《数字信号处理》教学改革

依据《数字信号处理》课程的地位和特点、教学现状和存在问题、学生特点、高校教学资源情况,探讨《数字信号处理》课程教学内容设置、理论教学和实践教学的关系,提出教学策略、兴趣培养、实验教学法和评价体系的改革方案。实践证明这些措施可以改善教学效果。


  1课程的地位和特点


  《数字信号处理》是高等学校电子与电气信息类专业的重要专业基础课,是在学生学完了《信号与系统》课程后。进一步为学习专业知识和后续课程例如《语音信号处理》、《图像处理》等打下基础的课程。《数字信号处理》课程主要内容包括如下几个方面:数字信号处理的基本概念和理论、连续信号的采样原理、Z变换、傅里叶级数、傅里叶变换、数字滤波器结构和设计等。通过本课程的学习,应该掌握数字信号处理的基本理论、基本知识和基本方法,掌握一些必要的软件工具,了解数字信号处理技术在设计和应用中的手段方法。本课程应该注意与前序、后续课程的衔接,既要避免太多重复。又要保持课程的完整性。由于本课程涉及较多的数学知识,还有一些学生《信号与系统》课程掌握不好,造成了不少学生对此课程有畏学、厌学的现象。在此背景下,《数字信号处理》课程教学改革就显得尤为重要。


  2培养兴趣。夯实基础


  兴趣是最好的老师,只有学生有兴趣,充分调动了学生的学习积极性,教学效果才会事半功倍。现在的学生大多数不喜欢枯燥的纯理论的学习,每门课程都想先知道有什么用,感觉用处大了才会下功夫学习,否则就从心里轻视它。也就无法学好它。所以一开始就要理论联系实际,告诉本课程的一些具体应用,培养学生兴趣。《数字信号处理》的内容广泛应用于图像处理、导弹制导、无线电通信、仪表控制、数字电视、生物医学等。例如医学上的心电图、脑电图等涉及到对图像分析。就用到了本课程的知识。还有我们普遍都在用的手机,也利用了语音信号处理技术、图像处理技术。只有充分认识到课程的重要性。学生才会认真去学。在实际教学过程中。还要重视一个问题,就是绪论、引言的应用。很多教师认为这部分内容不太重要不做过多介绍,实际上,这部分内容是培养兴趣最好的材料,这些内容是否讲得精彩,会影响整个课程的学习效果。


  3教学内容改革


  整个课程的教学内容包括三部分:课堂教学、实验教学、课程设计。这三部分之间的关系一定要搞清楚,使之相互促进,协调发展。以往的教学偏重于理论教学部分,即课堂教学,对实验教学、课程设计这些实践教学部分重视不够,理论枯燥难学,实践效果不好。理论教学是基础,实践教学是补充,不可偏废。因此课程改革要提高实践教学比例,使实践教学成为理论教学的有益补充。对于理论教学的内容和次重点也要精心挑选。时域离散信号和系统在《信号与系统》课程中已经学过,可以少讲,复习到即可。还有像状态变量法就可以不讲。像傅氏变换、快速傅氏变换就要详细讲授。要本着淡化推导、去繁求简、着重概念、抓住主线的原则进行课程内容的讲授。本课程公式推导较多且复杂,因此有些推导可以淡化处理,只需记住结果即可,把复杂的内容简单化。课程的概念较多,并且是课程的重点,因此概念一定要讲清楚,一定使学生理解。课程内容分散,需要抓住主线,由点到线、由线到面。z变换、DFT、DTFT等内容都是知识点,连到一起就是变换域分析这条线,扩展开去就是信号分析这个知识面。这样就把分散的知识连在一起,从宏观上把握这门课程。还有就是要及时了解学生学习动态情况,根据实际情况合理安排相应内容的讲授时间。


