“數字信號處理”課程設計導向型教學初探

馬永奎，高玉龍，張佳巖，張中兆

(哈爾濱工業大學通信技術研究所，黑龍江 哈爾濱 150001)

“數字信號處理”是一門以多種學科為理論基礎的課程，它所涉及的知識范圍極其廣泛。例如在數學領域的微積分、概率論、隨機過程和數值分析等都是數字信號處理的基本工具。同時它與網絡理論、信號與系統、控制論、通信理論和故障診斷等也密切相關，這給“數字信號處理”的教學帶來一定的困難。為了改善“數字信號處理”的教學，我們結合傳統課堂教學，開展了以課程設計為導向的研究性教學[1-3]。

1 基于課程設計的教學方法

以課程設計為導向的教學設計是將研究性教學運用于基礎學位課中的一種有益的嘗試[4-5]。

學生在學習“數字信號處理”中面對理論知識學習缺少興趣，致使學習效果差。我們發現缺乏學習上的成就感是制約學生學習興趣的關鍵因素，而突出知識的應用性則可以提高學生的學習興趣。

以課程設計為導向的教學設計，可以讓學生享有充分的自由度，選擇最感興趣的設計題目，從而最大限度地發揮每一個學生的能動性，這種教學方式強調小組合作學習。學生首先自由組成一個課程設計小組，然后通過集體討論確定本小組的設計題目。每個成員在對本組所選題目進行較深入的理解和分析后，結合自身的特點進行具體分工，合理劃分任務配合完成設計。

整個課程設計分為兩個階段:①準備階段，小組需要提交開題報告，其內容包括課題內容和意義、原理及預備知識、設計方案和分工及進度安排等四個部分。教師審閱后，可對設計進行適當調整;②設計實施階段，學生可以充分運用已經掌握的知識，利用圖書館和網絡資源尋找設計解決的辦法，通常他們遇到的大部分問題都能獨立解決。課程設計報告內容包括設計原理、實現方案、實現框圖和流程圖等。而對仿真參數的選取要給出合理依據，對仿真結果進行分析和評價。

課程設計使用的平臺和語言并沒有限制，可以依托Matlab平臺。例如“雷達信號的時頻分析”，借助Matlab時頻分析工具箱，分別研究了單分量和多分量線性調頻信號的Wigner-Ville分布、偽Wigner-Ville分布、短時傅里葉變換及Radon-Wigner分布，并對仿真結果進行分析。同時將仿真結果以人機交互的界面形式顯示出來，便于用戶查看。此課程設計由三名學生完成，他們分別負責上述三種不同分布的性能分析。

又如“基于FPGA的FIR濾波器的設計與優化”，其主要目的是在FPGA平臺上實現基于窗函數的FIR濾波器。在這一小組中三名學生負責編寫verilog代碼和FPGA上實現FIR濾波器，一名學生負責各種函數的性能分析。

2 教學方法實施和評價

在進行課程設計實施時，學生以2-5人為一組，建立一個研究小組。課程設計要在規定的時間內完成，包括原理闡述，算法流程設計，具體編程實現，并撰寫課程設計總結報告。在課程設計過程中，教師主要起指導作用。

對課程設計的考核包括:選題是否恰當，對題目理解程度如何，整個小組分工是否合理，實施計劃是否恰當，項目完成情況及項目報告質量等。

幾年來，每年都有幾組學生，以“數字信號處理”課程設計為基礎，參加黑龍江省電子設計大賽乃至全國電子設計大賽，獲得了包括全國電子設計大賽銅獎，黑龍江省金、銀獎等良好成績。

3 結語

本文介紹了“數字信號處理”課程設計導向型教學實踐。實踐表明，通過課程設計，可以充分激發學生的興趣，引導他們對所學知識進行運用和探索，從而進一步激發他們對數字信號處理知識的理解和運用。四年的教學實踐表明，這種教學方式是傳統教學的一種重要的和有益的補充。

[1]李樹濤，龔理專.基于項目設計的信號處理技術教學實踐.南京:電氣電子教學學報，2009，(02).99-101

[2]向學軍，劉平，夏昌浩.基于項目的學習模式在“虛擬儀器技術”課程的應用.南京:電氣電子教學學報，2006，(03)18-20

[3]黃云志.借鑒國外研究性教學經驗，加強信號類系列課程建設.合肥:合肥工業大學學報，2010，(01)，91-95

[4]張前進，孫炎增.DSP課程的教學改革研究.鄭州:河南教育學院學報，2010，(01)，63-64

[5]S.Fincher，M.Petre.Project-Based Learning Practices in Computer Science Education[C].Frontiers in Education Conference，1998.FIE ＇98.28th Annual，1185-1191.