随着计算机和信息学科的飞速发展“数字信号处理” (Digital Signal Processing DSP) 已成为一门重要的高新技术学科, 是现代通信、语音、图像、声纳等技术的基础在通信、电力电子、机械及力学等领域具有广泛的应用。作为一门理论性、技术性和应用性都很强的课程, 内容多、学时少, 偏重理论与公式推导, 结果也缺乏可视化的直观表现, 学生从纯数学的角度学习, 理解抽象, 普遍反映课程难学、内容枯燥、不会应用。如何在开放教育新型教学模式下, 积极探索, 改进方法, 提高教学质量, 使实践和理论两个方面的教学和谐统一, 是每个从事理工科教育工作者所面临的课题。
1 课堂教学改革策略
数字信号处理课程改革着眼于课程建设的目标和教学实施的过程, 针对学生综合能力培养的最终目标, 逐步在教学内容、教学方法及考核方式等方面革新, 使课程教学更加符合信息社会对知识结构和实际能力的需要。
1.1 合理选择教材, 尝试双语教学
选择一本内容和形式都好的教材是进行课程改革的基础和关键。我们历年采用中文教材有丁玉美编著的《数字信号处理》和程佩青编著的《数字信号处理教程》。经比较决定尝试A.V.O p p e n h e i m著的《Discreter-Time Signal Processing》英文第二版作教材, 比起其1975年的《Digital Signal Processing》增加了多采样率信号处理、最小相位系统和离散余弦变换等内容, 例题量大, 习题按难度分类, 编校印刷质量好[1]。这样有助于学生了解英语专业词汇, 为阅读英文资料打下基础。为降低学生学习难度, 课堂教学先采用英文板书, 中文讲授, 逐步过渡为“双语”教学。
1.2 合理设置教学内容
正确把握教学内容是提高教学质量、保证教学效率的重要前提。课程组多次修订教学大纲, 逐步完善教学内容体系, 加强基础能力和实践动手能力的培养, 把与该课程相关的新技术及热点研究课题及时充实到教学中, 同时加强教学内容与工程实际的联系, 使学生更好地掌握技术原理, 提高自主学习的热情。例如数字信号处理的应用可以结合科研实际介绍得具体一些。如利用数字信号处理技术实现数字振荡器, 用于电话机的双音多频信号的产生与检测, 利用离散方法实现信号谱分析, 3G通信中扩频通信的应用, MPEG音频压缩以及语音信号保密等具体应用[2]。
1.3 采用符合现代教育理念的教学方法和手段
深入研究符合现代教育理念的教学方法, 采用多元化的教学手段, 丰富教学过程。注重以学生为主体的参与式教学, 通过传统教学启发式讲解, 结合多媒体教学图像对感官的刺激, 灵活运用互动式、讨论式等多种教学方式, 有效改变学生单纯听课的学习方式, 充分调动学生参与课堂教学活动的热情。尝试引入创新性教育的研究型教学方法, 改变单向知识传授的教学型教学方式, 引导学生进行研究式学习, 培养创新意识和能力[3]。利用网络电子资源、网上答疑等信息化教学手段, 多平台、多渠道提供教学服务, 缩短师生的距离, 使之成为学生自学的好帮手[4]。
2 实践环节改革
实践教学环节可以弥补学生对理论知识的感性认识不足的缺陷, 建立理论联系实际的概念, 是培养学生分析解决问题能力、创新意识、实践技能和提高综合素质最有效的途径。实践教学不能仅限于过程演示, 重点在于锻炼动手能力, 既掌握完善的操作程序和实验手段, 更要培养研究方法和钻研精神。
除了设置合理完善的实践教学内容外, 编写详实的实验指导书非常重要, 系统讲述Matlab应用基础、数字信号处理Matlab实现的内容, 给出关键函数和示例程序, 使学生通过自学逐步提高实验设计与分析的能力。通过课程设计环节来加强综合性、设计性实验, 将“验证”型实验转变成“自主设计”型实验, 包括选题、查阅文献资料、拟定方案、设计与系统仿真及研究报告等。不仅把理论知识与实际应用联系在一起, 更有利于培养独立思考、综合运用知识的能力还可以锻炼协作意识[5]。
3 创新作业形式、考核方法和手段
目前的考核方式只是对课堂教学的“检查”, 缺乏实践和创造性内容, 不能适应素质教育的要求。因此除考核基本原理和技术的理解和掌握外, 应注重考核学生分析、解决问题的能力和研究型学习的成果。
由于概念抽象, 数值计算繁琐, 布置作业和完成作业都受到限制。可以借助Matlab在计算机上做题, 既可以提高学习效率, 又可以直观、准确地理解基本理论。重视过程考核, 增加实际能力的测试。对于考试内容, 除保留原来基本概念和知识点的问答计算外, 增加一些对实践问题的分析、判断及解决方案的命题, 从概念、原理和方法几个方面设计出能考核素质和能力的试题, 还可以尝试部分试题采用英文命题, 鼓励学生用英文答题。在实践环节的考核中, 通过改变实验的部分内容现场完成, 加强对实验结果分析的考察, 促使学生深入思考和分析问题, 使学生收获从解决问题中得到的满足, 通过努力解答课上的疑惑, 达到实验目的。
4 结语
“数字信号处理”课程建设经过多年的努力, 循序渐进地尝试上述改革措施, 取得了阶段性成果。2007年被评为校重点建设课程, 2009年又被评为校精品课程。我们将围绕“数字信号处理”的建设目标继续努力, 进一步将“数字信号处理”建成省级优秀课程, 为提高教学质量和学生综合素质, 形成具有土建类高校电子信息专业课程教学教育模式贡献出一份努力。
摘要：本文介绍了“数字信号处理”课程教学改革中教学内容的处理、教学方法的改善、实践环节的训练等方面的研究和分析。已实施的部分教学改革措施在提高教学效果上卓见成效, 通过进一步实施完善的教学改革策略将对全面提高教学质量及提升学生综合能力和素质起到良好的促进作用。
关键词：数字信号处理,教学方法,MATLAB,实践
参考文献
[1] Alan V.Oppenheint.Discrete-TimeSignal Processing (second edition) [M].Prentice Hall, 1999.
[2] 何方白, 张德民, 等.数字信号处理[M].北京:高等教育出版社, 2009.
[3] 张建林.大学本科研究性学习及其实施[M].武汉:湖北人民出版社, 2006.
[4] 初红霞, 陈万平.网络环境下多边互动模式的教学设计[J].教育科学研究, 2006 (2) :43, 451.
[5] 代新敏.高校实验教学如何培养学生创新能力[J].中国现代教育装备, 2005, 9:3 8.