  4实践教学改革


  从总体上讲,实践教学地位要得到加强。实践教学开展得好,可以巩固理论知识,促进理论知识的学习。实践教学的内容主要是离散信号的时域、变换域分析,IIR、FIR滤波器的设计和分析,也可以加入与这些主线内容相关的内容。选择的原则是演示型、验证型的内容要少,设计型、分析型的内容要多。实验的方法要虚实结合,既要接触实际的实验电路和DSP芯片,还要有必要的程序,甚至是虚拟的实验系统。实践教学要跟上科学的进步、时代的发展,适当引入一些必要的工具软件,例如MatLab、Simulink、LabVIEW等。例如MatLab软件的引入,教师自己编写程序,教师讲课的时候,一边解释程序一边演示,可以加深学生对相关概念原理的理解。还可以利用FDATOOL工具演示滤波器的设计,还可以用Simulink进行仿真。对学有余力的学生还可以指导他们利用MatLab中GUl人机交互界面设计虚拟实验系统,当然也可以利用LabVIEW设计虚拟实验系统,若经过努力设计出虚拟实验系统。则相关概念原理将终生难忘。课程末尾的课程设计中,布置难度适当的题目,更能使学生体会课程学习成功的喜悦。


  5教学方法改革


  填鸭式的教学模式不适应高校教学已得到大家的普遍认可。只有充分调动学生的主观能动性,积极开展启发式、讨论式、研究式的学习模式,才能有效提高教学效果。启发式教学是由教师提出问题,让学生自己思考。课程中引入一个新的内容都要思考为什么,有什么用。例如离散信号的引入,可以让学生思考一个问题,一个时间很短的模拟信号能否100%的无失真存储到电脑中。由于是连续时间信号,即使持续时间很短,也有无穷多个点,即使容量再大的硬盘也无法将其完全存储下来,因此,必须对连续时间信号进行采样。这样就可以使学生充分理解离散信号引入的必要性了。讨论式教学是让学生在相互讨论过程中逐渐理解相关概念原理。例如可以讨论在时间域中能否把图像的噪声去掉,从而加深对变换域的理解。研究式教学是学生通过研究一个题目,为完成这个题目又重新有目的学习的一种方法。例如要求学生设计一个滤波器,告诉滤波器的参数,学生在设计的过程中把相关的知识又学习了一遍,相关内容没有学会是不可能设计成功的。现代教育的教学手段越来越多样化,传统的单一的粉笔加黑板擦正逐渐被多样化的教学手段所取代,多媒体教学、动画演示、虚拟实验、网络资源都有自己的优缺点。合格的教师应恰当地选取合适的教学手段,能用实际电路演示的最好不用虚拟实验系统,除非电路连接复杂,造成实验就是连线感觉的除外。能用动画演示的不要用口头纯理论解释。例如卷积有线性卷积、周期卷积、循环卷积之分,用多媒体手段解释要比口头加粉笔有效得多,再例如采样定理、周期延拓用动画演示,看一遍就一目了然。


  6评价体系改革


  传统的课程评价体系往往是一考定终生,现在既然课程内容、组成部分发生了变化,所以评价体系也要做相应的调整。全面的评价体系应该包括平时表现、作业情况、考试、实验表现、课程设计。平时表现一个是上课是否缺课,还有就是课堂听讲情况,课堂讨论情况。通过布置适量的作业习题,习题够用即可,主要目的是检验知识的掌握情况,作业要注意是否有抄袭现象。可以将学生分成若干小组,不同小组有不同的题目。实验和课程设计要注重过程,不要只看最终的结果。避免学生抄袭实验数据或者编造实验数据。总之,评价体系应该体现出知识与能力并重的原则,让评价的结果激励学生进一步的学习。


  7教学资源改革


  一门课程,仅仅靠一课堂的五十分钟是没有办法解决所有问题的,因此在课堂外应该还有学习的资源和途径。目前高校都普遍建立了校园网,很多高校都建立了网络课程和精品课程,这些网络资源提供了课堂之外的学习途径。通过硬件和软件的支持,建立交互的网络学习资源,可以培养学生学习兴趣。改善教学效果,在网络平台上,每个人都有权利提出疑问和解答问题,建立一个类似论坛的平台,形成一个风气浓厚的学习环境。潜移默化地影响着每一个学生。教师一方面建立、维护这个平台,另一方面通过平台上的发言了解学生学习情况,还可以对各个学生的平时表现评价提供参考。