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摘要：分析了“数字信号处理”课程的特点及教学现状，提出需要处理好由“信号与线性系统”课程到该课程的过渡，指出在教学内容的安排方面应轻推导重应用，在教学过程中将现代化教学手段和传统教学手段相结合，适时引进新理论、新技术，提出需要加强学生实践能力的培养，重视基于MATLAB的数字信号处理实验并设计了一系列数字信号处理的实验。实践证明，取得了显著的效果。
关键词：教学改革；数字信号处理；MATLAB；实验
作者简介：吴迪（1980-），女，江苏徐州人，河海大学计算机与信息学院，讲师；朱金秀（1972-），女，江苏常州人，河海大学计算机与信息学院，副教授。（江苏 常州 213022）
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）32-0051-02
数字信号处理技术在无线电通信、数字电视和媒体、生物医学、数字音频和仪器等关键性的技术领域具有非常重要的地位。[1]数字信号处理课程是河海大学计算机与信息学院（以下简称“我院”）通信工程专业的主干技术基础课程，具有承上启下的作用，在课程体系中属于核心课程，有助于培养通信类学生的专业素质。因此，我院相当重视该课程的教学研究，并进行了一系列有效的改革实践。
一、课程特点及教学现状
数字信号处理课程具有两个显著特点：涉及到的数学工具较多、对理论基础要求高，常用到微积分、概率统计、随机过程、数值分析、积分变换、复变函数等数学知识；与其他学科联系密切，一方面信号与系统、网络理论等课程是该课程的理论基础，另一方面该课程又是人工智能、模式识别、神经网络等新兴学科的理论基础之一。从该课程的特点可以看出，这门课程的学习难度较大。通信专业不少学生对该课程有怕学、厌学的心理，相当一部分学生对数字信号处理的理论不能理解，更不知如何将各种复杂的算法应用到实际的通信与信息系统中，缺乏学习的主动性和积极性。[2]
我院较早开设了数字信号处理课程，并坚持将基于MATLAB的数字信号处理实践引入到该课程的理论教学中来。20世纪90年代以来国内外出版的数字信号处理教材大都避免单纯的理论分析和机械的公式推导，更加注重应用与实践环节。为了提高学生学习该课程的积极性，主讲教师在教学时不仅应增加学生对该课程的基本概念理解的兴趣，还应尽量将学生兴趣引向该课程的实践应用层面上，不仅帮助学生理解和掌握该课程的核心理论，而且切实提高实践应用能力。[3]但是随着一些新的信号处理内容及MATLAB等工具软件被引入该课程的教学中来，学生学习该课程的难度加大了，且该课程总学时是受限制的，因此迫切需要探讨在总学时保持不变的条件下如何最大程度地提高学生学习的积极性、如何增强教学效果、如何加强学生动手能力的培养，以便为以后的专业发展打下较好的基础。
二、教学内容
1.轻推导重应用
该课程理论公式繁多，相当一部分工科学生的数学功底并不深厚，导致这些学生面对如此多的数学公式有畏难情绪，缺乏信心。因此，教师在上课时要注意对学生的心理疏导，帮助学生克服畏难情绪，注重加强对基本概念和方法的理解，多介绍一些应用实例，少一些机械的数学公式推导。
为了激发学生的学习兴趣，在绪论及实践环节可以向学生介绍一些成功的应用案例。例如“采用以太通信的数字信号处理系统”、“基于DSP的数字图像信号处理系统设计”、“生物信息学中的数字信号处理方法研究”、“数字信号处理技术在治疗言语疾病中的应用”等应用案例。
2.处理好“数字信号处理”与“信号与线性系统”的关系
“信号与线性系统”课程是数字信号处理课程的先修课程，在知识体系上相互关联、承上启下。[4]“信号与线性系统”课程在基本理论和方法的阐述方面，把物理问题与数学表述紧密地结合起来；而数字信号处理课程则更突出基本概念和基本理论，增加了数字信号处理的软件实现方法及硬件设计方法。[5]
为使这两门课更好地衔接，在数字信号处理课程开课之初，首先应对模拟信号进行简单回顾，然后重点讲解时域离散信号分析、DFT变换、FFT变换、FIR数字滤波器的设计以及IIR数字滤波器的设计等。
3.与时俱进，引进新技术
