创新教育 Ｓｃ—ｅｎｃｅ ａｎａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａ； Ｉｌｊ；ｊｌ翟ｉｉ圃 数字信号处理 课程教学实践与探索 高静 王凤文 舒冬梅 （东北大学秦皇岛分校自动化工程系 河北秦皇岛０６６００４） 摘要：数字信号处理是电子信息类专业非常重要的课程，具有实用性强，理论内容丰富但概念抽象难懂的特点。本文从教学内容、实 验教学和数字信号处理的应用等方面进行了撂讨和尝试，通过考试和问卷调查深入分析教学实践的效果，不断进行完善和改进。实践表 明教学改革对提高课堂教学效果、提升学生综合能力和素质起到良好的促进作用，能满足素质教育对电子信息专业人才培养的要求。 关键词：数字信号处理 教学实践 仿真工具 中图分类号：Ｇ ７ １ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６ ７ ４—０ ９ ８ｘ（２ ０１ １）０２（ａ）－０ｌ ５ ３—０２ 数字信号处理技术广泛地应用于通信 与电子Ｔ程、航空航天、工业现场、生物医 学及现代国防等诸多领域，已经成为推动 典内容，介绍了近年来数字信号处理领域 较活跃的研究课题，并编写了许多应用实 例。教材在我校自动化工程系、电子信息系 求，各种电子教案和计算机辅助教学课件 以及设计的各种实验等。教学资源的共享， 使我们的视野大大扩展。 现代社会和科技发展的最重要的应用技术 之～。伴随着对ＤＳＰ工程技术人才大幅增长 的需求，国内外各大学的电子信息类学科 和专业，纷纷将数字信号处理列为必修课 程，并加强了课程的建设与改革。 通过对社会需求的调查和分析，本校 在国内外知名院校教学实践的基础上，对 数字信号处理课程的改革进行了初步探 索，内容包括：自主编写难易程度适中、针 对性强的教材；组建高水平的梯队型课程 组；全面使用现代化教育手段，包括采用电 子教案，网上答疑等；加强实验环节；改革 考试和考核方式，促进学生的研究型学习 和创新能力的培养等。我们在课程改革方 面所做的努力，得到了学校的大力支持和 肯定，得到了教师和学生的广泛认同，也在 国内的高校同行中产生了一定的影响。 ２００６年，本课程被河北省教育厅评为“省级 精品课程”。 １编写针对性强的教材 课程的创新与改革，很重要的一方面 是教材的创新与改革。教材是体现教学内 容和教学方法的知识载体，是教师和学生 进行教学活动的凭借材料，可以说好教材 的重要性不亚于教师的作用。 本科层次的数字信号处理，其基本内 容既是比较经典的，也是在不断地发展与 前进着的。我们希望通过本课程的学习，使 学生既能掌握基本的理论和方法，也能了 解技术发展的前沿，还要通过实验初步掌 握基本的数字信号处理算法的实现。基于 这一出发点，课程组通过认真反复讨论，确 定了编写教材的原则：１）内容要新，反映本 领域当前的发展；２）在高校及研究院所有较 宽的覆盖面；３）内容明晰，重点突出，能为学 生所接受。 在教材编写过程中，课程组大量研究 了国内外相关课程教材的选用情况，参考 ｒ许多数字信号处理领域的经典著作，例 如美国Ｍｉｔｒａ教授的（（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｇ——Ａ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｒｏａｃｈ Ｓｅｃ２ｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ））和英国Ｅｍｍａｎｕｅｌ教授的（（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ）｝ 在认真阅读和研究教材的基础上，讨论教 学大纲和教材内容的取舍。