龙佳乐，张建民

(五邑大学信息工程学院，广东江门529020)

“数字信号处理”课程教学在理工科高校的地位正在日益提升，如何有效提高该课程的教学质量，培养和提高学生自我学习、独立分析的能力和工程实践能力是一项具有重要意义的工作[1-3]。

1 现状分析

尽管“数字信号处理”课程的地位举足轻重，但该课程却一直处于难学、难教的境况，其中最重要的原因是它在理论上所涉及的数学知识极其广泛，微积分、概率统计和复变函数等都是它的基本工具。这些内容含有大量的算法、推导和证明，使得数字信号处理的许多概念显得非常抽象。学生在“数字信号处理”课程的课堂学习时往往过于注重公式推导或证明，而不能理解其实质和用途。

因此，如何帮助学生在掌握基本概念、原理和工程算法的基础上，提高其解决实际问题的能力，培养自主创新的意识，是我们教学过程中迫切需要解决的问题。

2 改革试点

笔者从第一次讲授“数字信号处理”课程开始，就深刻感受到了该课程所处的窘境，于是便开始思考如何进行创新改革。借助已有的信号处理以及Matlab软件的一些研究背景[4-5]，笔者给自己设置任务，即将知识点编成一个个小任务，然后尝试用课堂知识去解决并利用软件形象化其完成过程。

比如对于离散时间信号的基本类型这一知识点，用Matlab绘制出各类型的基本信号波形后，当进行加权、平移甚至多序列组合等操作后会发生什么变化呢?通过软件编程很容易得到相应的信号波形，通过对比变化前后的信号波形很容易找到差别，从而加深了学生的理解。

再如滤波器的设计，巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器各有什么特点?采用冲激相应不变法和双线性变换法设计成相应的数字滤波器有什么区别?当调整滤波器的设计参数后，滤波器的频响曲线会发生什么变化等等，这些小问题小任务都可以通过编程绘制后找到解答，再结合书本的理论知识，使学生对于这个知识点的掌握应该是深刻而形象的。当这些实践初获成功后，我们连续三届在任教的班级中从小范围(4个人)逐步扩大到大范围(20个人)进行试点，将教学内容设计成一个或多个具体的任务，由任务引导学生思考。

随后，我们带领学生申请了校学生课外活动立项，经过一年的努力，将驱动式教学在“数字信号处理”课程教学中的初步成效融进一套可供使用的虚拟实验平台。尽管现在平台尚不完善，但将其应用于教学，将我们前期积累的基于该平台的驱动式教学模式正式搬上课堂已指日可待。目前，这套数字信号处理虚拟实验平台的软件系统已成功申请软件授权，图1是该系统的部分截图界面。

图1 循环卷积实验界面

我们在离散傅里叶变换及其快速算法的主界面上，点击“循环卷积”按钮将进入图1所示界面。点击下拉菜单选择需要进行卷积的序列类型，并输入相应的参数将能在界面上直观地看到卷积前后的序列图，教材中几乎所有涉及循环卷积的例题习题都能用这个界面操作看到结果，学生能更加形象地掌握循环卷积的性质，加深对循环卷积概念的理解。

例如从图1最右侧的循环卷积结果图中可以很明确地看到，循环卷积结果序列的长度与所输入的卷积点数是一致的，而这一点是循环卷积的重要性质之一。我们在上课时，可以调出该平台离散时间信号和离散时间系统中关于线性卷积的界面，输入同样的序列，对比线性卷积和循环卷积结果的异同，从而得出循环卷积的第二个重要性质即当循环卷积点数大于等于线性卷积结果的长度时，两者相等。

3 改革思路

我们在驱动式主动探究型教学模式思想指导下[6-7]，以完成各个被细化成任务的理论知识点为引导，在课内利用前期完成的虚拟实验平台直观演示各知识点和形象化任务;在课外随时调整任务及时监控任务完成情况，结合课内课外动态调整教学过程是关于数字信号处理课程的改革思路，其概况如图2所示。(图中间两条平行线表示贯穿始终，与设置和完成任务平行进行的意思)。

图2 数字信号处理驱动式教学改革研究思路示意图

具体的改革方案分如下三个步骤。

(1)对于“数字信号处理”教学大纲中基本要求的内容，采用案例导学和任务督学的模式。

本课程中有很多公式推导，例如信号的离散傅立叶变换，信号的分析与重建等，以往课本和教师通常的讲解不过是按部就班的公式罗列。我们现在改用虚拟实验平台让学生直观认识这些知识点，用图形的形式形象化，动态改变各个参数，一目了然地体会个中真意，这是案例导学。在此基础上，将知识点设计成一个个小任务，引导学生自行利用软件仿真，加深对理论理解的同时锻炼与实践结合的能力，这便是任务督学。

(2)在掌握了一定的数字信号处理基本知识的前提下，采用项目教学和课程实践模式深化学习。

深化学习对基础知识的广度和深度、内容和形式提出了更高的要求。教师将几个紧密联系的知识点结合实际问题设计成一个个小项目，要完成这些项目必须综合利用多个知识点，甚至是学过的多门课程的知识，例如电话号码盘拨音信号的产生和识别，对语音的简单处理等都是比较好的小项目。

(3)作为专业基础课程，后续开设的许多选修课都以其为理论基础，所以我们在课程最后要做的便是触类旁通与推广应用。

在课程的学习过程中，适时结合实际问题让学生了解该课程的广泛应用。可以在课程的尾期，适当添入后续课程的一些应用演示和简单的讲解。比如图像处理、通信信号的分析等。我们引导学生利用前面所学的各种理论和方法，结合软件进行各种尝试性解决，这样不仅可以提高学生对该课程学习的重视与兴趣，也为后续课程的学习打下基础。

4 结语

“数字信号处理”作为主干课程不仅仅是电子通信以及控制等专业的基础理论课，也因为相关技术更新快而成为实践与理论并重的工程应用型课程。纯粹的课堂输入式理论讲授已经无法满足本科教学的要求，引入必要的软件仿真建立书本与实际应用的桥梁，吸引学生由被动接受到主动探求才能达到本科教学的目的，本文介绍的基于各种软件仿真平台的驱动式教学是值得探究和实践的。

[1]孙兵，俞一彪:数字信号处理课程多教学模式的探索[J]，成都:实验科学与技术，2009(4)

[2]王景芳，侯玉宝:数字信号处理教学改进探索[J]，长沙:湖南涉外经济学院学报，2009(4)

[3]高军萍，王霞，李琦等:数字信号处理课程教学改革的探索与体会[J]，南京:电气电子教学学报，2007(2)

[4]龙佳乐，应自炉，张建民:“Matlab程序设计”课程的教学探讨[J]，南京:电气电子教学学报，2010(1)

[5]张建民，龙佳乐，应自炉:信息类专业MALTAB双语教学初探[J]，北京:中国电力教育，2011(34)

[6]李秀滢，王建新，彭静:Matlab教学中任务驱动式教学法的应用[J]，南京:电气电子教学学报，2010(2)

[7]全晓莉，周南权，李双等:基于LABVIEW的数字信号处理虚拟实验的构建[J]，北京:实验技术与管理，2011(10)