邱雄邇 李輝

摘 要： “數字信號處理”課程是電氣測控類專業開設的專業基礎課。文章指出了教學過程中存在的主要問題，分析了產生問題的主要原因；初步探討了“數字信號處理”的教學改革，闡述了教學過程中遵循的基本原則和采取的相應措施。教學實踐表明，“數字信號處理”課程教學改革有益于培養學生的能力。

關鍵詞： 數字信號處理 教學方法 教學實踐

“數字信號處理”是測控技術與儀器、通信、電氣自動化、電子等專業的重要專業基礎課，在理工科高等教育體系中占有重要的地位。隨著信息技術的迅速發展，數字信號處理的地位和作用越來越突出，大部分高校開設了“數字信號處理”課程，我校測控技術與儀器專業于2004年起開設本課程作為本科三年級學生的專業必修課程。由于該課程涉及的內容多、概念抽象、設計復雜，課程教學中多采用的是“填鴨式”的教學方法，學生很容易覺得枯燥乏味，結合邵陽學院的人才培養目標和實際教學的特點，筆者在教學實踐的基礎上，對教學內容、教學方式、教學環境和教學評價做了一定的改革和探討。

1.教材選擇與教學內容改革

1.1教材選擇

“數字信號處理”課程有很多抽象理論和數學推導，受我校電氣測控類專業開設40課時的限制，講授時不能面面俱到，應結合實際適當增刪課程內容，因而選用一本合適的教材很重要。筆者教學程佩青編著的《數字信號處理》，該書條理清楚，內容豐富，有利于學生牢固地掌握課程的基本概念和理論。但隨著高校的擴招，學生的素質參差不齊，整體基礎水平下降，對于著眼于完整性的理論體系的“數字信號處理”教材感覺難學、難懂，因此，根據教學實際，選用了高西全主編、電子科技大學出版社出版的《數字信號處理》，該書的特點是深入淺出，簡練易懂，且配有習題，這樣學生可以通過對作業的解答掌握各個知識點，對一些勤奮好學且自學能力比較強的學生，推薦其參閱一些國外經典教材。

1.2教學內容改革

教學內容的改革是提高數字信號處理課程質量的基本保證。數字信號處理的基本理論包括兩大部分內容：快速傅里葉變換（FFT）和數字濾波器的設計。我校電氣測控類專業學生沒有開設信號與系統課程，“信號與系統”課程中所涉及的重要基礎知識比較薄弱。為了讓測控專業學生在40學時內掌握課程的基本知識和必要技能，必須選擇一條適應學科發展的主線，構建課程體系，對課程內容進行去粗取精、有機整合。我們對數字信號處理的授課內容進行了合理篩選，精簡了部分內容，重點講授了帶有普遍意義的知識點和關鍵結論，盡量在課堂教學中避免大量冗長復雜的公式推導。如關于離散信號與系統的時域分析、Z變換等在“自動控制原理”等課程中已學習過，可作簡單的回顧和復習，重點講解DTFT變換、DFT變換的算法原理和DFT的快速實現算法FFT，同時主講教師課前利用Matlab軟件編寫程序，將抽象的數學概念為學生易接受和理解的生動實例，一邊講一邊演示，方便學生理解與自學，同時配以大量Matlab例子及習題，收到了良好的效果。

2.教學方法改革與實踐

2.1教學方式改革

“授人以魚不如授人以漁”，教師在課堂這個小小的舞臺上不僅僅是傳授知識，更重要的是幫助學生建立正確的科學思維方式，引導學生如何發現問題，使學生有能力用已學過的知識分析問題和解決問題。要做到這一點，首先要求教師十分熟悉課程內容，對本門課程具有獨到見解，還要不斷接觸新知識、新技術，了解本學科的發展前沿，真正做到教學相長。在教學方式上，可以采用預習講解式、啟發式、研討式、交互式等，轉變單純依賴教師、依賴教材的“填鴨式”的“滿堂灌”教學，激發學生的主動參與意識。如學生掌握了一定的基礎知識后，可以給學生布置一定的內容，讓他們利用課后的閑暇時間上網查閱相關資料，準備自己上臺講授。學生在查找過程中，一方面可以拓寬知識面，另一方面可以發現自己哪些沒有掌握好。在學生上講臺講授的過程中，教師要認真聽課，特別是學生講解不清的地方，要仔細做好記錄，以便在組織學生討論時有發言權。經過一段時間的實踐，大部分學生反映從中得到了鍛煉，頗有收獲。

