“數字信號處理”課程教學中的幾點建議

毋玉芬

摘 要：本文簡述了在光電信息科學與工程專業開設“數字信號處理”課程的必要性，并分析了在該專業教學過程中存在的主要問題。針對“數字信號處理”的課程特點，研究優化課程內容，對“數字信號處理” 的教學方法給出了幾點教學建議。

關鍵詞：數字信號處理；教學方法；課堂教學；MATLAB

“數字信號處理”是一門涉及許多學科而又廣泛應用于很多領域的新興科學，目前“數字信號處理”課程普遍開設于通信與電子工程專業[1-2]。

光電信息科學與工程專業是根據教育部在2012年9月下發文件，將原屬于電子信息科學類的光信息科學與技術、光電子技術科學專業與原屬于電氣信息類的信息顯示與光電技術、光電信息工程、光電子材料與器件五個專業統一修訂后的專業名稱。該專業培養具有現代科學意識、理論基礎扎實、知識面寬、創新能力強，可從事光學工程、光通信、電子學、圖像與信息處理等技術領域的科學研究，以及相關領域的產品設計與制造、科技開發與應用、運行管理等工作，能夠適應當代信息化社會高速發展需要的應用型人才。根據光電信息科學與工程專業的學科性質、學科特點和培養學生的目標可知，為該專業學生開設“信號與系統”及“數字信號處理”相關課程具有必要性。通過“數字信號處理”課程的學習，可提升該專業學生的專業素質并為學生后續深入的專業學習打下堅實的基礎。

現就目前“數字信號處理”課程在物電學院光電信息科學與工程專業開設過程中遇到的幾點問題做如下歸納總結，并就各個問題提出相應的意見及建議。

1 面臨的問題和挑戰

“數字信號處理”課程具有以下幾個主要特點：①使用數學語言對工程實踐中的數據采集、分析及處理等問題進行描述，內容相對比較抽象[3-4]；②將高等數學、復變函數及線性代數等課程的內容作為基本工具，并賦予實際的工程物理意義；③課程主體內容源于工程實踐，既用于描述工程實踐問題，又用于指導工程實踐。這就意味著，該課程的學習對學生提出的要求更高。在給光電信息科學與工程專業的學生開設“數字信號處理課程”時，具體要面對的問題有以下幾點。

1.1 師范院校學生，數學基礎知識相對薄弱

對于師范院校的學生來說，在大一修習“高等數學”等基礎學科時，普遍比較吃力，在后續進行“信號與系統”及“數字信號處理”課程學習時，數學短板顯現。

1.2 先修課程沒有儲備

在“數字信號處理”課程學習前，要求學生具有一定的數學功底，除高等數學外，還需要先修“復變函數”或“數學物理方法”等相關課程。鑒于學科綜合科目統籌等考慮，我校光電信息專業開設以來，“復變函數”未列入學科規劃課程內，因此在“數字信號處理”課程開設時，教學難度相對較大。

1.3 “數字信號處理”內容與學時的沖突

該課程涉及信號的采集、變換、分析、處理和應用等問題，內容非常豐富。 相對于通信與電子工程專業，光電信息專業開設的課程學時較少。 如何利用較少學時講授這些內容， 給課程教學帶來不小的挑戰。

1.4 非必修課，學生重視度不夠

盡管是光電專業碩士入學的考試課程，但是由于本課程在光電信息專業開始時，是選修而非必修科目，因而部分學生對其不夠重視，僅將課程學習當作修學分的一項任務。

2 相應解決方案

雖然在光電信息科學與工程專業開設“數字信號處理”存在著諸多問題和挑戰，但是通過對教學方法的改革和實踐，我們不僅比較成功的解決了上述問題， 且取得了很好的教學效果。

2.1 及時補充基礎知識

針對師范院校學生高數基礎差及光電信息專業學生缺少“復變函數”基礎的問題，在課堂教學中注意及時補充相關內容，以免影響課堂教學效果。如講授數字信號傅立葉變換及頻譜的周期性等問題時，采取一次講授、多次復習的策略，加深學生對內容的理解。通過分析和處理具體的信號，并配合直觀易懂的圖形化教學語言，使學生易于理解和掌握知識點，如用梳狀圖講授數字信號的抽樣定理。

2.2 合理選擇內容

“數字信號處理”涉及的內容很多、邏輯性很強，在課程學時安排有限的情況下，必須合理地篩選授課內容。在側重基本概念、基本原理和基本方法的原則指導下，重點講授具有普遍意義的重要知識點，如在講授數字濾波器設計問題時，僅以矩形窗為授課重點，對其它窗口如漢明窗等只進行簡單介紹。

2.3 培養學生興趣

針對非必修課學生興趣不高及不夠重視的問題，在開課伊始的課程說課及導論過程時，即由授課教師向學生說明并強調“數字信號處理”課程作為光電專業考研科目的重要性。

為提高學生學習興趣，在教學中采用多種教學方式相結合的模式，充分利用板書、幻燈片以及多媒體教學各自的優勢，綜合運用在實際教學過程中。此外，為提高教學內容的趣味性及加深學生的理解，采取了將授課內容與現實生活實踐緊密結合的方法。例如，在講授連續時間信號的離散化處理體系時，以常見手機通信中的圖像及聲音信號的A/D和D/A轉換為例進行介紹，加深學生印象并便于學生理解。

2.4 理論與實踐相結合的教學方式

“數字信號處理”是一門實踐性很強的課程，在教學中適當加入實踐環節可以幫助學生深入理解知識。我們在實踐環節中，主要參考“信號與系統”課程的教學方法，授課過程中貫穿MATLAB 仿真實踐，利用MATLAB 仿真的圖形和動態演示，讓學生領會到諸如抽樣定理、離散傅立葉變換DFT 概念、信號濾波原理等抽象理論。同時，適當引入使用MATLAB 處理光電信號的實例，比如常見通信信號的濾波、調制與解調等，激發學生的學習興趣和求知欲。

3 結語

在光電信息科學與工程專業開設“數字信號處理”課程具有緊迫性和必要性，遵循本文所述原則并采取恰當的教學措施，順利地開設了“數字信號處理”課程，并圓滿地完成了授課任務。 結合相關任課教師的教學實踐表明，本文探索和實踐的課程教學方法，能夠在順利開展“數字信號處理”課程教學的同時，有效地提高教學質量，得到有關專家的認可與肯定。

將“數字信號處理”的具體特點和學生的知識結構相結合，將課堂教學和輔助教學有機結合，將理論教學和實踐教學相結合，過程中還有值得進一步研究和嘗試的問題， 但相信教學效果將會在探索與實踐中得到穩步提升。

參考文獻

[1]余穎，肖靜，劉樹博.數字信號處理課程教學改革的探索和實踐[J].東華理工大學學報（社會科學版），2011，30（3）：294-296.

[2]程佩青.數字信號處理教程[M].北京：清華大學出版社，2002.

[3]王秋生，袁海濱.“數字信號處理”教學方法的探索與實踐[J].電氣電子教學學報，2008，30（4）：87-89.

[4]王俊峰.交互式教學在數字信號處理課程中的應用[J].中國電子教育，2010（2）：64-67.endprint