通过近一年的 认真准备，编写了国家“十一五”规划教材 数字信号处理 ，以丰要的篇幅讨论了经 相关专业大三学期供学生使用（约一千人）， （２）数字信号处理理论抽象、公式多而 目前已经完成了三届（２００６级～２００８级），由 繁，如果不采用灵活有效的教学方法，很容 于教材将经典内容和新近发展结合得比较 易使教学过程变成纯数学性教学，从而影 好，受到了学生的普遍认可和好评。 响学习兴趣和教学效果。我们在教学过程 采用课件、投影等教学手段扩大课堂容量， ２建设合理的教师梯队 精选一些跟移动通信等实际应用有关的仿 师资队伍的建设是教学改革的关键， 真工具软件以及图片和动画资料ｌ】～１，包括： 基于该理念，我们组建了由８位老师组成的 ①通过演示简短的ＭＡＴＬＡＢ程序激发 课程组，主讲教９币队伍共有３位副教授、３位 学生的学习兴趣。 讲师，均具有博士或硕士学位，还有１位有 ②通过信号处理工具箱操作演示，使 经验的夹验室管理及实验指导教师，课程 学生ｒ解跟该课程相关的工程设计基础。 组教师的年龄、学历、职称结构合理。 ③探寻该课程与模拟电子技术等先修 在队伍建设过程中，课程组建立健全 课程的内在联系，使繁琐的公式推导与具 了课程体系的研究和讨论机制，做到分－ｒ＝ 体电路相结合，降低了学习难度，也强化了 明确，以保证课程教学改革的实施。主讲教 学生对完整的知识体系的理解。对于数字 师要了解国内外在相关领域的发展趋势， 信号处理器的硬件实现，在教学过程还进 对前修和后续课程都有较深入的了解，同 一步挖掘数字信号处理与信号与系统、单 时要善于引导学生进行研究型的学习。实 片机、电子技术基础等相关课程的联系。 验指导老师能够指导学生完成规定的基本 ④采用ＰＰＴ等多媒体教学辅助手段。多 实验、综合实验和带有创新性的实验，应注 媒体课件中的图形和图像直观清晰、文字 意引导、启发学生，注重对学生的实际动手 规范、色彩丰富， 觉效果好，活跃了课堂气 能力及解决实际问题能力的培养。同 氛，容易吸引学生的注意力，有利于对知识的 时课程组特别注重培养青年教师参与课程 理解和记忆，改善了学生的听课效果 。但 建设，鼓励他们在教学的同时，积极从事科 是，使用多媒体教学进行速度较快，学生同时 研项目的研究和开发，积极参加教学方法 听讲和看幻灯片，会感觉跟不上讲课思路 研究，以提高学术水平，掌握最新的相关领 或对于幻灯片内容印象不深。为了解决这 域的理论和技术，使教改能够持续地进行。 个问题，在教学实践过程中，我们重点考虑 课程组成立后，先后开展了多次教学 了板书和多媒体的配合，利用板书补充多 研究活动，包括组织教学法研究和讨论，互 媒体的推导细节，利用多媒体动画连续展 相观摩教学；开展问卷调查及网上意见反 示讲解内容，实际效果非常显著。 馈，了解学生的反映与需求以及他们对教 （３）课程组建立了精品课程网站，在网 学改革的意见与建议；分析考试的结果和 页上发布课程及实验安排、先修和后续课 问卷调查的统计结果，并对本轮课程的情 程介绍；提供课程视频、电子教案及电子课 况进行总结等。从改革开始以来的三届教 件下载；列写参考书目以相关国内站； 学情况来看，组建好一支热爱教育工作、热 利用论坛进行答疑和讨论并发表教师撰写 爱学生、结构合理、数量足够的优秀教师队 的教改论文；利用电子邮件递交和批改作 伍，努力探索好的课程组激励机制和管理 业等。 方式，积极开展活动，从整体上保证了教学 利用这些现代教育手段，有效地共享 水平和教学质量的提高。 了教育资源、提高了教学效率，达到了提高 教学质量、改善教学效果的目的，促进了教 ３多种辅助教学手段并用 师和学生之间的相互理解和良好的配合。 在教学中积极采用现代教育手段信息 技术的发展和广泛应用，为教学手段的变 ４积极开展实验及科技创新活动 革、教学资源的共享、以及教学效率的提 数字信号处理一方面表现出重要专业 高，提供了良好的平台和Ｔ具。 