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摘 要 针对数字信号处理课程教学过程中存在的问题，对课程进行教学改革：整合优化教学内容，强调课程间以及课程内各知识点间的联系，突出重点、难点；板书教学与多媒体教学相结合，使得抽象的概念、方法更加形象化；采用问题探究式教学方法，体现学生的主体地位，充分调动学生的学习积极性；在实践教学中对实验教学项目进行整合优化，增加综合性实验，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。
关键词 数字信号处理；教学改革；多媒体；实验
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）12-0099-02
1 前言
20世纪60年代，随着信息技术和计算机技术的高速发展，数字信号处理技术迅速发展起来，并且被广泛应用于通信、语音、图像、检测、控制、仪器以及生物医学工程等众多领域[1]。数字信号处理课程是电子信息类专业非常重要的一门专业基础课，本课程的主要任务是向学生介绍数字信号处理的基本理论和方法。本课程具有理论性和应用性很强的特点：理论性强，它是信号与系统的后续课程，概念抽象、公式繁多、推导复杂，涉及高等数学、复变函数等课程中的相关数学知识；应用性强，被广泛应用于数字通信、雷达、遥感、语音合成、图像处理等领域，后续课程有语音信号处理、数字图像处理等。
本课程在教学过程中面临诸多问题：作为理论基础和实践应用之间的过渡和桥梁，数字信号处理课程与先修课程信号与系统，以及后续课程语音信号处理等，存在严重的耦合关系，重复的教学内容导致课时严重不足；此外，本课程内部各知识点之间也存在耦合关系[2]；课堂讲授以理论为主，概念抽象、公式多、推导多，枯燥乏味，学生的积极性不高；本课程偏重基本理论和方法，缺少与实际应用的结合，使得学生对理论和方法的应用模糊不清；本课程的课程设计以及课内实验多为验证性实验，缺少设计性实验、综合性实验。
基于上述分析，进行本课程的教学改革，探索新的课堂形式，提高学生的课堂参与度，结合科研和生产中的实际应用，帮助学生理解和掌握基本的理论和方法，培养学生应用所学知识解决实际问题的能力，具有积极意义。
2 教学内容的整合优化
课程体系的优化 数字信号处理课程与先修课程信号与系统，后续课程语音信号处理、数字图像处理等共同构成完整的课程体系，但是相关课程的教学内容之间存在严重的耦合关系，教学内容重复，严重浪费了有限的课时。作为整个课程体系的理论基础，信号与系统课程的教学内容涵盖了连续时间信号与系统和离散时间信号与系统，重点介绍连续时间信号与系统的时频域分析方法、离散时间信号与系统的时频域分析方法。数字信号处理课程则侧重离散时间信号与系统的时频域分析方法、离散傅里叶变换及其快速算法，以及数字滤波器理论及设计方法。数字信号处理课程与信号与系统课程在离散时间信号与系统的时频域分析方法等教学内容上存在重复，一方面浪费了有限的课时，另一方面重复的内容讲授容易使学生感到枯燥乏味，降低学生的学习积极性。
因此，需要对信号与系统及数字信号处理课程的教学内容进行整合优化。在信号与系统课程中，更加侧重离散时间信号与系统的时频域分析方法，在数字信号处理课程中更加侧重离散傅里叶变换及其快速算法，以及数字滤波器理论及设计方法。对于重复内容，学生课前自主学习为主，教师课上习题讲解、答疑为辅。
知识点的耦合关系 不仅课程间存在教学内容的耦合重复，在数字信号处理课程内部，各知识点之间也存在耦合。以离散时间信号与系统的时频域分析方法为例，知识点的耦合关系如图1所示，存在拉普拉斯变换和傅里叶变换的关系、Z变换和傅里叶变换的关系、时域抽样定理（模拟信号、理想抽样信号的拉普拉斯变换与序列的Z变换的关系，模拟信号、理想抽样信号的傅里叶变换与序列的傅里叶变换的关系）、频域抽样定理等。通过对数字信号处理课程中知识点间的关联进行梳理，帮助学生理清本课程整个的知识体系结构，加深学生对知识点的理解和掌握，同时突出教学内容的重点、难点，通过整合课程知识点，有效压缩理论课时，提高教学效率。
