数字信号处理基础课程教学改革与探究

刘宇 勾俊芳 李俊杰 潘玉青 张凤双

摘 要：数字信号处理是计算机专业的一门专业课。其应用领域极其广泛，包括现如今非常热门的移动通信5G技术、语音及图像的处理技术，生物医学工程，雷达导航及定位系统等。这门课程以复变函数以及信号与系统这两门课程为先修课。文章以计算机科学与技术专业培养目标为中心，以数学知识为基础，同时强调其实际应用效果为准则，从教学方式及考核方式两个方面进行教学改革与实践。

关键词：数字信号处理基础;教学方式;考核方式;改革

数字信号处理技术，是指能够将日常生活中通过耳朵获取到的声音、眼睛看到的图像或者是传感器采集到的物理信息转换为计算机可以识别的二进制数据的一种技术。在计算机和电子信息领域以及利用计算机技术对数据进行快速处理与分析的领域，都得到了广泛的应用。在数字信号处理器产生之后，将经过处理的信息输出来，使得人们的工作效率有了很大的提升，因此为整个人类社会中科技的进步及生产效率的提高做出了突出的贡献。

数字信号处理主要涉及的教学内容主要有离散时间信号及系统的简介，离散时间信号的傅里叶变换及其逆变换，z变换及其逆变换，离散傅里叶变换以及快速傅里叶变换等。因此该课程在教学中涉及大量严谨枯燥的公式推导证明，需要学生高度集中注意力并要求熟练掌握先修课程中的理论知识及相关概念。上课过程中稍有疏忽或精神不集中很容易出现掉队及脱节现象，对后续内容的学习造成不良影响，从而影响学生的听课效率及效果。因此如何以数学知识为基础，同时强调其实际应用效果是该课程教学改革中的重点内容。

一、教学方式的改革

（一） 以学生为主体的教学方式

老师的教要与学生的学有效结合起来才能产生最好的课堂效果。数字信号处理的课程需要学生具有良好扎实的数学基础和严谨的推导计算能力，这样才能在老师的课堂教学中受益良多。但是该课程为计算机及电子信息工程的专业课，一般高校会在大三时开设。此时距离学生学习高等数学、离散数学以及复变函数等基础课程已有一段时间，学生会遗忘相关基础知识。因此为了引导学生课下主动复习回忆与课程相关的数学方法和推导步骤，将课堂上所有学生每五人一组进行分组。分组的目的在于对学生进行任务分配，每个组的学生抽签选取相关知识，课下进行资料的搜集与整理，并以PPT的形式进行课上讲演，规定每组讲演的时间不超过十分钟。因此要求所搜集整理的资料不但要丰富多样而且要凝练严谨。此外资料的搜集不止局限于文字，还应包括丰富精炼的影音资料，以使课堂上的同学们能理解回忆相关知识。

以傅里叶变换为例进行说明，搜集的资料可包含以下内容：

1.

关于傅里叶本人的背景介绍，包括其所著专著、学术贡献和生平轶事等，目的在于激发学生学习兴趣。

2.

何为傅里叶变换。关于傅里叶变换的具体数学表达式。如何直观的记忆该表达式以及傅里叶变换产生的背景，其应用领域及优点。

3.

傅里叶变换在数字信号处理中的具体应用。

通过课下的充足准备和了解以及课上的讲演和展示，不但有利于学生加强对课程的理解和应用，还有助于提升学生的团队协作能力。此举在锻炼学生语言表达能力的同时还能提高学生的心理素质并积累了在大众面前演示PPT的经验，十分有利于以后的工作面试及考研面试，相当于是毕业季前的一次实战演练。

（二） 理论和实验相结合的作业布置

在数学的学习中，巧妙地应用数形结合的实例有助于学生更好地理解和记忆相关公式及某些数学性质。因此在数字信号处理过程中，除需掌握相关数学背景知识作为基础外。还需要理解抽象的概念以及复杂的公式结果。比如利用傅里叶变换将信号从时域向频域进行转变后得到的结果通常以复变函数中指数表达式的形式给出。如此可以清晰地看出该变换结果的模长及辐角均是频率w的函数。但是，用传统数学的知识画出模长和辐角随w变化的曲线是相对困难的。

因此我们在课堂教学中引入数学工具MATLAB进行仿真及图像输出，用简单的数学函数将抽象的概念和复杂的公式以图像的形式直观明了地展现出来，有助于学生的理解和记忆。

二、 考核方式的改革

该课程设置为32学时，之前的教学工作以理论讲授为主。改革后其中理论讲授28学时。Matlab上机仿真实验4学时。学生的结课成绩构成为：期末成绩=70%卷面成绩+20%平时成绩+10%实验成绩组成。因为引入学生分组后的课堂讲演环节，因此平时成绩的构成分配如下：平时成绩=50%出勤+30%课堂講演+20%平时作业。课堂讲演成绩的组成包含教师打分及学生代表的打分，此举兼具公平性与公正性原则。

三、 总结

本课程在教学改革与实践中，通过以学生为主体教学方式的改革手段不但有利于学生理解记忆数学基础知识还能锻炼学生的讲演能力。将理论与实验相结合，便于学生直观认识推导结果。考核方式的改革有助于激发学生的学习兴趣并提升学习效果。

参考文献：

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[2]高丙坤，王秀芳，张秀艳.“数字信号处理”课程的改革与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2009（10）：79-80.

[3]殷海双，王永安.“数字信号处理”课程教学改革与探索[J].课程教材，2011（7）：36.

[4]王景芳，侯玉宝.“数字信号处理”教学改进探索[J].湖南涉外经济学院学报，2009（4）：25-27.

作者简介：

刘宇，勾俊芳，李俊杰，潘玉青，张凤双，河北省沧州市，河北农业大学理工学院。