科学技术的发展是日新月异的，新理论和新技术层出不穷，数字信号处理技术是应用最快、成效最显著的科学技术之一。[6，7]为了学生能够了解本专业技术发展的前沿动态、提高学习的积极性，一线教师要不断地提升自身教学改革能力和科研创新能力，积极地将信号处理方面的新技术、新理论引入到课堂教学中来，潜移默化地培养学生的科研能力。例如，在该课程的教学过程中，可以增加自适应滤波器、小波变换等相关概念和应用案例，培养学生继续学习、努力钻研的兴趣。
三、教学手段
1.现代化教学手段和传统教学手段相结合
多媒体教学是现代化教学的必备手段之一，其优点在于能提供较大的信息量，能够实现音视频交互。动画效果能够增加课件的生动性、提高课堂效率及学生积极性。但是，多媒体教学也有其缺点，信息量过大也容易导致学生疲劳，不利于学生充分理解课堂内容，在一定程度上会造成学生注意力下降。因此，应该扬长避短，适当、适时运用多媒体教学这一现代化教学手段。
黑板板书虽然属于传统教学手段，而且与多媒体教学相比，存在整体上效率不高、信息量较小、形式较为刻板等缺点，但是这种传统方法更利于学生理解所授内容，有利于对课堂内容的充分消化。所以，在推导该课程的重要且复杂的理论公式时提倡采用黑板板书的方法。
简而言之，应根据教学内容的不同选择不同的教学手段。当介绍数字信号处理的基本概念、应用案例时，以多媒体教学为主、黑板板书教学为辅；当需要进行数字信号处理重要理论推导、需要讲解作业题、課堂练习题时，应以黑板板书为主、多媒体为辅。
2.MATLAB的理论演示及实验
许多学生认为数字信号处理的理论公式比较繁杂，比较枯燥乏味。为了改变学生这一主观印象，在课堂的理论教学中增加了基于MATLAB的数字信号处理实验演示环节。 例如，在讲解序列的离散傅里叶变换时，以序列x（n）= cos（0.067*pi*n）为例，基于MATLAB的演示结果如图1所示，可以很明显地看出正弦信号进行DFT变换后的谱为线谱。在分析谱分辨率的时候，也可进行演示实验，使同学们更直观地感受到“保持谱峰分开的能力”。实践结果表明，这一做法能够提高学生兴趣，便于学生理解和接受。
同时，为了加强学生的动手能力、创新能力，我们专门额外安排了8个学时的实验环节，用于开设基于MATLAB的数字信号处理实验，使学生能够亲自动手体验基于MATLAB平台的“数字信号处理”的乐趣。
在实验环节中，安排学生进行基于MATLAB平台进行离散时间信号及系统的时域分析、FFT快速卷积、IIR数字滤波器及FIR数字滤波器的设计等实验。
例如，指导学生设计巴特沃斯高通数字滤波器，如图2所示。其技术指标为：通带截止频率350Hz，阻带截止频率200Hz，抽样频率2000Hz，通带最大衰减3dB，阻带最小衰减50dB。
又例如，指导学生采用凯塞窗设计FIR数字滤波器，如图3所示。其技术指标为：通带截止频率1000Hz，阻带截止频率2000Hz，通带波动为0.02，阻带波动为0.1，抽样频率为6000Hz。
四、总结
本文分析了数字信号处理课程的特点、教学现状及存在的问题，分别对该课程的教学内容、教学方法进行了研究和改革。本文提出在该课程教学内容的安排上应轻推导重应用，在课程的衔接方面应处理好该课程与信号与线性系统课程的关系，在课程的新颖性方面应与时俱进、适当增加新技术的介绍。本文指出多媒体教学和黑板板书这两种教学手段各有优劣，应扬长避短，两种手段相结合，充分发挥各自的优势。本文还强调了实验环节的重要性，基于MATLAB平臺设计了一系列数字信号处理的相关实验。实践证明，本文所进行的教学改革与实践取得了较好的效果。
参考文献：
[1]Ifeachor E C，Jervis B C.数字信号处理实践方法[M].罗鹏飞，杨世海，朱国富，等，译.北京：电子工业出版社，2004.
[2]闫晋锋，张启升.“数字信号处理”课程教学方法的探索[J].科技信息，2007，（25）：141-142.
[3]胡学友，王颖，胡云龙.“数字信号处理”教学改革与实践[J].高教论坛，2007，（3）：67-69.
[4]李敏，陈兴文.信号处理课群实践教学改革探索[J].大连民族学院学报，2008，10（1）：91-93.
[5]陈曦.《信号与系统》和《数字信号处理》的相关度分析[J].高等函授学报（自然科学版），2006，19：（4）：42-44.