3 多样化的课堂教学方法
板书与多媒体相结合 本课程的课堂教学宜采用板书教学与多媒体教学相结合。本课程涉及公式多、推导证明多，采用多媒体教学，学生往往很难跟上。通过板书，可以使学生跟着教师的思路理解基本理论和方法，加强师生间的互动，有效提高学生的学习积极性。同时，针对比较抽象的内容，宜采用多媒体教学手段，通过图像、声音等手段，可以有效刺激学生的感官，加深学生对知识点的印象[3]。如在讲授快速傅里叶变换算法时，如果仅仅通过板书对算法进行推导，学生很难对算法的基本思想有直观的理解；通过多媒体演示快速傅里叶变换算法的基本思想、核心步骤，使得抽象的方法更加形象化。
问题探究式的教学方法 问题探究式的教学方法通过设置问题，引导学生在课程学习过程中分析问题、解决问题，可以充分发挥学生的主观能动性，提高学生的学习兴趣。问题探究式教学方法的前提是设置合理的问题，问题的难度要适中，并且需要覆盖教学内容中的主要知识点。问题探究式教学方法的核心是引导学生分析问题，并且通过课程学习，找到问题的解决方案，在此过程中要充分发挥学生的主观能动性。除了课堂学习，还要鼓励学生课外进行文献调研，学生之间进行团队合作。
4 实践教学
数字信号处理课程是一门理论性和实用性都很强的课程，要注重理论联系实际。为了提高学生的动手能力，培养学生的创新意识，需要加强课程的实践教学[4]。
实验设计 课程实验可以分为三类：验证性实验、设计性实验和综合性实验。验证性实验主要考查学生对基础知识的掌握情况，设计性实验和综合性实验则考查学生综合运用所学知识解决实际问题的能力[5]。本课程的实验项目以验证性实验和设计性实验为主。为了锻炼学生的动手能力，需要增加综合性实验。
这里以语音信号的处理为例，来说明综合性实验项目的设置：首先录制一段语音信号，并且给语音信号加噪，对加噪前后的语音信号进行频谱分析；然后设计滤波器进行滤波，并且将滤波前后的语音信号进行对比。本实验的流程如图2所示，整个实验过程需要综合运用快速傅里叶变换算法以及数字滤波器的设计方法等知识。
教学与科研及工程应用相结合 教学与科研及工程应用相结合，体现学科发展的先进性。通过讲授数字信号处理技术最新的研究成果以及工程应用，使得学生明确学好数字信号处理课程的意义，激发的学习兴趣。在教学过程中采用科研的方法，对学生产生潜移默化的影响，培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，养成科学的思维方式和勇于创新的精神，同时也有助于树立教师的权威。另一方面，通过结合工程应用，培养学生的工程思想，开拓学生的视野，也为学生未来的择业提供有益的借鉴。
5 总结
本文针对数字信号处理课程教学过程中存在的问题，从教学内容、课堂教学方法、实践教学等方面对课程进行教学改革。本课程改革对数字信号处理课程的教学内容进行整合优化，强调相关课程之间的联系、课程内相关知识点之间的联系，从而突出重点、难点，提高教学效率，优化课时配置。在课堂教学中，板书教学与多媒体教学相结合，使得抽象的概念、方法更加形象化；采用问题探究式的教学方法，充分调动学生的学习积极性。在实践教学中增加综合性实验，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，同时教学与科研及工程应用相结合，体现学科发展的先进性。
参考文献
[1]程佩青.数字信号处理教程简明版[M].北京：清华大学出版社，2013.
[2]杨永立，李娟.“数字信号处理”课程教学方法探讨[J].南京：电气电子教学学报，2013，35（4）：72-74.
[3]谭顶良.高等教育心理学[M].南京：河海大学出版社，
2006.
[4]胡学友，王颖，胡云龙.“数字信号处理”教学改革与实践[J].广西：高教论坛，2007（3）：67-69.