2.2教學手段改革

為了提高教學的有效性和形象性，我們采用板書和多媒體教學相結合的授課方式。多媒體教學能夠充分利用文字、聲音、圖像、視頻、動畫等多種形式進行互動教學，直觀生動，便于學生理解和記憶；傳統手段教學便于學生記筆記，掌握重點和難點，可以讓學生減少探索時間，有助于形成知識的系統性，理解有關知識。在教學過程中教師應根據課程知識點，選擇適當的教學方式，發揮優勢。如一些數學概念、物理概念及工程概念等內容便可采取投影式教學，一些教師不易講解的問題，如Gibbs現象、相關運算、卷積運算（特別是圓周卷積運算）等、利用FLASH等軟件設計出動畫。另外，我們使用Matlab軟件作為授課的輔助手段，對于課程中一些重要的知識點和相對抽象的內容用圖形的方式直觀形象地表示出來。這樣可極大地提高學生的學習效率，拓展學生的思維空間。在推導和演算的教學內容上，特別是在習題課和一些基本原理和基本方法的證明便采用傳統的教學方法。多媒體教學手段和傳統教學手段并用，即不過于夸大現代教學手段的作用，也不完全拋棄傳統教學手段的優點，二者相得益彰，達到最佳教學效果。此外，我們還建立數字信號處理課程網站，把全部的課堂內容上傳到課程網站，利用教師的個人主頁或郵箱答疑輔導，用電子郵件遞交和批改作業，解決課堂統一步調下的“吃不了”和“吃不飽”現象。

2.3習題教學改革

課后練習是教學過程中一個非常重要的環節，做好習題的過程可以鞏固和加深學生對課堂知識的理解，可以培養學生獨立思考、發現問題、分析問題和解決問題的能力。數字信號處理課程課后習題很多，很多學生會采用學高數等課程的方法，疲于大量做題。有些學生學習能力較強，渴望對課程內容有較深程度的掌握，有些學生學習自覺性較差。針對這種情況，我們對不同層次的學生分別提出基本要求和較高要求，將課后習題按不同的難度進行分類，引導學生在充分理解和掌握了教材內容的前提下再做。針對學生各個知識點互聯能力差，容易“就題做題”傾向，要求教師在教學過程中，必須強調需掌握知識點，需理解知識點，根據實際情況適當地布置一些綜合性或設計性課題，加深學生對各部分知識的理解，做到舉一反三，融會貫通。任課教師采用平時測驗方法，及時掌握學生對知識理解的程度，積極發現問題，找出解決問題的方法，并將其成績計入最終的綜合成績，這樣就促使學生加強對該課程內容的平時復習，盡可能防止“平時閑得無聊，考前突擊熬夜”情況的發生。由于該課程需用大量工程數學知識，如果教師對典型例題和習題進行精心設計，學生學習知識就可以舉一反三、達到融會貫通的效果。講解部分高校歷年研究生入學考試試題，吸引學生注意力，提高興趣，改被動型學習為主動型學習。

3.教學環境改革

主要從兩個方面改善教學環境：一方面改善課堂教學環境。平等的交流方式和寬松的環境氛圍能激發學生自覺、主動的學習情感，教師作為教學的指導者，應不失時機地營造輕松、愉悅的課堂環境，為師生互動、生生互動、師生與環境互動架設橋梁，使學生理解知識的同時，在思維能力、情感態度和價值觀等方面得到發展。二是強化實踐教學，注重能力培養，按照職業工作環境設計和建設仿真教學環境，引導學生帶著真實的“職業角色”進入學習情境，充分感受到職業工作場景的影響，提高教學的針對性和實效性。實踐教學環節為了配合理論教學，我們從軟件和硬件兩方面開設實驗，如利用Matlab軟件和DSP芯片共同完成實驗，同時增購浙江天煌公司的儀器設備加強實踐教學，開始時購置TI公司的2000系列的F2407，后來又購置了控制性能更優越的F2812。利用DSP芯片完成實驗，包含IIR、FIR、FFT的DSP實現等實驗，增加綜合性、設計性等“二性”實驗，改變驗證性、演示實驗模式，注重工程應用和多元化方式求解，并體現側重基礎、啟迪思維、培養動手能力等特點。同時保持先進性，可以提供教師進行科學研究和學生進行畢業設計。

4.課程考核評價改革

據調查，測控專業學生中“數字信號處理”課程的不及格率一直居20%左右，被學生冠以“名補”課程之一。究其原因，除了部分學生不認真聽講的主觀因素外，還有一些其他客觀因素。如數字信號處理課程現行的考核模式著眼于考核學生套用公式的能力和計算能力，考前學生主要精力用于做習題、記憶公式，這忽略了能力的培養，同時學生的考試成績也不一定能反映實際水平。因此，數字信號處理課程在考核實際操作中，要采取知識、能力和學風綜合評定的辦法，客觀、綜合地反映學生的學習狀況、知識能力和水平。在考核方式上，增加了Matlab上機考試環節，采用筆試、實驗考試、上機考試、課外作業加平時綜合評定的考試方式，加大平時成績的比重，由30%增加到40%，其中實驗和上機成績占20%，平時學生的綜合設計能力通過大作業的形式占10%，出勤和課堂表現占10%。在考核內容上，將重點從計算轉移到分析和綜合上，做到命題時保證傳統型的客觀題的基礎性和全面性的前提下，適度地加大解決實際問題的案例題和綜合分析型題的權重，并有拓展型與試創新型題，提高考試成績的層次性，從而客觀全面地檢驗學生對課程知識的理解程度、基礎知識的掌握程度和綜合應用能力。

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資助項目：邵陽學院教改項目（項目編號：2013JG34）湖南省教育廳一般項目（項目編號：11C1130）