数字信号处理课程改革与实践

　　摘要：“数字信号处理”是一门理论性强、概念抽象、应用范围广的工科类专业课程。本文详细地介绍了对“数字信号处理”课程教学所做的一些探索和总结，并详细阐述和探讨了教学大纲、教学方法、实践教学等方面的改革。实践证明，通过本次教學改革对提高“数字信号处理”课程的教学质量，提高学生的动手实践能力和综合应用能力能够起到良好的促进作用。

　　关键词：数字信号处理教学改革教学实践

　　中图分类号：G624文献标识码：A文章编号：1672-3791（2017）10（a）-0163-02

　　1传统教学中存在的问题

　　数字信号处理课程具有理论性强、概念抽象的特点[2]，大量的理论和算法都要通过严密的数学推导，传统的教学计划学时大都用在算法的讨论和理论公式的推导，教学手段主要以黑板教学为主，缺少灵活性，课程偏难且枯燥；教材中Matlab仿真实例以验证性实验居多，缺少具有实际工程背景的设计内容[3]，更缺少与数字信号处理教学内容相关的编程实验，与专业教学计划设置脱节，学生渴望实践锻炼，但又对实验等一些实践环节重视程度不够，因此容易出现学生怕学、厌学及学不懂，老师怕教、难教、教不好的现象。

　　2课堂教学的改革

　　2.1修订教学大纲

　　陕西理工大学数字信号处理课程的教学计划一般安排40学时理论教学，8学时实验教学。遵照学时安排，合理设计对学生的知识与能力指标体系，以适应应用型人才培养。课程使学生培养信号分析与处理的思想，掌握信号处理的基础理论知识，并侧重于理论知识在实践中的应用，让学生具备应用信号处理的基本原理和方法去分析和解决实际工程问题的能力。

　　2.2课堂教学改革

　　数字信号处理内容理论性较强，偏重于理论及算法推导，较少涉及实现方法及相关的软硬件技术，学生容易感觉枯燥难懂。为解决这些难题，就要完善现有教学模式，采用多媒体教学和传统板书教学并用的教学手段。

　　一方面，对于课程中的基本理论和算法推导，以及习题讲解仍然采用板书详细讲解，以便学生有足够的时间跟上教师的授课思路，同时结合学科发展趋势，列出一些实际的工程实例与课本知识结合起来，让学生感觉学以致用。另外，也要把数字信号处理的发展过程与理论知识结合起来，从而能够掌握各个知识点的关联与区别，加深对信号处理思想与工具的理解。例如“信号与系统”偏重于模拟信号与系统，“数字信号处理”偏重于数字信号与系统，原因是计算机只能处理数字信号，不能处理连续信号，所以必须把模拟信号通过抽样、量化、编码等步骤变换成数字信号，计算机才能识别处理模拟信号。这样就可使学生把相关的思想、原理和方法融会贯通成一个完整的知识体系。另一方面，对于诸如时域频域抽样和Z变换等表示物理工程概念，以及包括本学科新技术和新进展在内的课程内容则采用多媒体方式，通过声音、图片、动画、Matlab仿真等多种互动教学形式，不仅节省了学时，而且有助于学生形象理解和提高学习兴趣，加深对课程内容的理解。

　　2.3考试措施改革

　　学生的综合成绩主要由笔试、实验和平时成绩组成，各占比重为70%，20%，10%，有效地将学习过程考核、实验设计环节，以及课程设计纳入到考核范围[4]。其中笔试主要考核学生对数字信号处理理论内容的掌握情况，注重分析与综合运用；实验成绩为操作技能和实验报告两部分组成，增强学生对实践环节的重视，强化其编程、仿真调试能力，以及独立分析解决问题的素质；平时成绩的给定主要参考平时课题提问及回答、作业成绩、课堂考勤，以及课程设计等部分，课程设计报告要求在数字信号处理课程结课后，分小组自助选题做研究，并按照规定的格式和内容要求提交一份研究报告。

　　3实践教学的改革

　　3.1改革Matlab实验

　　在教材或实验指导书验证性实验的基础上，为学生提供必要工作环境和条件，增设设计性和综合型实验内容。例如，人体心电图在测量过程中间容易受到外界环境通信及电磁信号的干扰。实验给出一个心电图信号采样序列标本x（n），假设该信号中存在外界干扰信号，要求在实验中输入心电图序列x（n），滤除x（n）序列中的外界干扰信号，保留原始的有用信号。学生通过类似的综合性实验，可以实现信号的频谱分析、滤波和设计，完成简单的数字信号处理功能，从而锻炼了学生的综合运用能力，使其感觉有趣、有用，更能进一步增强其学习、科研的兴趣和能力。

　　3.2改革DSP实验

　　目前，我院利用现有的银杏科技公司的DES320PP-U数字信号处理仿真/教学实验系统集成了型号为XDS510仿真调试器，不需要外部JTAG仿真器即可完成DSP各个模块的实验；该实验系统全面支持TI公司的C2000，C5000，C6000等系列DSP，可开设出算术运算类、数字信号处理理论类、芯片原理类、DSP/BIOS、信号与系统类、控制类，以及硬件扩展设计实验等实验项目。为此，在现有的实验项目基础上，借助于试验箱及其CCS编程环境，学生可以在CCS图形窗口观察信号的时域和频域曲线，观察原始信号和滤波后信号的曲线。这样，可有机地将硬件和软件相结合进行实验，将数字信号处理理论与DSP控制器使用编程融为一体，真正地讲数字信号处理理论应用到实际工程中，达到理论与实践相统一的目的，学生在实验与编程环节中达到“知其然，更知其所以然”。

　　我院将全部实验室对外开放，学生可以主动联系实验室，可以在实验室无教学任务的情况下，自行练习教材或课堂上的程序，也可以自己提出要研究的课题，进行论证编程。通过实践实验环节的锻炼，达到从教学实验锻炼到工程实践的逐层深化和提高，从而有助于学生具有自助学习探究的态度，以及创新创业的精神，以适应当前多元化的社会对综合人才的需求[5]。

　　4结语

　　通过对数字信号处理的课程大纲、课堂教学、实践教学等方面的系列改革，在实际的教学中取得了令人满意的教学效果，不仅激发了学生的学习兴趣和积极性，让学生更为深刻地理解了信号处理的思想和基本理论，而且培养了学生思考与钻研能力。希望通过进一步地教学改革和尝试，带动应用型本科院校数字信号处理教学质量再上一个台阶。

　　参考文献 

　　[1] 王秋生，袁海斌.“数字信号处理"教学方法的探索与实践[J].电气电子教学学报，2008，30（4）：87-89. 

　　[2] 王冬霞，李波，孙福明，等.应用型本科院校《数字信号处理》的教学改革与探索[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2010，12（6）：30-31. 

　　[3] 毛伊敏，钟文涛.数字信号处理课程研究型教学方法研究[J].中国电力教育，2008（11）：79-80. 

　　[4] 沈媛媛，刘益成.数字信号处理课程教学改革探讨[J].中国现代教育装备，2008（10）：98-99. 

　　[5] 王艳芬，王刚，张晓光，等.《数字信号处理》研究性课程建设与探索[J].实验科学与技术，2008（4）：80-82. 

    作者：王明武