[5]朱金秀，江冰，张学武，等.数字信号处理综合设计性实验教学探索与实践[J].北京：实验技术与管理，2008，
25（10）：125-127.
关键词 数字信号处理；教学改革；多媒体；实验
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）12-0099-02
1 前言
20世纪60年代，随着信息技术和计算机技术的高速发展，数字信号处理技术迅速发展起来，并且被广泛应用于通信、语音、图像、检测、控制、仪器以及生物医学工程等众多领域[1]。数字信号处理课程是电子信息类专业非常重要的一门专业基础课，本课程的主要任务是向学生介绍数字信号处理的基本理论和方法。本课程具有理论性和应用性很强的特点：理论性强，它是信号与系统的后续课程，概念抽象、公式繁多、推导复杂，涉及高等数学、复变函数等课程中的相关数学知识；应用性强，被广泛应用于数字通信、雷达、遥感、语音合成、图像处理等领域，后续课程有语音信号处理、数字图像处理等。
本课程在教学过程中面临诸多问题：作为理论基础和实践应用之间的过渡和桥梁，数字信号处理课程与先修课程信号与系统，以及后续课程语音信号处理等，存在严重的耦合关系，重复的教学内容导致课时严重不足；此外，本课程内部各知识点之间也存在耦合关系[2]；课堂讲授以理论为主，概念抽象、公式多、推导多，枯燥乏味，学生的积极性不高；本课程偏重基本理论和方法，缺少与实际应用的结合，使得学生对理论和方法的应用模糊不清；本课程的课程设计以及课内实验多为验证性实验，缺少设计性实验、综合性实验。
基于上述分析，进行本课程的教学改革，探索新的课堂形式，提高学生的课堂参与度，结合科研和生产中的实际应用，帮助学生理解和掌握基本的理论和方法，培养学生应用所学知识解决实际问题的能力，具有积极意义。
2 教学内容的整合优化
课程体系的优化 数字信号处理课程与先修课程信号与系统，后续课程语音信号处理、数字图像处理等共同构成完整的课程体系，但是相关课程的教学内容之间存在严重的耦合关系，教学内容重复，严重浪费了有限的课时。作为整个课程体系的理论基础，信号与系统课程的教学内容涵盖了连续时间信号与系统和离散时间信号与系统，重点介绍连续时间信号与系统的时频域分析方法、离散时间信号与系统的时频域分析方法。数字信号处理课程则侧重离散时间信号与系统的时频域分析方法、离散傅里叶变换及其快速算法，以及数字滤波器理论及设计方法。数字信号处理课程与信号与系统课程在离散时间信号与系统的时频域分析方法等教学内容上存在重复，一方面浪费了有限的课时，另一方面重复的内容讲授容易使学生感到枯燥乏味，降低学生的学习积极性。
因此，需要对信号与系统及数字信号处理课程的教学内容进行整合优化。在信号与系统课程中，更加侧重离散时间信号与系统的时频域分析方法，在数字信号处理课程中更加侧重离散傅里叶变换及其快速算法，以及数字滤波器理论及设计方法。对于重复内容，学生课前自主学习为主，教师课上习题讲解、答疑为辅。
知识点的耦合关系 不仅课程间存在教学内容的耦合重复，在数字信号处理课程内部，各知识点之间也存在耦合。以离散时间信号与系统的时频域分析方法为例，知识点的耦合关系如图1所示，存在拉普拉斯变换和傅里叶变换的关系、Z变换和傅里叶变换的关系、时域抽样定理（模拟信号、理想抽样信号的拉普拉斯变换与序列的Z变换的关系，模拟信号、理想抽样信号的傅里叶变换与序列的傅里叶变换的关系）、频域抽样定理等。通过对数字信号处理课程中知识点间的关联进行梳理，帮助学生理清本课程整个的知识体系结构，加深学生对知识点的理解和掌握，同时突出教学内容的重点、难点，通过整合课程知识点，有效压缩理论课时，提高教学效率。
3 多样化的课堂教学方法
