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[摘要]“数字信号处理”课程是独立学院电子信息类专业开设的专业基础课之一，具有理论性、概念性强，学习枯燥、教学效果不理想等特点。本文从教学方法和教学手段上对该课程做了改革与实践，大大提高了学生学习的兴趣和积极性，取得了较好的教学效果。
[关键词]独立学院 数字信号处理 教学方法 教学手段
[中图分类号]G642.0 [文献标识码]A
一、引言
随着数字化和信息化技术的快速发展，特别是图像处理、语音通信、自动控制、航空航天、国防军事以及家用电器等领域的数字化进程越来越迫切，“数字信号处理”在人才培养中的地位和重要性越来越突出。独立学院作为高等教育的重要组成部分，已成为应用型人才培养的新生力量，其电子信息类专业普遍开设了“数字信号处理”课程。数字信号处理课程理论性强、抽象概念多，而独立学院学生基础相对薄弱，学习缺乏积极性和主动性，学习兴趣不高，甚至出现畏学、厌学心理。怎样提高学生的学习兴趣和学习效果？改进教学方法和手段至关重要。笔者依据独立学院学生的特点，切实改进教学方式和方法，增强教学的吸引力和感染力，在一定程度上提高了教学效率和教学效果。
二、采用丰富多样的教学方法
（一）注重该课程与前后课程的联系
数字信号处理在电子信息类专业课程体系中起着承上启下的作用，其前修课程有信号与系统，后续课程有DSP 技术、通信原理、数字图像处理及识别等。一方面，数字信号处理课程与信号与系统课程之间有着许多交叉重叠的地方，如离散时间信号与系统、Z变换、离散时间傅里叶变换等内容。为了节省课时，突出重点和难点，授课过程中对重复性内容只做简单介绍、复习；强调信号与系统课程的重点应当放在连续时间信号与连续时间系统的分析和处理上， 强调基本概念、基本变换和基本方法的学习， 培养起信号类课程的研究方法与思维模式[1]。而数字信号处理课程则应当立足于离散时间信号和离散时间系统的分析和处理， 强化系统设计、工程应用思想。
另一方面，把握好本课程与后续课程之间的有机联系，有针对性、有目的地开展教学。在平时的课程教学过程中，借助matlab软件，引入数字信号处理在通信系统、数字图像处理、语音信号处理等领域的应用实例。在“DSP技术”课程中，要求学生用软硬件平台实现数字信号处理，如设计一个小型视音频系统。这样既可以激发学生的学习兴趣，又可以帮助学生了解各门课程之间的联系，培养综合运用知识的能力和创新意识，为后续“DSP 技术”、通信原理、数字图像处理及识别等课程的学习打下坚实的基础。
（二）启发式教学法
改变传统的满堂灌的做法，充分调动学生参与课堂教学的积极性。通过课前回顾、设问法、讨论法等方式，使学生弄清楚为什么研究这个新知识、新知识的定义、物理含义是什么，有什么性质和实际用途。精选具有代表性的例题，讲解透彻，注意引导学生总结解题步骤和解题方法，使他们能举一反三、触类旁通。课堂上分配一定的时间供学生练习或讨论，以 加深学生对于基本理论及方法的理解；同时布置课外作业，鼓励学生独立思考，多复习多预习。只有这样，才能使学生对所学知识印象深刻、理解透彻。
（三）总结归纳法
总结归纳法是一种在教学中广泛应用的方法，它利用特殊的前提推导出普遍性结论，是对知识的高度概括。总结归纳法可以帮助学生将复杂的问题简单化、规律化，直接运用结论解决问题，增强学习的信心。例如书上对于“IIR数字滤波器的脉冲响应不变法”，只给出了一阶和二阶模拟系统的数字化公式[2]，没有具体介绍设计原理和公式。因此，笔者在给学生讲解时作了适当补充。先以流程图的方式展示脉冲响应不变法的设计过程，然后逐步推导其过程，直至归纳出脉冲响应不变法的一般设计公式。接着指出书上给出的公式只是该设计公式的特例，可以引导学生进行简单的验证。这样学生既学到了基本原理及方法，又掌握了知识的来龙去脉。
