獨立學(xué)院數(shù)字信號處理課程的改革與實踐

1、    獨立學(xué)院“數(shù)字信號處理”課程的改革與實踐    歐藝文 欒華東摘要“數(shù)字信號處理”課程是獨立學(xué)院電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，理論性和應(yīng)用性都很強，學(xué)生普遍覺得該課程深奧、難學(xué)、不會用。本文分析了該課程在獨立學(xué)院的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，并結(jié)合“數(shù)字信號處理”課程的特點，對課程的教學(xué)從課程體系、教學(xué)手段與方法、人培修訂、教材建設(shè)、實踐環(huán)節(jié)、精品課程建設(shè)以及考核方法等七個方面進行了改革和實踐，取得了較好的效果。關(guān)鍵詞獨立學(xué)院 數(shù)字信號處理 教材建設(shè) 人培方案 實踐教學(xué)g642.0 a一、引言隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用范圍

2、越來越廣泛，包括圖像處理、數(shù)據(jù)通信、語音通信、生物醫(yī)學(xué)及家用電器等等。獨立學(xué)院普遍開設(shè)了“數(shù)字信號處理”課程。由于該課程抽象、難懂，獨立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)效果普遍不夠理想。本文首先客觀分析了該課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，接著以武昌工學(xué)院為試點，從課程體系、教學(xué)手段與方法、人培修訂及教材建設(shè)等方面進行了全方位的改革與實踐，取得了一定的成效。二、課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題（一）課程教學(xué)現(xiàn)狀武昌工學(xué)院（原武漢工業(yè)學(xué)院工商學(xué)院）是2002年經(jīng)國家教育部批準建立、2012年轉(zhuǎn)設(shè)成功的的全日制普通本科獨立學(xué)院。從2004年我校開始招生起，就開設(shè)了數(shù)字信號處理課程。經(jīng)過多次人才培養(yǎng)方案的制定與修改，數(shù)字信號處理課

3、程的教學(xué)計劃基本確定，總學(xué)時64，其中理論學(xué)時56，實驗學(xué)時為8。（二）教學(xué)過程中存在的問題由于獨立學(xué)院隸屬于三本院校，學(xué)生的錄取分數(shù)普遍較低，大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較薄弱，學(xué)習(xí)能力較差，學(xué)習(xí)方法欠缺，課堂的學(xué)習(xí)效果不佳。具體來說，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：（1）學(xué)生的高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，對課程中大量的數(shù)學(xué)公式、推導(dǎo)和計算心生畏懼。學(xué)生一般沒有也課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)和練習(xí)的習(xí)慣，僅僅把希望全部寄托在課堂上。這樣導(dǎo)致學(xué)生很難聽懂老師所講的內(nèi)容。有些學(xué)生前面的知識沒有學(xué)好，后面的知識就更加聽不懂了，以至于逐漸變得厭學(xué)甚至棄學(xué)；（2）實踐教學(xué)主要以課內(nèi)實驗為主，采用matlab軟件編程的方式，開設(shè)有4個實驗

4、。上實驗課時，教師一般先介紹實驗?zāi)康?、原理及步驟，再讓學(xué)生上機操作。由于學(xué)生的編程能力有限，老師一般都提供有參考程序。大部分學(xué)生一上機就照著程序輸寫，不愿花時間理解實驗原理，看懂實驗程序，因此學(xué)生光把這些程序輸完都需要很長的時間。輸寫程序的速度很慢，甚至于有的學(xué)生光把這些程序輸完就快下課了。程序運行成功之后，學(xué)生一般也不愿多花時間分析實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果。因此，在有限的上機時間內(nèi)，學(xué)生基本上只能完成實驗內(nèi)容的驗證，很難根據(jù)自己對原理的理解來修改程序或?qū)崿F(xiàn)方法，從而達不到提高學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力的目的。三、課程教學(xué)改革措施（一）優(yōu)化課程體系經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐以及對畢業(yè)生跟蹤調(diào)查結(jié)果的分析，我們認

