高職《數字信號處理》課程教學方法探索*

司元雷 張 進 張 維

（徐州建筑職業技術學院 江蘇 徐州 221008）

高職《數字信號處理》課程教學方法探索*

司元雷 張 進 張 維

（徐州建筑職業技術學院 江蘇 徐州 221008）

通過教學實踐，分析和研究《數字信號處理》課程和高職院校學生的特點，對教學方法和教學手段進行了改革和探索，歸納和總結了有針對性的經驗和方法，闡明了其對提高教學效果和教學質量所起到的促進作用。

高職；數字信號處理；教學方法；教學效果

《數字信號處理》是電子信息類專業一門重要的專業基礎課，也是一門建立在數學基礎上的學科，這就決定了該課程的特點是理論性強、抽象概念多、起點高、難度大。其中大量的理論和結論都要通過嚴密的數學推導得到。而高職院校學生的特點是學習缺乏主動性，學習中不考慮各學科之間的關聯性，文化基礎較差，尤其是數學理論水平不高；同時，高職教育的特點是以培養技能為主，部分學生在學習過程中，片面理解為學習要突出技能、忽略理論，致使其對該課程的學習興趣不高，甚至出現有些學生畏學、厭學的現象。如何在這門課程和高職院校學生之間搭建起一座橋梁，使學生能夠樂于學、善于學，并最終學好這門課程，就需要在教學方法和教學手段上找到合適的切入點。對此，筆者在教學改革探索中總結歸納了一定的經驗和方法。

克服畏難情緒，消除恐懼心理

《數字信號處理》課程的特點決定了無論使用哪本教材，即使是高職高專教材，幾乎都是數學公式、數學推導和數學符號，這使得學生一開始就產生了畏懼心理和厭學情緒。因此，樹立起學生對這門課程的學習信心，激發學習興趣，便是上好第一節課的主要任務，也是提高教學效果和教學質量的關鍵一步。首先，要明確為什么要學習《數字信號處理》這門課程。可以舉一些軍事領域和民用領域應用數字信號處理技術的例子，如在軍事領域中的導彈制導，民用領域中醫療系統的心電、腦電及肌電信號的處理等，使學生了解這門課程的應用領域非常廣泛，對于今后拓寬就業渠道大有裨益。其次，要弄清楚什么是數字信號處理。數字信號處理就是采用數值計算的方法，完成對信號的處理以達到提取有用信息、便于應用的目的。“處理”實際上是“運算”，這也是書中為什么有這么多數學公式的原因。但在這里需要強調的是，作為工科類高職院校的學生，主要是學習基本概念、基本原理、基本應用以及實現方法，而不是將重點放在公式的證明和推導上，這并不是說公式的證明和推導不重要，而是該課程的重點是對公式所蘊含的物理含義的理解，從而達到激發學生學習興趣，重視該課程，樹立其學習信心的目的。

以講授為主，兼用啟發式教學

該課程的特點決定了應采用以講授為主的教學模式，適當采用啟發式教學，可提高學生的學習興趣以及對課程學習的主動性。例如，在講授為什么要對信號進行采樣時，可以給學生展示兩幅圖片，如圖1所示，一段持續時間很短的連續時間信號(語音信號)和一塊硬盤。教師可以課堂提問：假如給你一塊存儲容量為320G的硬盤，是否可以將左邊這一持續時間很短的連續時間信號存儲下來？給學生一段時間進行思考和討論，然后再公布答案。由于是連續時間信號，無論持續時間多么短，都有無窮多個點，即使容量再大的硬盤也無法將其完全存儲下來，因此，必須對連續時間信號進行采樣。

圖1 啟發式教學例圖

同熟悉內容關聯，采用“類比法”教學

《信號與系統》是《數字信號處理》的前修課程，二者在內容和分析方法上有許多關聯之處，適合采用類比法進行教學。例如，在講授時域離散信號——單位脈沖序列δ[k]時，可以和信號與系統中時域連續信號——單位沖激信號δ（t）進行類比學習，如圖2所示，這樣更容易掌握和記憶相關知識。類比法尤其適合于離散信號與系統的分析、Z變換和離散傅里葉變換等章內容的教學。