（四）兴趣激励法
兴趣教学法就是在保证基本教学内容的基础上，着重于学生学习兴趣的培养，从而提高学生学习的主动性和积极性，使学生在兴趣中学习，在学习中享受乐趣[3]。在本课程课堂教学过程中，采用兴趣激励可以帮助学生轻松愉悦地学习，达到事半功倍的效果。例如在绪论课和开始讲授滤波器的设计时，先举例说明数字滤波器在语音消噪、图像处理、心电滤波、信号调制与解调等方面的应用，使学生亲身感受到数字滤波技术在实际生活中的应用，从而激发起学生浓厚的学习兴趣和强烈的探究欲望，为课程后面新知识的学习做好铺垫和准备。
（五）研究式教学法
研究性教学是指在教师指导下，从网上或图书馆查找资料，选取小课题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的教学活动。如在讲授“数字滤波器的设计”这部分内容时，要求学生完成一个“数字滤波器的设计与应用”方面的研究小报告，其成绩占期末总评成绩的10%。研究小报告以小组为单位，每组4～5人。各组成员团结协作，查找方案，确定设计方案，借助matlab软件编写调试程序，设计出合适的滤波器，并将其应用于实际领域。上课时利用一定时间，分组演示将给其他同学看，要求陈述清晰明了，能够回答老师和其他同学提出的任何疑问。通过这种锻炼，提高了学生学习的针对性和目的性，也调动了他们学习的积极性和主动性，培养了他们的钻研能力和创新意识。当然，教与学的过程也是相互促进、相得益彰的。学生创造性的思维火花又能给予老师极大的启发和灵感，从而可以进一步指导其科研和教学。
（六）将科研成果引入教学
将校级教研项目的成果引入到教学中。如将教研项目研究成果“FIR数字滤波器在VSB调制解调中的应用”[4]引入到教学中，使学生既熟悉了FIR数字滤波器的设计方法和实际应用，还体会到了本课程与其他课程之间的联系，从而培养了学生综合利用知识和理论联系实际的能力。 三、优化教学手段
（一）将多媒体授课和黑板教学有机结合
在授课过程中，采用多媒体教学与黑板教授有机结合的方式。利用多媒体教学手段，一步一步地展示授课内容，辅以图片或动画演示，既帮助学生获得了直观的印象，进一步加深了对抽象概念的理解，又加大了课堂教学的信息量和趣味性。而对于公式的推导计算或教学重点的介绍，采用黑板板书的方式，可以方便学生紧跟老师的讲解思路，理顺知识脉络，加强理解和记忆。
例如在介绍FIR数字滤波器中的“窗函数幅频特性的影响”时，卷积过程给H（w）造成了起伏现象，涉及的公式很抽象，讨论项也较多，直接让学生看书上图或用多媒体放映，学生都很难理解H（w） 曲线图是怎么形成的。笔者经过几轮授课，觉得采用边用多媒体讲解边在黑板上画图的方法，效果更好，也更形象更直观。即先在黑板上，用虚线画出理想低通滤波器的幅度Hd（w）的曲线图来，以方便与FIR滤波器的H（w）作比较。然后针对讨论的每一种情况，用多媒体讲完讨论的结果后，都在黑板上描出对应的幅度归一化值来。最后以w=0为中心，画出另一半对称曲线，便可得到如书上所示的H（w）曲线图来。通过这样一个过程，学生很快地领会了H（w） 图的形成原理，还可以自己总结得到加窗所产生的影响。可见，光采用纯粹的多媒体教学或黑板教学，并不能使学生更好的理解、消化所学知识，只有将多媒体授课与传统的板书教学有机融合，才能真正发挥这两者的优势，进一步提高学生的学习效果。
（二）引入matlab实例教学
由于数字信号处理理论抽象，概念性强，学生很难理解。而Matlab软件作为一款国际公认的最优秀的科技应用软件，具有强大的矩阵计算和图形处理功能，语句简洁直观，符合人们的思维习惯，广泛应于信号处理、自动控制、通信、雷达、生物医学等领域。在课堂教学过程中，根据数字信号处理的算法原理，运用matlab软件编程，现场运行出结果，以图形图像的方式直观地展示抽象的理论。这不仅可以使学生巩固和理解所学知识，还能体会到数字信号处理技术的优势和作用，从而提高学生学习的兴趣及效率。例如在介绍完DFT的理论后，引入一个matlab实例：对下面的连续时间信号进行谱分析
