邱雄迩 李辉

摘 要： “数字信号处理”课程是电气测控类专业开设的专业基础课。文章指出了教学过程中存在的主要问题，分析了产生问题的主要原因；初步探讨了“数字信号处理”的教学改革，阐述了教学过程中遵循的基本原则和采取的相应措施。教学实践表明，“数字信号处理”课程教学改革有益于培养学生的能力。

关键词： 数字信号处理 教学方法 教学实践

“数字信号处理”是测控技术与仪器、通信、电气自动化、电子等专业的重要专业基础课，在理工科高等教育体系中占有重要的地位。随着信息技术的迅速发展，数字信号处理的地位和作用越来越突出，大部分高校开设了“数字信号处理”课程，我校测控技术与仪器专业于2004年起开设本课程作为本科三年级学生的专业必修课程。由于该课程涉及的内容多、概念抽象、设计复杂，课程教学中多采用的是“填鸭式”的教学方法，学生很容易觉得枯燥乏味，结合邵阳学院的人才培养目标和实际教学的特点，笔者在教学实践的基础上，对教学内容、教学方式、教学环境和教学评价做了一定的改革和探讨。

1.教材选择与教学内容改革

1.1教材选择

“数字信号处理”课程有很多抽象理论和数学推导，受我校电气测控类专业开设40课时的限制，讲授时不能面面俱到，应结合实际适当增删课程内容，因而选用一本合适的教材很重要。笔者教学程佩青编著的《数字信号处理》，该书条理清楚，内容丰富，有利于学生牢固地掌握课程的基本概念和理论。但随着高校的扩招，学生的素质参差不齐，整体基础水平下降，对于着眼于完整性的理论体系的“数字信号处理”教材感觉难学、难懂，因此，根据教学实际，选用了高西全主编、电子科技大学出版社出版的《数字信号处理》，该书的特点是深入浅出，简练易懂，且配有习题，这样学生可以通过对作业的解答掌握各个知识点，对一些勤奋好学且自学能力比较强的学生，推荐其参阅一些国外经典教材。

1.2教学内容改革

教学内容的改革是提高数字信号处理课程质量的基本保证。数字信号处理的基本理论包括两大部分内容：快速傅里叶变换（FFT）和数字滤波器的设计。我校电气测控类专业学生没有开设信号与系统课程，“信号与系统”课程中所涉及的重要基础知识比较薄弱。为了让测控专业学生在40学时内掌握课程的基本知识和必要技能，必须选择一条适应学科发展的主线，构建课程体系，对课程内容进行去粗取精、有机整合。我们对数字信号处理的授课内容进行了合理筛选，精简了部分内容，重点讲授了带有普遍意义的知识点和关键结论，尽量在课堂教学中避免大量冗长复杂的公式推导。如关于离散信号与系统的时域分析、Z变换等在“自动控制原理”等课程中已学习过，可作简单的回顾和复习，重点讲解DTFT变换、DFT变换的算法原理和DFT的快速实现算法FFT，同时主讲教师课前利用Matlab软件编写程序，将抽象的数学概念为学生易接受和理解的生动实例，一边讲一边演示，方便学生理解与自学，同时配以大量Matlab例子及习题，收到了良好的效果。

2.教学方法改革与实践

2.1教学方式改革

“授人以鱼不如授人以渔”，教师在课堂这个小小的舞台上不仅仅是传授知识，更重要的是帮助学生建立正确的科学思维方式，引导学生如何发现问题，使学生有能力用已学过的知识分析问题和解决问题。要做到这一点，首先要求教师十分熟悉课程内容，对本门课程具有独到见解，还要不断接触新知识、新技术，了解本学科的发展前沿，真正做到教学相长。在教学方式上，可以采用预习讲解式、启发式、研讨式、交互式等，转变单纯依赖教师、依赖教材的“填鸭式”的“满堂灌”教学，激发学生的主动参与意识。如学生掌握了一定的基础知识后，可以给学生布置一定的内容，让他们利用课后的闲暇时间上网查阅相关资料，准备自己上台讲授。学生在查找过程中，一方面可以拓宽知识面，另一方面可以发现自己哪些没有掌握好。在学生上讲台讲授的过程中，教师要认真听课，特别是学生讲解不清的地方，要仔细做好记录，以便在组织学生讨论时有发言权。经过一段时间的实践，大部分学生反映从中得到了锻炼，颇有收获。

2.2教学手段改革

为了提高教学的有效性和形象性，我们采用板书和多媒体教学相结合的授课方式。多媒体教学能够充分利用文字、声音、图像、视频、动画等多种形式进行互动教学，直观生动，便于学生理解和记忆；传统手段教学便于学生记笔记，掌握重点和难点，可以让学生减少探索时间，有助于形成知识的系统性，理解有关知识。在教学过程中教师应根据课程知识点，选择适当的教学方式，发挥优势。如一些数学概念、物理概念及工程概念等内容便可采取投影式教学，一些教师不易讲解的问题，如Gibbs现象、相关运算、卷积运算（特别是圆周卷积运算）等、利用FLASH等软件设计出动画。另外，我们使用Matlab软件作为授课的辅助手段，对于课程中一些重要的知识点和相对抽象的内容用图形的方式直观形象地表示出来。这样可极大地提高学生的学习效率，拓展学生的思维空间。在推导和演算的教学内容上，特别是在习题课和一些基本原理和基本方法的证明便采用传统的教学方法。多媒体教学手段和传统教学手段并用，即不过于夸大现代教学手段的作用，也不完全抛弃传统教学手段的优点，二者相得益彰，达到最佳教学效果。此外，我们还建立数字信号处理课程网站，把全部的课堂内容上传到课程网站，利用教师的个人主页或邮箱答疑辅导，用电子邮件递交和批改作业，解决课堂统一步调下的“吃不了”和“吃不饱”现象。

2.3习题教学改革

课后练习是教学过程中一个非常重要的环节，做好习题的过程可以巩固和加深学生对课堂知识的理解，可以培养学生独立思考、发现问题、分析问题和解决问题的能力。数字信号处理课程课后习题很多，很多学生会采用学高数等课程的方法，疲于大量做题。有些学生学习能力较强，渴望对课程内容有较深程度的掌握，有些学生学习自觉性较差。针对这种情况，我们对不同层次的学生分别提出基本要求和较高要求，将课后习题按不同的难度进行分类，引导学生在充分理解和掌握了教材内容的前提下再做。针对学生各个知识点互联能力差，容易“就题做题”倾向，要求教师在教学过程中，必须强调需掌握知识点，需理解知识点，根据实际情况适当地布置一些综合性或设计性课题，加深学生对各部分知识的理解，做到举一反三，融会贯通。任课教师采用平时测验方法，及时掌握学生对知识理解的程度，积极发现问题，找出解决问题的方法，并将其成绩计入最终的综合成绩，这样就促使学生加强对该课程内容的平时复习，尽可能防止“平时闲得无聊，考前突击熬夜”情况的发生。由于该课程需用大量工程数学知识，如果教师对典型例题和习题进行精心设计，学生学习知识就可以举一反三、达到融会贯通的效果。讲解部分高校历年研究生入学考试试题，吸引学生注意力，提高兴趣，改被动型学习为主动型学习。

3.教学环境改革

主要从两个方面改善教学环境：一方面改善课堂教学环境。平等的交流方式和宽松的环境氛围能激发学生自觉、主动的学习情感，教师作为教学的指导者，应不失时机地营造轻松、愉悦的课堂环境，为师生互动、生生互动、师生与环境互动架设桥梁，使学生理解知识的同时，在思维能力、情感态度和价值观等方面得到发展。二是强化实践教学，注重能力培养，按照职业工作环境设计和建设仿真教学环境，引导学生带着真实的“职业角色”进入学习情境，充分感受到职业工作场景的影响，提高教学的针对性和实效性。实践教学环节为了配合理论教学，我们从软件和硬件两方面开设实验，如利用Matlab软件和DSP芯片共同完成实验，同时增购浙江天煌公司的仪器设备加强实践教学，开始时购置TI公司的2000系列的F2407，后来又购置了控制性能更优越的F2812。利用DSP芯片完成实验，包含IIR、FIR、FFT的DSP实现等实验，增加综合性、设计性等“二性”实验，改变验证性、演示实验模式，注重工程应用和多元化方式求解，并体现侧重基础、启迪思维、培养动手能力等特点。同时保持先进性，可以提供教师进行科学研究和学生进行毕业设计。

4.课程考核评价改革

据调查，测控专业学生中“数字信号处理”课程的不及格率一直居20%左右，被学生冠以“名补”课程之一。究其原因，除了部分学生不认真听讲的主观因素外，还有一些其他客观因素。如数字信号处理课程现行的考核模式着眼于考核学生套用公式的能力和计算能力，考前学生主要精力用于做习题、记忆公式，这忽略了能力的培养，同时学生的考试成绩也不一定能反映实际水平。因此，数字信号处理课程在考核实际操作中，要采取知识、能力和学风综合评定的办法，客观、综合地反映学生的学习状况、知识能力和水平。在考核方式上，增加了Matlab上机考试环节，采用笔试、实验考试、上机考试、课外作业加平时综合评定的考试方式，加大平时成绩的比重，由30%增加到40%，其中实验和上机成绩占20%，平时学生的综合设计能力通过大作业的形式占10%，出勤和课堂表现占10%。在考核内容上，将重点从计算转移到分析和综合上，做到命题时保证传统型的客观题的基础性和全面性的前提下，适度地加大解决实际问题的案例题和综合分析型题的权重，并有拓展型与试创新型题，提高考试成绩的层次性，从而客观全面地检验学生对课程知识的理解程度、基础知识的掌握程度和综合应用能力。

参考文献：

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资助项目：邵阳学院教改项目（项目编号：2013JG34）湖南省教育厅一般项目（项目编号：11C1130）