門課程相互連接的橋梁和紐帶，實現了從理論到實踐的相互過渡，對于培養學生理論分析和綜合應用能力有非常重要的作用。但是該課程理論性比較強，概念抽象，［１］對數學基礎要求也比較高，容易使學生感到乏味，學生對該課程普遍有畏難情緒。因此筆者結合江蘇大學通信學院的教學特點，對數字信號處理教學方法作了深層的探討，在傳統教學手段的基礎上，開發了多媒體教學輔助系統，充分發揮了現代教學手段的優勢；并將Matlab軟件用于教學，將抽象的概念感性化，以形象生動的手段來展示理論內涵；采用實驗和教學相結合的形象教學，培養學生的學習興趣，充分調動學生的學習積極性。

2.教材和教學內容的選擇

2.1教材選擇

目前“數字信號處理”的教材很多，筆者選用了東南大學吳鎮揚教授編寫的《數字信號處理》第二版。［２］該書對信號處理的基礎理論和基本算法進行了充分的論述與討論，條理清楚，深入淺出，有利于學生更牢固地掌握，是一本很實用的教材。該書還很好地處理了和“信號與線性系統”的關系，在保持課程完整性的同時壓縮重復內容。在內容取舍上，結合數字信號處理技術的發展做了精心的安排。

2.2教學內容

“數字信號處理”課程理論性較強，對數學基礎要求較高，學生普遍反映抽象、難學。［３］針對這種情況，為在60學時（含實驗10學時）內有效完成數字信號處理的知識點的講授，筆者對內容做了合理安排，講授沿兩條主線進行，精簡部分內容，如表1所示。

一條是信號與系統的時、頻域分析，包括離散系統的時域分析、z域分析、傅氏變換，FFT及利用FFT進行頻譜分析；另一條是數字濾波器的設計與實現，包括IIR數字濾波器的設計、FIR數字濾波器的設計，以及這兩類數字濾波器的實現結構和各種濾波器結構的誤差分析。對教材中關于DSP應用方面，如芯片介紹這一節的內容，將并入到另一門課“DSP芯片原理及應用”這門課中講授。

3.教學方法優化

“數字信號處理”是一門數學理論較強的課程，其特點是公式多，概念比較抽象，比較枯燥，難度大。要獲得較好的教學效果，我們需要采取一些技巧和方法。

3.1多媒體教學手段和傳統教學手段的并用

基于本課程的特點，在教學過程中教師可以采用板書和多媒體教學相結合的講課方式，以板書為主，多媒體為輔。板書主要是針對一些課程中的基本原理和方法推導證明，這樣可以使講課方式更靈活、師生互動性更強，使學生跟隨教師的思路來領會學習的要點和難點，學起來比較容易。而對于一些需要形象理解、圖形舉例演示的部分，教師可以采用多媒體教學方法，利用圖像、視頻等多種形式進行互動教學。［４］比如介紹采樣定理的時候，在推導采樣定理的同時，采用動畫的方式，演示一個模擬信號經過采樣前后，時域和頻域的變換關系，使學生更深刻地理解采樣定理，實現對該知識點的融會貫通。

在設計幻燈片格式時我們應注意以下幾點：

（1）選擇容易看清的字體和字號。PowerPoint默認的中文字體為宋體、英文字體為Times New Roman，為保證坐在教室最后一排(尤其角落處)的學生看清演示，中文選用加粗黑體，英文選用加粗Arial，字號在18 points和28 points之間。

（2）選用深藍色背景，字體顏色采用對比度較高的顏色。為了便于學生使用，將演示文稿制作成適于打印的.pdf文件。

（3）由于學生同時聽講和看幻燈片，注意力容易分散，會感覺跟不上講課思路或對于幻燈片內容印象不深。為解決這個問題，既可以利用動畫效果逐步展示內容，又可以制作內容精練、布局合理、便于識記的幻燈片。

3.2在教學中應用Matlab軟件

Matlab是DSP教學中的標準仿真軟件，它能輕松完成系統分析、信號處理中的大量計算和繪圖工作，并可生成教學所需的多媒體素材。［５］例：已知一連續正弦信號的頻率為150Hz，取時間長度為0.1s，采樣頻率分別取為500Hz，1000Hz，5000Hz，20000Hz，仿真結果分別如圖1—4所示。

3.3課堂討論與練習

課堂目前是本科生進行理論學習的主要場所，課堂教學方法的改革應放在重要位置。筆者采取“啟發式教學和研究型學習”的教學方法，從研究問題入手，將數字信號處理的一些重要理論構建過程展現出來，同時提出新的問題，以便讓學生進行思考和研究。比如介紹濾波器理論時，筆者首先提出在通信系統構建的主要模塊，在系統最前端，其次為了選擇有效信號，引入濾波的概念，提出濾波器理論。

在課程的理論教學中，筆者針對教學難點和重點提出問題，定期和不定期地在課堂中進行討論，請學生事先準備好，上講臺發表見解。

4.結語

《數字信號處理》是一門非常重要的課程，因此在適應素質教育對電子信息專業人才培養的要求下，筆者結合我校實際情況對該課程進行優化改革。實踐證明，隨著通信技術、電子技術和計算機技術的飛速發展，實現對《數字信號處理》的教學優化，有利于提高課時效率，有利于拓寬專業知識面，有利于培養和加強自身系統設計能力和實踐能力，有利于加強自身素質教育的課程改革。

但是，如何在學習過程中發揮自身的主動性，將更多方案應用于學習， 使學生的學習效果達到最優，還有待進一步探索和實踐。采用Matlab仿真軟件來優化課堂教學，不僅豐富了教學內容，而且加深了學生對理論的理解；使公式的推導不再枯燥，且算法易于實現；使理論與實際緊密結合，更鍛煉了學生的實踐能力。

參考文獻：

［1］陳嘉.《數字信號處理》的優化設計探討［J］.信息技術與課程整合.

［2］吳鎮揚.數字信號處理［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［3］劉會衡，田玲. 數字信號處理課程教學方法改革與實踐［J］.教學研究，2008，31，（3）.

［4］任治剛. “數字信號處理”多媒體教學方法初探［J］. 電氣電子教學學報，2006，28，（6）.

［5］任淑萍，王欣峰.《數字信號處理》的優化教學研究［J］ .電力學報，2008，23，（3）.