xa（t）=0.15sin（2πt）+ sin（4πt）-0.1 sin（6πt）
该混和信号分别包含了频率分别为1Hz、2Hz的小信号和频率为3Hz的大信号共3个正弦信号，但从图1上半部分的时域波形图来看，似乎只含有一个频率成分的正弦信号，很难看到小信号的存在，这是因为它被大信号掩盖了。这时调用matlab中的fft函数对该信号做谱分析，可得到如图1下半部分所示的幅度特性。由图可以清晰地看到小信号频率成分的存在，而频率为2Hz的大信号幅度比两个小信号大多了。可见在时域中很难辨识的小信号成分在频域中却很容易识别。通过这样一个简单的小信号检测的例子，学生可以充分理解地DFT变换的物理意义，掌握其实际用途。
四、结论
本文针对独立学院“数字信号处理”课程的特点，从教学手段和教学方法两个方面探讨了课程的教学改革。经过几年的探索与实践，这种教学方式、方法取得了较好的教学效果，加强了学生对理论的理解与掌握，学生的学习成绩有较大提升。俗话说“教无定法”，没有最好、只有更好，在今后的教学，笔者将不断改进教学方法和教学手段，多多借鉴其他院校先进的教学理念和教学经验，探索出一套更适合独立学院学生的教学方法，使他们学有所获、学有所成，为独立学院电子信息类专业的发展贡献一份自己的力量。
[参考文献]
[1]罗轶.信号与系统与数字信号处理课程整合的研究与实践[J].吉首大学学报（ 自然科学版），2011.1，32（1）：118。
[2]王华奎.数字信号处理及应用[M].第2版.北京：高等教育出版社，2009
[3]耶晓东.数字信号处理课程兴趣教学法初探[J].高教论坛，2011（1）：97
[4]欧艺文，王珊珊.FIR数字滤波器在VSB调制解调中的应用[J].教学理论与教学研究， 2012（173）
（作者单位：武昌工学院信息工程系 湖北省武汉市）
[关键词]独立学院 数字信号处理 教学方法 教学手段
[中图分类号]G642.0 [文献标识码]A
一、引言
随着数字化和信息化技术的快速发展，特别是图像处理、语音通信、自动控制、航空航天、国防军事以及家用电器等领域的数字化进程越来越迫切，“数字信号处理”在人才培养中的地位和重要性越来越突出。独立学院作为高等教育的重要组成部分，已成为应用型人才培养的新生力量，其电子信息类专业普遍开设了“数字信号处理”课程。数字信号处理课程理论性强、抽象概念多，而独立学院学生基础相对薄弱，学习缺乏积极性和主动性，学习兴趣不高，甚至出现畏学、厌学心理。怎样提高学生的学习兴趣和学习效果？改进教学方法和手段至关重要。笔者依据独立学院学生的特点，切实改进教学方式和方法，增强教学的吸引力和感染力，在一定程度上提高了教学效率和教学效果。
二、采用丰富多样的教学方法
（一）注重该课程与前后课程的联系
数字信号处理在电子信息类专业课程体系中起着承上启下的作用，其前修课程有信号与系统，后续课程有DSP 技术、通信原理、数字图像处理及识别等。一方面，数字信号处理课程与信号与系统课程之间有着许多交叉重叠的地方，如离散时间信号与系统、Z变换、离散时间傅里叶变换等内容。为了节省课时，突出重点和难点，授课过程中对重复性内容只做简单介绍、复习；强调信号与系统课程的重点应当放在连续时间信号与连续时间系统的分析和处理上， 强调基本概念、基本变换和基本方法的学习， 培养起信号类课程的研究方法与思维模式[1]。而数字信号处理课程则应当立足于离散时间信号和离散时间系统的分析和处理， 强化系统设计、工程应用思想。