5、為數(shù)字信號處理課程的課程體系應(yīng)以獨立學(xué)院人才培養(yǎng)目標為依據(jù)，以講授基本概念、強調(diào)工程實踐為主，體現(xiàn)實用性和綜合性的原則。在這一原則指導(dǎo)下，優(yōu)化后的課程體系具體如下：從課程的教學(xué)重點來講，授課應(yīng)強調(diào)基本概念的物理含義與基本方法的應(yīng)用，淡化公式的推導(dǎo)與證明，著重介紹思路與方法，具體推導(dǎo)過程讓學(xué)生課后完成。比如介紹四種線性相位fir數(shù)字濾波器的幅頻特性時，省去每個幅頻特性表達式的具體推導(dǎo)，只介紹表達式的推導(dǎo)思路，即先將頻率響應(yīng)h（ej）表達式的求和區(qū)間進行前后分半，代入表示h（n）奇偶對稱性的表達式，合并為一個求和區(qū)間，再經(jīng)過簡單換元、變形得到幅度函數(shù)的最終表達式。接著形象地展示幅頻特性曲線圖。由圖

6、總結(jié)出每種濾波器的幅頻特性相對于w=0、2的奇偶對稱性，從而歸納出每種情況的適用范圍。最后舉例說明在具體設(shè)計fir濾波器時，要根據(jù)實際需求選擇合適的類型進行設(shè)計。（二）改革教學(xué)手段和教學(xué)方法改革教學(xué)方法對于提高教學(xué)效果至關(guān)重要。經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，筆者根據(jù)獨立學(xué)院學(xué)生的特點，深入研究教學(xué)理論和教學(xué)內(nèi)容，逐步形成了一套較為完善的教學(xué)手段和方法。這部分內(nèi)容已在文獻4中有過具體的闡述。值得強調(diào)的是，筆者在每一輪的講課中，都會有新的領(lǐng)悟和感觸。數(shù)字信號處理課程始終與數(shù)學(xué)聯(lián)系緊密，講究知識的前后銜接，承上啟下，學(xué)生前面的基礎(chǔ)知識一定要弄懂、學(xué)好，這樣才能充分理解后面所學(xué)的內(nèi)容。由于本課程的理論知識太抽象

7、，在傳授新課的時候，除了要適當(dāng)引入matlab教學(xué)，還一定要多講典型例題、習(xí)題，將抽象的概念和方法具體化、應(yīng)用化，講完之后再“趁熱打鐵”，在課堂上留出時間讓學(xué)生自己做練習(xí)，這樣不僅可以讓老師及時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，還可以促使學(xué)生自己動腦、動手，而不是光聽老師講就可以了。只有學(xué)生自己真正思考了、練了，才能真正理解、融會貫通所學(xué)知識，也能提高他們分析問題、解決問題的能力。授課教師特別是年輕教師，一般受大學(xué)傳統(tǒng)教育的影響，習(xí)慣于在課堂上不停地講、不停地寫，好像什么都是重點，什么都得講。滿堂講、滿堂灌的后果是老師累、學(xué)生也累，效果卻并不好。這是因為學(xué)生沒有時間思考，沒有時間消化，只是被動地接受。其實老

8、師講得再多，學(xué)生能接受的還是那么一點。所以授課教師要盡量少講，不重要的地方略講、甚至可以不講，重要的地方多講、講透，并且在黑板上板書出來，方便學(xué)生做筆記、把握重點。同時多騰點時間讓學(xué)生自己看書、做練習(xí)，使他們及時消化、理解所學(xué)知識。注意把關(guān)鍵的問題爭取解決在課堂上！作為任課教師，平時要與學(xué)生多談心、多交流，一方面可以增加老師的親和力，讓學(xué)生喜歡老師，更愿意接受老師所教授的知識。另一方面，也可以讓老師多了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、內(nèi)心的想法，特別是他們對老師教學(xué)的看法，從而幫助教師發(fā)現(xiàn)自身的問題，及時調(diào)整教學(xué)思路和教學(xué)策略，根據(jù)學(xué)生的實際情況開展教學(xué)，做到因材施教，從而提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。通過教學(xué)方