板书与多媒体相结合 本课程的课堂教学宜采用板书教学与多媒体教学相结合。本课程涉及公式多、推导证明多，采用多媒体教学，学生往往很难跟上。通过板书，可以使学生跟着教师的思路理解基本理论和方法，加强师生间的互动，有效提高学生的学习积极性。同时，针对比较抽象的内容，宜采用多媒体教学手段，通过图像、声音等手段，可以有效刺激学生的感官，加深学生对知识点的印象[3]。如在讲授快速傅里叶变换算法时，如果仅仅通过板书对算法进行推导，学生很难对算法的基本思想有直观的理解；通过多媒体演示快速傅里叶变换算法的基本思想、核心步骤，使得抽象的方法更加形象化。
问题探究式的教学方法 问题探究式的教学方法通过设置问题，引导学生在课程学习过程中分析问题、解决问题，可以充分发挥学生的主观能动性，提高学生的学习兴趣。问题探究式教学方法的前提是设置合理的问题，问题的难度要适中，并且需要覆盖教学内容中的主要知识点。问题探究式教学方法的核心是引导学生分析问题，并且通过课程学习，找到问题的解决方案，在此过程中要充分发挥学生的主观能动性。除了课堂学习，还要鼓励学生课外进行文献调研，学生之间进行团队合作。
4 实践教学
数字信号处理课程是一门理论性和实用性都很强的课程，要注重理论联系实际。为了提高学生的动手能力，培养学生的创新意识，需要加强课程的实践教学[4]。
实验设计 课程实验可以分为三类：验证性实验、设计性实验和综合性实验。验证性实验主要考查学生对基础知识的掌握情况，设计性实验和综合性实验则考查学生综合运用所学知识解决实际问题的能力[5]。本课程的实验项目以验证性实验和设计性实验为主。为了锻炼学生的动手能力，需要增加综合性实验。
这里以语音信号的处理为例，来说明综合性实验项目的设置：首先录制一段语音信号，并且给语音信号加噪，对加噪前后的语音信号进行频谱分析；然后设计滤波器进行滤波，并且将滤波前后的语音信号进行对比。本实验的流程如图2所示，整个实验过程需要综合运用快速傅里叶变换算法以及数字滤波器的设计方法等知识。
教学与科研及工程应用相结合 教学与科研及工程应用相结合，体现学科发展的先进性。通过讲授数字信号处理技术最新的研究成果以及工程应用，使得学生明确学好数字信号处理课程的意义，激发的学习兴趣。在教学过程中采用科研的方法，对学生产生潜移默化的影响，培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，养成科学的思维方式和勇于创新的精神，同时也有助于树立教师的权威。另一方面，通过结合工程应用，培养学生的工程思想，开拓学生的视野，也为学生未来的择业提供有益的借鉴。
5 总结
本文针对数字信号处理课程教学过程中存在的问题，从教学内容、课堂教学方法、实践教学等方面对课程进行教学改革。本课程改革对数字信号处理课程的教学内容进行整合优化，强调相关课程之间的联系、课程内相关知识点之间的联系，从而突出重点、难点，提高教学效率，优化课时配置。在课堂教学中，板书教学与多媒体教学相结合，使得抽象的概念、方法更加形象化；采用问题探究式的教学方法，充分调动学生的学习积极性。在实践教学中增加综合性实验，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，同时教学与科研及工程应用相结合，体现学科发展的先进性。
参考文献
[1]程佩青.数字信号处理教程简明版[M].北京：清华大学出版社，2013.
[2]杨永立，李娟.“数字信号处理”课程教学方法探讨[J].南京：电气电子教学学报，2013，35（4）：72-74.
[3]谭顶良.高等教育心理学[M].南京：河海大学出版社，
2006.
[4]胡学友，王颖，胡云龙.“数字信号处理”教学改革与实践[J].广西：高教论坛，2007（3）：67-69.
[5]朱金秀，江冰，张学武，等.数字信号处理综合设计性实验教学探索与实践[J].北京：实验技术与管理，2008，
25（10）：125-127.