另一方面，把握好本课程与后续课程之间的有机联系，有针对性、有目的地开展教学。在平时的课程教学过程中，借助matlab软件，引入数字信号处理在通信系统、数字图像处理、语音信号处理等领域的应用实例。在“DSP技术”课程中，要求学生用软硬件平台实现数字信号处理，如设计一个小型视音频系统。这样既可以激发学生的学习兴趣，又可以帮助学生了解各门课程之间的联系，培养综合运用知识的能力和创新意识，为后续“DSP 技术”、通信原理、数字图像处理及识别等课程的学习打下坚实的基础。
（二）启发式教学法
改变传统的满堂灌的做法，充分调动学生参与课堂教学的积极性。通过课前回顾、设问法、讨论法等方式，使学生弄清楚为什么研究这个新知识、新知识的定义、物理含义是什么，有什么性质和实际用途。精选具有代表性的例题，讲解透彻，注意引导学生总结解题步骤和解题方法，使他们能举一反三、触类旁通。课堂上分配一定的时间供学生练习或讨论，以 加深学生对于基本理论及方法的理解；同时布置课外作业，鼓励学生独立思考，多复习多预习。只有这样，才能使学生对所学知识印象深刻、理解透彻。
（三）总结归纳法
总结归纳法是一种在教学中广泛应用的方法，它利用特殊的前提推导出普遍性结论，是对知识的高度概括。总结归纳法可以帮助学生将复杂的问题简单化、规律化，直接运用结论解决问题，增强学习的信心。例如书上对于“IIR数字滤波器的脉冲响应不变法”，只给出了一阶和二阶模拟系统的数字化公式[2]，没有具体介绍设计原理和公式。因此，笔者在给学生讲解时作了适当补充。先以流程图的方式展示脉冲响应不变法的设计过程，然后逐步推导其过程，直至归纳出脉冲响应不变法的一般设计公式。接着指出书上给出的公式只是该设计公式的特例，可以引导学生进行简单的验证。这样学生既学到了基本原理及方法，又掌握了知识的来龙去脉。
（四）兴趣激励法
兴趣教学法就是在保证基本教学内容的基础上，着重于学生学习兴趣的培养，从而提高学生学习的主动性和积极性，使学生在兴趣中学习，在学习中享受乐趣[3]。在本课程课堂教学过程中，采用兴趣激励可以帮助学生轻松愉悦地学习，达到事半功倍的效果。例如在绪论课和开始讲授滤波器的设计时，先举例说明数字滤波器在语音消噪、图像处理、心电滤波、信号调制与解调等方面的应用，使学生亲身感受到数字滤波技术在实际生活中的应用，从而激发起学生浓厚的学习兴趣和强烈的探究欲望，为课程后面新知识的学习做好铺垫和准备。
（五）研究式教学法
研究性教学是指在教师指导下，从网上或图书馆查找资料，选取小课题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的教学活动。如在讲授“数字滤波器的设计”这部分内容时，要求学生完成一个“数字滤波器的设计与应用”方面的研究小报告，其成绩占期末总评成绩的10%。研究小报告以小组为单位，每组4～5人。各组成员团结协作，查找方案，确定设计方案，借助matlab软件编写调试程序，设计出合适的滤波器，并将其应用于实际领域。上课时利用一定时间，分组演示将给其他同学看，要求陈述清晰明了，能够回答老师和其他同学提出的任何疑问。通过这种锻炼，提高了学生学习的针对性和目的性，也调动了他们学习的积极性和主动性，培养了他们的钻研能力和创新意识。当然，教与学的过程也是相互促进、相得益彰的。学生创造性的思维火花又能给予老师极大的启发和灵感，从而可以进一步指导其科研和教学。
（六）将科研成果引入教学
将校级教研项目的成果引入到教学中。如将教研项目研究成果“FIR数字滤波器在VSB调制解调中的应用”[4]引入到教学中，使学生既熟悉了FIR数字滤波器的设计方法和实际应用，还体会到了本课程与其他课程之间的联系，从而培养了学生综合利用知识和理论联系实际的能力。 三、优化教学手段
（一）将多媒体授课和黑板教学有机结合