9、法和手段的不斷改進，筆者明顯發(fā)現(xiàn)上課做筆記的學(xué)生更多了，學(xué)生與老師的互動也更多了，包括積極回答老師的提問、認真完成老師布置的作業(yè)、練習(xí)等。另外從本課程的最近一次自考成績來看，這些改進也大大提高了學(xué)生的解題能力與應(yīng)試水平。（三）注重教材建設(shè)教材的選取直接關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量。筆者經(jīng)過幾次試用、反復(fù)比較，最終選擇了王華奎主編的普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材-數(shù)字信號處理及應(yīng)用一書作為教材。該書難度適中，條理清晰，深入淺出，易于理解。同時加入了大量的matlab實例，既能加深學(xué)生對數(shù)字信號處理的基本概念、基本方法和基本技術(shù)的理解與掌握，又能使他們通過圖形化的演示、生動的數(shù)據(jù)，深入體會數(shù)字信號處理的技

10、術(shù)與優(yōu)勢。在實驗教材建設(shè)方面，筆者編寫了校內(nèi)使用的數(shù)字信號處理實驗指導(dǎo)書，為學(xué)生提供了實驗預(yù)習(xí)、操作與復(fù)習(xí)的藍本，大大提高了實驗教學(xué)的質(zhì)量。（四）修訂人培方案，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度由于獨立院校的學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不夠強，學(xué)習(xí)能力有待提高，師資力量、儀器設(shè)備也有限，授課教師在信息處理這個學(xué)科領(lǐng)域不宜講得太深，畢竟信息類課程“七分數(shù)學(xué)，三分物理”，“難學(xué)、難懂”這是普遍存在的事實。我們培養(yǎng)的學(xué)生很難與一本學(xué)校的學(xué)生競爭，用人單位一般也不會啟用我們的學(xué)生去從事研發(fā)、設(shè)計等工作。為此，我們需要做的是，讓學(xué)生盡可能地掌握本課程的基本理論、基本概念和基本方法，打下較扎實的理論基礎(chǔ)，之后再引導(dǎo)學(xué)生利用計算機輔助技術(shù)

11、，快速地實現(xiàn)信號與信息的處理。關(guān)于硬件的實現(xiàn)，學(xué)生如果以后在工作崗位上接觸到了的話，可以再自學(xué)?；谝陨峡紤]，同時結(jié)合畢業(yè)生的反饋意見，我們在制定電子信息類專業(yè)新的人才培養(yǎng)方案時，大膽地把后續(xù)課程dsp技術(shù)刪除了，同時將數(shù)字圖像處理等信號處理類專業(yè)課改為了選修課，僅供有興趣的學(xué)生選讀。此項改革對于電子信息類人才的培養(yǎng)是有利還是有害的，需要時間的驗證，我們會繼續(xù)跟蹤調(diào)研，實時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。我們始終相信，理論知識的掌握是最根本、最重要的，不管是軟件編程，還是硬件實現(xiàn)，都需要有一定的理論基礎(chǔ)作為后盾。（五）改革實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的工程實踐能力由于數(shù)字信號處理是理論性和實踐性都很強的學(xué)科，工程應(yīng)用

12、十分廣泛，因此必須改革實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目前，本課程的實踐教學(xué)體系包括課內(nèi)實驗、研究小報告、專業(yè)綜合課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計四個環(huán)節(jié)。其中“研究小報告”是在吸收其他兄弟院校先進教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，近兩三年才安插到課堂教學(xué)中的一個實踐性環(huán)節(jié)，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自己通過研究性學(xué)習(xí)，主動地獲取知識、應(yīng)用知識、解決實際問題。這在文獻4中已介紹過。實踐證明，此項教學(xué)活動能極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探索的欲望，并在一定程度上提高他們的團結(jié)協(xié)作與口頭表達的能力。在“課內(nèi)實驗”環(huán)節(jié)中，優(yōu)化了matlab實驗內(nèi)容。在開設(shè)了“離散時間信號與系統(tǒng)的時域分析”和“離散時間信號與系統(tǒng)的頻域分析”兩個驗證性實驗的基礎(chǔ)上，又設(shè)置了“iir

