數字信號處理教學改革和實踐

饒俊慧

（玉林師范學院物理與電信工程學院，廣西 玉林 537000）

數字信號處理課程是電子信息類相關專業的一門專業基礎課，是研究數字化的核心技術和奧秘。數字信號處理起源于17世紀的數值分析，是信息科學中許多學科的基礎，它的基本概念和分析方法已滲透到信息與通信工程，電路與系統，集成電路工程，生物醫學工程等諸多領域。它是通信、電子信息工程類專業的主干課程之一，是一門理論和實踐相結合，實踐性較強的專業課程。

1 課程特點和存在問題

《數字信號處理》上承《高等數學》《信號與系統》和《Matlab應用基礎》，下接《數字圖像處理》《語音信號處理》等專業前沿課程，是專業基礎課知識向專業應用轉變的中間橋梁，在整個專業體系中占據著舉足輕重的地位。

盡管如此，在授課過程中，學生普遍感到課程難度較大，且隨著課程內容的不斷深入，學生的學習興趣和主動性逐步降低，主要原因在于[1]：

（1）課程理論性較強，概念抽象，數學公式較多，對于一般應用型本科院校，學生的數學基礎比較薄弱，見到教材中的數學公式、推導就對這門課程產生很大的恐懼感，失去了學習的動力；

（2）編程基礎較差，對仿真軟件MATLAB的應用不夠熟練，難以做到實驗和理論相結合；

（3）課程偏重算法理論與方法，與實際應用相結合的案例介紹得較少，使學生難以做到課程理論與實踐相結合。

此外，數字信號處理課程是以高等數學、復變函數、信號與系統課程為基礎的，部分學生這些先修課程的基礎未打牢，也對課程教學也會造成一些影響。針對這些問題，筆者總結課程講授經驗，嘗試進行課程教學改革和實踐，以期增強學生的學習興趣，改善課程的教學效果。

2 教學改革措施

2.1 優化課程內容

本學院選取的是西安電子科技大學出版社丁玉美、高西全編著的《數字信號處理》，課本的內容基礎，講解簡單且例題比較豐富，但是很多學生在學習過程中往往抓不住重點，習慣性的去記憶一些變換的定義、性質，而忽略具體的應用，導致面對具體問題時，不知道采用什么知識來解決[2]。筆者針對這些問題，繪制課程的知識體系圖如圖1所示，在教學過程中圍繞著體系圖進行介紹。

圖1 知識結構體系圖（＊表示重點）

2.2 知識點模塊化

圍繞課程知識體系圖進一步對知識點進行模塊化，課程教學中以知識點為單位進行教學活動，對每一個知識點進行講授——習題講解——當堂練習鞏固，在前一個知識點掌握了的前提下繼續下一個知識點。以第1章時域離散信號和時域離散系統為例，將這一章劃分成了18個知識點，如表1所示。

表1 知識點模塊化（＊表示重點）

2.3 教學過程中注意幫學生建立學習自信

教師在課堂講授時，應時刻注意判斷學生們對所講知識點內容的理解程度，當學生聽懂、理解一個知識點后才講解下一個知識點，寧可少講、慢講、學生聽懂，也不要多講、快講、學生聽不懂[3]。特別是在當堂練習環節，可以利用所學的知識點很好地完成練習時，學生的氣氛非常好，這樣每節課下來，學生都有一定的收獲，就可以漸漸建立起學習自信，增強繼續學習的動力，形成課堂教學的良性循環。這種方式雖然在教學的初始階段可能會導致教學進度較慢，但是當學生掌握了足夠多的課程內容后，基礎知識和理解能力得到提高，講課的速度自然可以加快。反之，如果教師不顧及學生的理解情況按既定教學計劃授課，可能造成學生聽不懂課的情況，一個知識點沒搞懂，又學新的知識點，會使得學生失去聽課自信，會對課程內容感到畏難，就會產生不認真聽課、開小差的傾向。

2.4 引入語音信號處理實例

針對教材內容中實例少的特點，在教學過程中盡可能多的引入實際的語音信號處理實例，如利用信號延時實現音樂的混響，將原聲和混響后的聲音進行播放讓學生親身感受到數字信號處理的效果；改變系統函數實現不同的系統功能，將原聲和經過不同系統之后的聲音進行比較；對男生、女生的聲音信號進行頻譜分析，對雙音多頻信號進行識別，對同學們的語音信號進行噪聲濾除等。通過引入這些語音信號處理的實例，提高了學生的學習興趣，取得了良好的學習效果。

2.5 充分利用仿真軟件Matlab

課堂教學中，將課件、板書及Matlab仿真三種形式相結合，利用Matlab對課程中的理論和算法現場進行仿真演示，學生可以直接看到數字信號處理的過程，淡化理論計算的過程，對理論學習有更直觀的認識和更深刻的理解[4]。

2.6 充分利用“互聯網+慕課”

互聯網上有著眾多優秀的慕課課程資源，為了有效利用這個優勢，在整個教學過程中，適時引入線上資源，如相應知識點的慕課視頻、動畫素材等，開闊學生視野。將教師的課堂講解和慕課的播放進行有機結合，多感官地對學生進行信息輸入，這樣能有效地集中學生上課時的注意力，提高學生學習的積極性，豐富課堂的教學內容與教學形式。

3 結語

通過教學實踐，新的教學方法、教學手段等增加了學生的學習自信，上課氣氛活躍，老師和學生的互動性明顯增強，提高了學生的學習興趣，取得了良好的教學效果。