圖2 類比法教學例圖

拓展學生思維，采用“引申比較式”教學

在英語教學中常采用引申比較式教學，即先引申出兩個以上的詞語，然后進行比較。通過引申擴大和豐富學生的詞匯量，通過比較幫助學生理解和使用語言。在《數字信號處理》教學中也可采用這種方法拓展學生的思維，激發學生的學習興趣。例如，在講授Z的反變換時，采用引申比較式教學方法，依次對以下幾道例題進行詳細講解。通過一道類型的題目可以延伸出四道不同類型的題目，而每一種類型都有固定的解法和步驟，這樣能夠使學生更加全面系統地理解和掌握不同類型題目的解題思路，同時也可使學生感受到這門課程的精彩紛呈之處，提高學習興趣，鍛煉思維能力。

弱化公式推導，強化對三個概念的理解

高職教育主要培養學生的技能，理論知識以“必需、夠用”為標準，在教學過程中應以此為尺度。在《數字信號處理》課程的教學中，應當弱化公式推導和理論證明，同時應當強化對于繁瑣復雜公式背后三個概念的理解，即數學概念、物理概念及工程概念。例如，在講授離散傅里葉變換（DFT）時，應當簡化對DFT公式的推導和證明。

數學概念：求有限長離散時間序列x（n）的離散傅里葉變換，就是該序列x（n）與旋轉因子WN相乘后再相加的結果，通常情況下x（n）和WN都為復數。因此，離散傅里葉變換在數學表達式上就是復數乘法和復數加法運算。數學概念是解決會算的問題。物理概念：n代表時域，k代表頻域，離散傅里葉變換的物理含義就是將時域有限長序列變換到頻域有限長序列。物理概念是解決用在哪里的問題。工程概念：在實際工程應用領域，計算有限長離散時間序列x（n）的離散傅里葉變換是否可直接用DFT的算法來運算呢？由于DFT算法的運算量太大，實際計算中則是采用的快速傅里葉變換（FFT）來進行運算。工程概念是解決在實際中如何用的問題。

一題兩用，加強實踐環節，加深原理理解

毫無疑問，《數字信號處理》是一門理論與實踐緊密聯系的課程，尤其對高職院校的學生，在講授理論知識的同時，更應當加強實踐環節。目前，最為流行的MATLAB軟件工具是能夠進行數字信號處理實驗的首選工具。安排實驗除涵蓋了《數字信號處理》課程的主要內容外，還要求學生對于課后的作業習題，除采用筆算外，在上機實驗時再采用MATLAB語言編程仿真實現，即要求每道作業題采用兩種方法去求解。例如，求序列x（n）=[2，1，0，1]四點的離散傅里葉變換。采用筆算，可直接帶入DFT的定義式中進行計算。即代入（5）式，得

可以得到：X（1）=2，X（2）=0，X（3）=2。

采用MATLAB編程仿真可得DFT仿真圖，如圖3所示。

通過一道習題兩種解題方法的對比，更能夠使學生加深對理論知識的理解，同時也進一步強化了實踐環節的訓練。

《數字信號處理》是電子信息類專業一門理論性、實踐性都很強的重要專業基礎課，理解和掌握起來有一定的難度，尤其對高職院校層次的學生來說，要想學懂這門課程就更加有難度。針對這種情況，筆者在教學方法和教學手段方面進行了一些新的探索和嘗試，并在教學過程中采用了以上的方法。實踐證明，教學效果良好，學生普遍感覺在學習這門課程的過程中理論知識變得容易理解，不再有高不可攀的感覺，學習積極性和主動性都有很大程度的提高，學習成績也有所進步。

[1]劉大年.“數字信號處理”課程的形象化教學方法探索[J].電氣電子教學學報，2006，28（4）:104-111.

[2]陳華，覃玉榮，陳海強.“數字信號處理”課程及教學改革的發展與現狀[J].廣西大學學報，2007，32（6）:194-196.

[3]張慶榮，王憲.如何進行《數字信號處理》課程的學習[J].中國科技信息，2007，27(10):290-292.

[4]陳后金，胡健，薛健，等.信號與系統和數字信號處理課程教學改革[J].電氣電子教學學報，1999，(12):4-7.

G712

A

1672-5727（2010）07-0081-02

*本文系徐州建筑職業技術學院院級課題《〈現代通信技術〉重點課程建設》（課題編號：90250886500129）的階段性研究成果

司元雷（1978—），男，江蘇徐州人，碩士，徐州建筑職業技術學院講師，研究方向為寬帶無線通信與通信信號處理。

圖3 DFT仿真例圖