13、數(shù)字濾波器的設(shè)計與應(yīng)用”和“fir數(shù)字濾波器的設(shè)計與應(yīng)用”兩個設(shè)計性、綜合性實驗。同時鼓勵學(xué)生實驗前預(yù)習(xí)，實驗時利用理論課堂上所學(xué)的編程方法，自己編寫程序，以此作為給定實驗成績的重要依據(jù)。在畢業(yè)前的“專業(yè)綜合課程設(shè)計”和“畢業(yè)設(shè)計”兩個環(huán)節(jié)中，指導(dǎo)學(xué)生將數(shù)字信號處理應(yīng)用于數(shù)字圖像處理、語音信號處理、生物醫(yī)學(xué)及通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，切身感受數(shù)字信號處理技術(shù)的優(yōu)勢與應(yīng)用。設(shè)置設(shè)計內(nèi)容時，也鼓勵學(xué)生按照自己的興趣，自擬設(shè)計題目、自行確定設(shè)計方案和步驟。通過這種延伸，實現(xiàn)了學(xué)生由理論學(xué)習(xí)向?qū)嶒灱寄?、科學(xué)研究的轉(zhuǎn)變。（六）積極建設(shè)精品課程精品課程是教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要組成部分。通過申報、積極建設(shè)“數(shù)字

14、信號處理”精品課程，為學(xué)生提供本課程的教學(xué)大綱、電子課件、作業(yè)習(xí)題以及其他豐富的教學(xué)資源，促進優(yōu)質(zhì)教育資源的共享和師生的交流互動，使學(xué)生得到更好的教育，從而達到進一步提高教學(xué)質(zhì)量的目的。（七）改革考核方法對學(xué)生的成績評定是一個檢驗教學(xué)效果的重要手段。在考核方式上，可以采用閉卷考試、分組作研究報告、動手操作等多樣化的形式。注重學(xué)生平時的知識積累，將他們課堂上回答問題的情況作為學(xué)生平時成績評定的重要一環(huán)。在考核內(nèi)容上，將注重公式的套用和計算轉(zhuǎn)移到了注重分析和綜合應(yīng)用上，在強調(diào)考核基本內(nèi)容、基本概念（占60%）的同時，加大綜合與設(shè)計型試題的比重（占40%）。在期末考試中，新增了matlab編程能力的

15、考查，允許學(xué)生用matlab編程的方法解題，這樣既可以使學(xué)生重視軟件實現(xiàn)能力的培養(yǎng)，提高計算機應(yīng)用水平，又可以促進素質(zhì)教育的實施和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。四、結(jié)語在廣泛調(diào)研與借鑒兄弟院校在數(shù)字信號處理課程的教學(xué)改革措施與成效的基礎(chǔ)上，以武昌工學(xué)院為例，對獨立學(xué)院的數(shù)字信號處理課程的教學(xué)現(xiàn)狀進行了分析，并進行了大膽的改革與實踐。通過優(yōu)化課程體系，采用豐富多樣的教學(xué)手段與方法，修訂人才培養(yǎng)方案，加大實踐教學(xué)環(huán)節(jié)、建設(shè)精品課程以及改革考核方式等七大舉措，促進了學(xué)生思維能力和工程實踐能力的培養(yǎng)，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。在今后的教學(xué)過程中，筆者將不斷深化和完善數(shù)字信號處理課程的建設(shè)和改革，探索出更適合獨立學(xué)院特點的教學(xué)路子，以促進電子信息類專業(yè)的發(fā)展。參考文獻1羅軼.信號與系統(tǒng)與數(shù)字信號處理課程整合的研究與實踐.吉首大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011.1，32（1）：118。2余穎，肖靜等.數(shù)字信號處理課程教學(xué)改革的探索和實踐.東華理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2011.9，30（3）：