[6]丁玉美，高西全.数字信号处理[M].第二版.西安：西安电子科技大学出版社，2000.
[7]朱金秀，江冰，吴迪，胡居荣.数字信号处理——原理、实验及综合应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：教学改革；数字信号处理；MATLAB；实验
作者简介：吴迪（1980-），女，江苏徐州人，河海大学计算机与信息学院，讲师；朱金秀（1972-），女，江苏常州人，河海大学计算机与信息学院，副教授。（江苏 常州 213022）
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）32-0051-02
数字信号处理技术在无线电通信、数字电视和媒体、生物医学、数字音频和仪器等关键性的技术领域具有非常重要的地位。[1]数字信号处理课程是河海大学计算机与信息学院（以下简称“我院”）通信工程专业的主干技术基础课程，具有承上启下的作用，在课程体系中属于核心课程，有助于培养通信类学生的专业素质。因此，我院相当重视该课程的教学研究，并进行了一系列有效的改革实践。
一、课程特点及教学现状
数字信号处理课程具有两个显著特点：涉及到的数学工具较多、对理论基础要求高，常用到微积分、概率统计、随机过程、数值分析、积分变换、复变函数等数学知识；与其他学科联系密切，一方面信号与系统、网络理论等课程是该课程的理论基础，另一方面该课程又是人工智能、模式识别、神经网络等新兴学科的理论基础之一。从该课程的特点可以看出，这门课程的学习难度较大。通信专业不少学生对该课程有怕学、厌学的心理，相当一部分学生对数字信号处理的理论不能理解，更不知如何将各种复杂的算法应用到实际的通信与信息系统中，缺乏学习的主动性和积极性。[2]
我院较早开设了数字信号处理课程，并坚持将基于MATLAB的数字信号处理实践引入到该课程的理论教学中来。20世纪90年代以来国内外出版的数字信号处理教材大都避免单纯的理论分析和机械的公式推导，更加注重应用与实践环节。为了提高学生学习该课程的积极性，主讲教师在教学时不仅应增加学生对该课程的基本概念理解的兴趣，还应尽量将学生兴趣引向该课程的实践应用层面上，不仅帮助学生理解和掌握该课程的核心理论，而且切实提高实践应用能力。[3]但是随着一些新的信号处理内容及MATLAB等工具软件被引入该课程的教学中来，学生学习该课程的难度加大了，且该课程总学时是受限制的，因此迫切需要探讨在总学时保持不变的条件下如何最大程度地提高学生学习的积极性、如何增强教学效果、如何加强学生动手能力的培养，以便为以后的专业发展打下较好的基础。
二、教学内容
1.轻推导重应用
该课程理论公式繁多，相当一部分工科学生的数学功底并不深厚，导致这些学生面对如此多的数学公式有畏难情绪，缺乏信心。因此，教师在上课时要注意对学生的心理疏导，帮助学生克服畏难情绪，注重加强对基本概念和方法的理解，多介绍一些应用实例，少一些机械的数学公式推导。
为了激发学生的学习兴趣，在绪论及实践环节可以向学生介绍一些成功的应用案例。例如“采用以太通信的数字信号处理系统”、“基于DSP的数字图像信号处理系统设计”、“生物信息学中的数字信号处理方法研究”、“数字信号处理技术在治疗言语疾病中的应用”等应用案例。
2.处理好“数字信号处理”与“信号与线性系统”的关系
“信号与线性系统”课程是数字信号处理课程的先修课程，在知识体系上相互关联、承上启下。[4]“信号与线性系统”课程在基本理论和方法的阐述方面，把物理问题与数学表述紧密地结合起来；而数字信号处理课程则更突出基本概念和基本理论，增加了数字信号处理的软件实现方法及硬件设计方法。[5]
为使这两门课更好地衔接，在数字信号处理课程开课之初，首先应对模拟信号进行简单回顾，然后重点讲解时域离散信号分析、DFT变换、FFT变换、FIR数字滤波器的设计以及IIR数字滤波器的设计等。
3.与时俱进，引进新技术
科学技术的发展是日新月异的，新理论和新技术层出不穷，数字信号处理技术是应用最快、成效最显著的科学技术之一。[6，7]为了学生能够了解本专业技术发展的前沿动态、提高学习的积极性，一线教师要不断地提升自身教学改革能力和科研创新能力，积极地将信号处理方面的新技术、新理论引入到课堂教学中来，潜移默化地培养学生的科研能力。例如，在该课程的教学过程中，可以增加自适应滤波器、小波变换等相关概念和应用案例，培养学生继续学习、努力钻研的兴趣。
