數字信號處理教學改革的探索

劉芳

摘要：“數字信號處理”是電子信息類專業的重要課程，在各個學校的專業教學中受到相當的重視。本文總結近幾年學生學習該課程實際情況的經驗以及教訓，從理論教學和實踐教學兩個方面進行改革。在理論教學方面，強調優化教學內容、改善教學方法、加強師生互動；在實踐教學方面，開展課內實驗和課外實驗，培養學生主動學習、獨立思考、實際解決問題的能力。

關鍵詞：數字信號處理；改革；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）49-0242-02

“數字信號處理”是電子信息類專業的重要課程，在各校的專業教學中受到相當的重視。我們總結近幾年學生學習該課程的實際情況，提出從理論教學和實踐教學兩個方面進行改革，讓課堂教學深入淺出，教學方法靈活多變，從而提高學生學習的興趣，培養學生主動學習的能力；另外，加強實踐教學環節，培養學生獨立思考問題的習慣，提高學生實際解決問題的能力，為其繼續深造或工作就業打下良好基礎。

一、理論教學改革

1.優化教學內容。數字信號處理課程理論性較強，概念抽象，公式繁多，學生普遍反映理解較困難，因此優化教學內容非常關鍵。首先，要選擇合適的教材，以基本理論和基本方法為核心，配有舉例說明和MATLAB程序示例；其次，根據各專業的不同要求，以及學生自身基礎水平的區別，合理選取講授內容，淡化對公式的推導，多舉生活實例引導學生理解所學知識，從而提高學生學習課程的興趣。

2.改善教學方法。一方面，采用多媒體課件與傳統板書相結合的教學手段；另一方面，在一些難點知識的講解中，借助FLASH MX等軟件插入動畫，吸引學生的注意力，并使抽象知識更易理解，也可用MATLAB軟件演示仿真程序，讓學生直觀地看到分析結果和波形。

例如，采樣定理是學生普遍反映較難理解的知識。我們通過舉例，給定一個信號xa（t）=（1+cos（t））/2，首先給出這個信號及其頻譜的波形，然后，在采樣頻率分別為2Hz和0.5Hz的條件下，分別繪出采樣信號及其對應頻譜的波形，如圖1所示。

通過這個例子，讓學生清晰地看到，原始信號的頻譜如圖1（a）所示；在采樣頻率為2Hz時，信號的頻譜是原信號頻譜的周期延拓，如圖1（b）所示；在采樣頻率為0.5Hz時，信號的頻譜與原信號的頻譜間存在很大差別，如圖1（c）所示。由于原始信號最高頻率接近1Hz，當采樣頻率2Hz≥2×1Hz（即采樣頻率大于或等于信號的截止頻率的2倍）時，采樣信號的頻譜在一個周期內與原信號頻譜相同，否則，會發生頻譜混疊現象，如圖1（c）所示。

3.加強師生互動。為了更好地了解學生對知識的掌握程度，每次課堂結束前五分鐘，老師提出一個與本次課程內容相關的問題，讓學生課下查閱資料，互相討論，下次課開始，讓學生上臺陳述自己的解決方案。通過這種辦法，既鍛煉了學生自我解決問題的能力，也加強了同學之間的互動交流，集思廣益。為了更好地加強師生溝通，我們開發了一個課程教學網站，老師可以把授課重點上傳到網站，便于學生下載復習，學生也可以在討論區提出自己的疑問，老師給予及時解惑。在這樣一種教學互動模式下，學生與老師處于平等的地位，老師不單純是知識的傳授者和講解者，學生也不單純是知識的接受者，老師與學生亦師亦友，互相學習，共同進步。

二、實踐教學改革

“實踐是檢查真理的唯一標準”。通過實踐，讓學生對課程內容理解更深入，學生在實踐中，通過“遇到問題—解決問題—總結問題”這一過程，真實體會到知識的力量以及解決問題的快樂，老師在實踐中，只充當答疑解惑的角色，學生自主解決問題才是實踐的宗旨。

1.課內實驗環節。課內實驗主要借助MATLAB這一可視化軟件，結合課本知識，開發一系列由易到難的實驗，包括驗證性實驗和設計性實驗。例如：設計驗證性實驗“頻域的采樣定理”時，可以給定一個長度為10的序列，定義為x（n）={1，2，3，4，5，6，7，8，9，10|n=0，

1，2，3，4，5，6，7，8，9}，要求學生對x（n）進行16點DFT和4點DFT，繪出兩種情況下的頻譜圖X1（k）和X2（k），由X1（k）和X2（k）分別得出y1（n）和y2（n），比較y1（n）和y2（n）與原信號x（n）之間的關系來驗證頻域采樣定理，其結果如圖2所示。可以看出，16點DFT恢復出來的信號與原信號相同，4點DFT恢復出來的信號完全失真，從而驗證了頻域采樣定理——頻域采樣的點數必須大于或等于信號的長度。

設計一些與課本重點知識緊密聯系的實驗非常重要，通過這些實驗，學生既能對理論知識深入理解，又能檢驗其靈活運用MATLAB軟件和理論知識的能力，培養學生遇到困難后能獨立思考并解決難題的精神。

2.課外實驗環節。課外實驗有兩種模式，一是老師給出適合本科生的研究課題，學生自由組隊參加，在老師的指導下，于一定時間內完成，并通過結題答辯，可獲得學校頒發的證書。在實驗中，學生可免費使用學部開放的實驗室，學部給予每一個團隊一定的經費支持，學生通過查閱資料，互相探討，在完成課題的過程中大大提高其實踐動手能力。另一種模式為，學生向老師提出自己感興趣的課題，經過老師考證其可行性，指導學生完成。另外，學生可申請參加國家舉辦的各種電子類設計大賽。這些開放性的實踐，鍛煉了學生獨立鉆研的精神和創新能力，也為其將來進一步深造打下良好基礎。

三、結束語

“數字信號處理”是電子信息類專業的專業基礎課，也是一些學校考研的必考課程，其重要性顯而易見。我們總結近幾年學生學習該課程的實際情況，從理論教學和實踐教學兩個方面進行改革，理論教學是優化教學內容，改善教學手段和方法，加強師生互動，提高學生學習該課程的興趣，讓學生由被動學習變為主動學習；實踐教學分為課內實驗和課外實驗，開發合適的實驗項目，培養學生遇到困難后迎難而上的精神，提高學生獨立思考、實際解決問題的能力。通過兩年的實踐證明，數字信號處理課程改革達到了良好的效果。

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