基于問題引導的“數字信號處理”課程教學方法研究與實踐

陳海燕　何繼愛　藺瑩

摘要：針對數字信號處理課程教學內容多、概念抽象等特點，在教學過程中不能充分調動學生積極性的問題，提出了問題引導的教學方法，以教學案例的形式展示了該教學法在“數字信號處理”課程教學中的具體實施方法。教學實踐表明：該教學模式不僅可以提高學生的學習積極性和能動性，而且在培養學生獨立思考問題和解決問題的能力方面具有積極的促進作用。

關鍵詞：問題引導；數字信號處理；教學實踐

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）04-0173-02

一、引言

“數字信號處理課程”是電子信息類及其相關專業的重要核心課程之一，理論性與實踐性強，在學科的課程體系中占有非常重要的地位[1]，該課程涉及范圍廣泛，包含較多的數學概念和公式推導，具有內容多、概念抽象等特點。對于大多數應用型普通高等學校的本科生來講，由于其基礎相對薄弱，常常會覺得課程內容枯燥乏味，只能對書本上的理論知識死記硬背，而不能領悟其實際意義，從而難以將理論知識轉化為實際應用[2]。同時，學生在學習這門課的過程中通常感到概念抽象，對其中的基本理論和分析方法難以理解[3]。為了激發學生的學習興趣，使學生能夠深入掌握課程內容、消化課程基本概念和基本理論，同時鍛煉學生獨立分析問題與解決問題的能力，我校對數字信號處理課程的教學模式進行研究，通過問題引導的啟發式教學方法，以問題為基礎來展開學習和教學過程，引導學生積極思考問題，緊跟教師的教學思路，學生在教師引導下，通過合作共同解決一些具有一定復雜性的實際問題，將學習設置到復雜的、有意義的問題情境中，使學生能夠深入掌握課程內容，學習隱含于問題背后的知識，借此過程展開知識的建構，促進學生獲得解決問題和自主學習的能力[4，5]。

二、問題引導的教學方法的實施

問題引導的教學方法，主要通過以下五個過程來實施。由于離散時間信號與系統在信號分析和處理等方面具有的諸多優越性[6]，得到了廣泛的應用，如數字音樂和計算機系統等。而自然界通過傳感器感知的信號，通常都是連續時間信號，如溫度信號、濕度信號等。為了能夠利用離散時間系統分析和處理連續時間信號，需要將連續時間信號轉換為離散時間信號，本文通過本課程中“信號的時域抽樣與信號的重建”小節的內容具體分析該方法的實施過程。

2.問題的引導。教師通過引導以及學生的觀察，學生普遍能夠得到三段音樂片段的不同，第一段音樂優美，流暢；第二段音樂盡管能夠聽出片段內容，但有明顯的卡頓；第三段的音樂效果明顯地要好于第二段，卡頓效果減弱。此時教師就會帶著問題來啟發學生：這三段音樂片段是通過對連續時間的同一音樂片段抽樣之后恢復出來的，那如何對連續時間信號進行離散化？離散化的過程是怎么樣的？什么參數對恢復出來的信號有影響？有什么樣的影響？

4.問題的回顧。通過對抽樣過程的分析可以看出，抽樣頻率不同，恢復出來的信號有的無失真，有的產生了失真。第二段音樂片段不滿足抽樣不失真的約束條件，對連續時間信號進行了抽樣，產生了頻譜混疊，從而產生了失真。這就對三段音樂片段為什么會有不同進行了很好的解釋和說明。為了改善頻譜混疊情況，在對連續時間信號抽樣之前，先進行抗混疊濾波。盡管連續時間信號通過抗混疊濾波器后會產生截斷誤差，但通常截斷誤差是遠遠小于混疊誤差的，如圖3所示。這也就說明了為什么第三段和第二段音樂片段相比，具有同樣的采樣頻率，但失真要小于第二段的原因。

5.問題的總結。最后，對問題進行總結：為什么要進行抽樣？什么是信號的抽樣？如何進行信號抽樣？讓學生回顧實例以及對問題的分析過程進行回答，加深和鞏固本節所學習的內容。這樣，在教師的啟發引導下，學生帶著問題和教師共同分析問題和解決問題，整個授課過程都圍繞著所提出的問題，始終使學生保持著探知問題產生的原因以及解決問題方法的好奇心，從而激發了學生的學習興趣，緊跟教師的授課思路，使學生對比較抽象的知識進行更好的理解，從而提高了課堂教學質量。

三、結語

針對“數字信號處理”課程內容多、概念抽象等特點，從提高課堂授課效果以及教學質量的目標出發，本文提出了問題引導的啟發式教學方法，引導學生的課堂學習，從而使學生更好地理解和掌握教師所講授的課堂內容。以案例的形式，探討了問題引導的教學方法在“數字信號處理”課程教學中的應用，并詳細展示了該方法在課程授課中的實施方法，體現了問題引導的教學方法在本課程教學中的優勢，對激發學生的學習興趣，進一步提高教學質量有著積極的促進作用。

參考文獻：

[1]羅倩.數字信號處理課程設計中創新性實踐探索[J].教育教學論壇，2016，（11）：145-146.

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[3]劉婷，王帆，楊婷.《數字信號處理》綜合性課程設計的改革與探索[J].山西電子技術，2015，（2）：82-84.

[4]李敏通，趙繼政，遲茜，等.問題教學法在“數字信號處理”課程教學中的應用[J].高教學刊，2015，（21）：70-71.

[5]楊智明，彭喜元，俞洋.數字信號處理課程實踐型教學方法研究[J].實驗室研究與探索，2014，33（9）：180-183.

[6]陳后金.數字信號處理（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint