留黎钦 林元模

莆田学院信息工程学院 福建莆田 351100

数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。数字信号处理[1]是利用计算机或专用设备以数值计算的方法对信号进行采集、变换、估值、识别、滤波等加工处理，以达到提取信息和便于应用的目的的一门学科。在信息技术高速发展的当今世界，数字信号处理技术广泛应用于图像处理技术、语声处理、智能化仪表、生物医学与工程、通信、自动控制系统等许多新技术领域。所以学习和掌握数字信号处理技术已成为当今信息时代必不可少的一项重要内容。在2014年国务院发布文件引导一批普通的本科院校向应用型院校转型后，莆田学院积极响应国家号召，把转型作为第一要务。学校的转型关系到院系的转型，院系的转型又关系到专业的转型，专业的转型最终决定于课程的改革。数字信号处理是通信、电子信息工程、计算机科学与技术、电气和测控等专业的一门专业必修课，其在专业中的地位是相当重要的，因此对这门课程的应用性教学模式的探讨势在必行[2]。

1 教学模式探讨方案

1.1 课程内容的改革

数字信号处理的基本理论知识及实践应用既需要相对较深、较复杂的数学知识，又与工程实际有着密切联系[3]。

(1)不能把数字信号处理当作数学课。对于莆田学院这样的普通本科院校，学生的数学基础不够扎实，在教学中着重于讲解概念和原理，而对于复杂的数学公式及推导稍微提及，但不做要求，学生在这门课程上的学习不能把它当作数学课，更应该侧重于其在信息学科上概念的理解和应用。

(2)优化课程内容。数字信号处理主要讲述的是离散系统情况下的系统分析方法及滤波器的设计和应用。其中离散时域系统的傅里叶变换和Z变换在先修课程信号与系统中已经涉及，面对这样重复的内容，上课时这部分内容以回顾为主，而不做详细介绍占用有限的学时，用更多的学时学习新的知识。还有关于离散系统的框图结构，由于在信号与系统课程中已经详细介绍过连续系统的流程图，两种系统流程图有很多相似的地方，那么这部分内容将以学生自学为主，教师为辅助(起引导作用)，这样又可以节省了学时，不仅发挥学生的自觉能动性，而且还让学生更好地理解系统框图[4]。

1.2 采用多元化教学方法和教学手段

1.2.1 多元化教学方法

多媒体和传统的板书相结合，板书有利于学生理解相应的公式及推导，同时也可以吸引学生的注意力，跟上教师上课的节奏。单纯的多媒体讲授容易使学生发生思维疲劳，容易分散注意力。两者结合有助于提高上课效率，学生掌握到更多的知识。

1.2.2 教学手段的改革

(1)着重介绍公式的含义，而非公式本身。数字信号处理中很多概念都以复杂的数学公式表示，如果单纯地介绍公式及推导，学生往往记不住，还理解不了，那么就得用日常的口语进行解释，侧重介绍公式的含义帮助学生理解公式和应用。

(2)引进MatLab仿真进入课堂中[5]。MatLab是一个非常强大的数值计算软件，同时拥有非常强大的画图功能。其中GUI界面设计可以让人更为直观地看到整个画面因为不同情况出现不同的结果。在课堂教学中，用设计好的GUI结果来展现相应内容。这样学生可以更好地理解公式以及信号之间的变换和处理后的结果，引起学生学习的兴趣。例如设计一个模拟的高通滤波器，按照课本上的原理推导设计不够直观，那么课堂上结合GUI界面设计，根据相应的编程实现结果(如图1、图2所示)。

图1 设计参数

图2 滤波器设计类型

其中通过变化公式计算其最小阶数N=2，任意用一个阶数为5，由程序得到的巴特沃斯模拟高通滤波器的幅频特性如图3所示。

图3 巴特沃斯模拟高通滤波器的幅频特性

在相同的技术参数和阶数情况下，得到的切比雪夫I型模拟高通滤波器如图4所示。

图4 切比雪夫I型模拟高通滤波器的幅频特性

通过对图3和图4的比较，可以了解到各个模拟滤波器的特点和区别：巴特沃斯模拟高通滤波器在通带内具有平坦的频率特性，在0～400 Hz的频率上较为平稳，在400～1 200 Hz时波形呈递增向上趋势，最后随着频率增大波形趋于平稳；过渡带愈窄，传递函数无零点。与此同时，切比雪夫I型模拟高通滤波器的幅频特性就是在0～800 Hz当中与巴特沃斯波形图形差不多，当到达频率800 Hz时，波形到达最高点，就开始波浪式上下起伏的变化。

1.3 实践环节的改革

1.3.1 课堂实验的改革

在数字信号处理课程教学过程中，实验对理论教学有很大的辅助作用，它可以加深对理论知识的理解和应用。但是我校没有专门的可进行软硬件信号处理实验的实验室，没有一定规模的现代信号处理实验教学设备，实践上采取软件仿真技术，对一些编程能力较差的学生是极大的挑战。探索从课堂教学和实验环节入手，通过理论课讲解课程的基本理论知识，实验课利用MatLab软件和现有的实验箱设计相关的精品实验，使学生通过实验能够提起学习的兴趣，主动学习，更好地掌握理论知识。而理论课也可以运用实验课的成果，联系实际，运用实际的例子进行形象的教学，从而改变枯燥的理论教学和学生理论无法联系实际的现象。实验教学拟设置了基础型、设计型和综合型3个层次的实验体系，并拟实行开放性实验与开放性管理。

1.3.2 课程设计的改革

为了进一步提高学生感知数字信号处理的实际应用，进一步巩固和拓展相关的概念、原理，由原来的1周的课程设计改为2周的课程设计，并更名为信号分析与信息处理课程设计。在为期2周的课程设计中，将安排音频滤波处理和数字音乐合成两个综合实例使学生有效地将理论和实际紧密结合，增强学生软件编程实现能力和解决实际问题的能力。通过这两个综合实例的学习，学生自主设计有关信号与信息处理方面的应用，最后以作品的形式提交，同时并提交一份相关的设计报告。

2 结语

数字信号处理是电子信息、通信等专业的一门专业基础课，很多课程都是在这门课程基础上的延伸。在应用转型的号召下，这门课程的改革是一个不断探索的过程，以实际应用为中心，结合课程内容，采用合适的教学方法，激发学生的学习兴趣。将在以后的教学中不断地总结归纳，不断地提高教学质量。