在授课过程中，采用多媒体教学与黑板教授有机结合的方式。利用多媒体教学手段，一步一步地展示授课内容，辅以图片或动画演示，既帮助学生获得了直观的印象，进一步加深了对抽象概念的理解，又加大了课堂教学的信息量和趣味性。而对于公式的推导计算或教学重点的介绍，采用黑板板书的方式，可以方便学生紧跟老师的讲解思路，理顺知识脉络，加强理解和记忆。
例如在介绍FIR数字滤波器中的“窗函数幅频特性的影响”时，卷积过程给H（w）造成了起伏现象，涉及的公式很抽象，讨论项也较多，直接让学生看书上图或用多媒体放映，学生都很难理解H（w） 曲线图是怎么形成的。笔者经过几轮授课，觉得采用边用多媒体讲解边在黑板上画图的方法，效果更好，也更形象更直观。即先在黑板上，用虚线画出理想低通滤波器的幅度Hd（w）的曲线图来，以方便与FIR滤波器的H（w）作比较。然后针对讨论的每一种情况，用多媒体讲完讨论的结果后，都在黑板上描出对应的幅度归一化值来。最后以w=0为中心，画出另一半对称曲线，便可得到如书上所示的H（w）曲线图来。通过这样一个过程，学生很快地领会了H（w） 图的形成原理，还可以自己总结得到加窗所产生的影响。可见，光采用纯粹的多媒体教学或黑板教学，并不能使学生更好的理解、消化所学知识，只有将多媒体授课与传统的板书教学有机融合，才能真正发挥这两者的优势，进一步提高学生的学习效果。
（二）引入matlab实例教学
由于数字信号处理理论抽象，概念性强，学生很难理解。而Matlab软件作为一款国际公认的最优秀的科技应用软件，具有强大的矩阵计算和图形处理功能，语句简洁直观，符合人们的思维习惯，广泛应于信号处理、自动控制、通信、雷达、生物医学等领域。在课堂教学过程中，根据数字信号处理的算法原理，运用matlab软件编程，现场运行出结果，以图形图像的方式直观地展示抽象的理论。这不仅可以使学生巩固和理解所学知识，还能体会到数字信号处理技术的优势和作用，从而提高学生学习的兴趣及效率。例如在介绍完DFT的理论后，引入一个matlab实例：对下面的连续时间信号进行谱分析
xa（t）=0.15sin（2πt）+ sin（4πt）-0.1 sin（6πt）
该混和信号分别包含了频率分别为1Hz、2Hz的小信号和频率为3Hz的大信号共3个正弦信号，但从图1上半部分的时域波形图来看，似乎只含有一个频率成分的正弦信号，很难看到小信号的存在，这是因为它被大信号掩盖了。这时调用matlab中的fft函数对该信号做谱分析，可得到如图1下半部分所示的幅度特性。由图可以清晰地看到小信号频率成分的存在，而频率为2Hz的大信号幅度比两个小信号大多了。可见在时域中很难辨识的小信号成分在频域中却很容易识别。通过这样一个简单的小信号检测的例子，学生可以充分理解地DFT变换的物理意义，掌握其实际用途。
四、结论
本文针对独立学院“数字信号处理”课程的特点，从教学手段和教学方法两个方面探讨了课程的教学改革。经过几年的探索与实践，这种教学方式、方法取得了较好的教学效果，加强了学生对理论的理解与掌握，学生的学习成绩有较大提升。俗话说“教无定法”，没有最好、只有更好，在今后的教学，笔者将不断改进教学方法和教学手段，多多借鉴其他院校先进的教学理念和教学经验，探索出一套更适合独立学院学生的教学方法，使他们学有所获、学有所成，为独立学院电子信息类专业的发展贡献一份自己的力量。
[参考文献]
[1]罗轶.信号与系统与数字信号处理课程整合的研究与实践[J].吉首大学学报（ 自然科学版），2011.1，32（1）：118。
[2]王华奎.数字信号处理及应用[M].第2版.北京：高等教育出版社，2009
[3]耶晓东.数字信号处理课程兴趣教学法初探[J].高教论坛，2011（1）：97
[4]欧艺文，王珊珊.FIR数字滤波器在VSB调制解调中的应用[J].教学理论与教学研究， 2012（173）
（作者单位：武昌工学院信息工程系 湖北省武汉市）