三、教学手段
1.现代化教学手段和传统教学手段相结合
多媒体教学是现代化教学的必备手段之一，其优点在于能提供较大的信息量，能够实现音视频交互。动画效果能够增加课件的生动性、提高课堂效率及学生积极性。但是，多媒体教学也有其缺点，信息量过大也容易导致学生疲劳，不利于学生充分理解课堂内容，在一定程度上会造成学生注意力下降。因此，应该扬长避短，适当、适时运用多媒体教学这一现代化教学手段。
黑板板书虽然属于传统教学手段，而且与多媒体教学相比，存在整体上效率不高、信息量较小、形式较为刻板等缺点，但是这种传统方法更利于学生理解所授内容，有利于对课堂内容的充分消化。所以，在推导该课程的重要且复杂的理论公式时提倡采用黑板板书的方法。
简而言之，应根据教学内容的不同选择不同的教学手段。当介绍数字信号处理的基本概念、应用案例时，以多媒体教学为主、黑板板书教学为辅；当需要进行数字信号处理重要理论推导、需要讲解作业题、課堂练习题时，应以黑板板书为主、多媒体为辅。
2.MATLAB的理论演示及实验
许多学生认为数字信号处理的理论公式比较繁杂，比较枯燥乏味。为了改变学生这一主观印象，在课堂的理论教学中增加了基于MATLAB的数字信号处理实验演示环节。 例如，在讲解序列的离散傅里叶变换时，以序列x（n）= cos（0.067*pi*n）为例，基于MATLAB的演示结果如图1所示，可以很明显地看出正弦信号进行DFT变换后的谱为线谱。在分析谱分辨率的时候，也可进行演示实验，使同学们更直观地感受到“保持谱峰分开的能力”。实践结果表明，这一做法能够提高学生兴趣，便于学生理解和接受。
同时，为了加强学生的动手能力、创新能力，我们专门额外安排了8个学时的实验环节，用于开设基于MATLAB的数字信号处理实验，使学生能够亲自动手体验基于MATLAB平台的“数字信号处理”的乐趣。
在实验环节中，安排学生进行基于MATLAB平台进行离散时间信号及系统的时域分析、FFT快速卷积、IIR数字滤波器及FIR数字滤波器的设计等实验。
例如，指导学生设计巴特沃斯高通数字滤波器，如图2所示。其技术指标为：通带截止频率350Hz，阻带截止频率200Hz，抽样频率2000Hz，通带最大衰减3dB，阻带最小衰减50dB。
又例如，指导学生采用凯塞窗设计FIR数字滤波器，如图3所示。其技术指标为：通带截止频率1000Hz，阻带截止频率2000Hz，通带波动为0.02，阻带波动为0.1，抽样频率为6000Hz。
四、总结
本文分析了数字信号处理课程的特点、教学现状及存在的问题，分别对该课程的教学内容、教学方法进行了研究和改革。本文提出在该课程教学内容的安排上应轻推导重应用，在课程的衔接方面应处理好该课程与信号与线性系统课程的关系，在课程的新颖性方面应与时俱进、适当增加新技术的介绍。本文指出多媒体教学和黑板板书这两种教学手段各有优劣，应扬长避短，两种手段相结合，充分发挥各自的优势。本文还强调了实验环节的重要性，基于MATLAB平臺设计了一系列数字信号处理的相关实验。实践证明，本文所进行的教学改革与实践取得了较好的效果。
参考文献：
[1]Ifeachor E C，Jervis B C.数字信号处理实践方法[M].罗鹏飞，杨世海，朱国富，等，译.北京：电子工业出版社，2004.
[2]闫晋锋，张启升.“数字信号处理”课程教学方法的探索[J].科技信息，2007，（25）：141-142.
[3]胡学友，王颖，胡云龙.“数字信号处理”教学改革与实践[J].高教论坛，2007，（3）：67-69.
[4]李敏，陈兴文.信号处理课群实践教学改革探索[J].大连民族学院学报，2008，10（1）：91-93.
[5]陈曦.《信号与系统》和《数字信号处理》的相关度分析[J].高等函授学报（自然科学版），2006，19：（4）：42-44.
[6]丁玉美，高西全.数字信号处理[M].第二版.西安：西安电子科技大学出版社，2000.
[7]朱金秀，江冰，吴迪，胡居荣.数字信号处理——原理、实验及综合应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.
（责任编辑：王祝萍）