基础课的特质，另一方面也体现出重要技 （１）利用因特网，广泛收集各种教学资 术基础课的特点。将理论教学和实践教学 源，包括各著名大学开设数字信号处理课 有机结合，是培养学生综合能力、创新能力 程的情况，所使用的教材、教学大纲和要 （下转１ ５５页） 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ １ ５３ ２０１１ Ｎ０ ０４ 创新教育 生对仪器的外观与内部构造、运行原理的 理解。 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａ ＿Ｆ 是在使用多媒体教学时需要很自然地运用 传统式教学方式，使两者有机地结合起来。 但是从另一方面来讲仪器分析多媒体 （２）老师的丰导地位不能被多媒体软件 教学不可避免的存在一些不足。例如老师 所取代。使用多媒体课件时，教师绝对不能 在讲解一些复杂公式推导时，学生需要一 照屏宣科，进行解释性授课，教师的语言讲 步一步的思考才能将来龙去脉弄清楚，而 使用多媒体教学时已经把整个推导过程展 在学生面前，学生会急于看结论不能领会 授仍然很重要。同时在多媒体辅助教学中， 切忌满堂灌的教法，教师不能成为计算机 操作员，自己一个人唱独角戏，把学生放在 边，忘记学生是教学的丰体，师生很少交 流，使学生失去学习兴趣。在教学中通过设 一教学方式无法比拟的优点，如增大教学容 量，提高课堂效率，有利于激发学生的学习 兴趣和主动性，可以拓宽学生的视野。但是 作为一种新的教学手段，也有它的不足之 处。在教学中要防止被多媒体所左右，老师 的主导地位不能被多媒体软件所取代。要 综合利用多种教学手段，在教学过程中要 注意理论联系实际，激发学生的学习兴趣。 其中精髓。课堂上老师和学生之间的情感 交流削弱，由于使用多媒体教学，老师的手 要使用鼠标，嘴巴对着话筒，眼睛不但要注 意屏幕，还要注意学生的反映，老师其 他有益肢体语言的发挥，同时，学生面对的 参考文献 不仅有老师，还有一个既有声音又有图像 的大型机器，必然导致学生和老师之间的 感情交流空问大为降低。 因此，在引入多媒体教学时应注意以 问题。 【１）适当采用板书，综合利用多种教学 手段。在使用多媒体教学时，还必须辅以适 当的传统教学手段。笔者在教学中发现多 媒体教学能够传递大量的信息，这是传统 教学无法比拟的，但是，仪器分析课程有自 己本身的特点，每章内容多、分析方法繁 多、定量计算公式繁多等特色决定了不能 味的以多媒体传授知识Ｉ ，还必须适当使 用传统教学。如学生并不喜欢利用多媒体 进行大段大段的公式推导以及文字叙述。 在这方面内容讲解时，老师可以采用传统 式教学，在黑板上边推导边讲解效果更好， 更利于被学生接受和吸收。所以，教学中在 必要的地方要补充传统式教学，这里说的 补充并不是说简毕 的插入传统式教学，而 一问的方式，启发诱导学生思考。讲解中应走 【ｌ１张忐群．媒体技术进行化工原理课堂教 出操作台，适当走动，尽量使用肢体语言来 学ｆＪ】．化工高等教育，ｌ９９６，３：４９～５２． 提示、交流教学信息，调动课堂气氛。要知 ［２】张小燕，许豪杰，张粉燕，等．Ｆｌａｓｈ多媒 道教师才是教学活动的丰导，而多媒体只 体技术在仪器分析教学中的应用【Ｊ】．大 是教师手中的一种教学工具。 （３）注意理论联系实际，激发学生的学 习兴趣 学化学，２００３，ｌ ８（６）：３９～４３． ［３］李建平，胡存杰，陶慧林．多媒体软件在 仪器分析》课件制作中的应用ｆＪ］．高教 论坛，２００７，４：１ ３８～１４０． 在教学过程中，笔者发现如果能够理 论联系实际，结合课本中内容提出相关问 【４】符继红．多媒体在仪器分析教学中的应 题，很快学生的学习兴趣就上来了，讨论也 用【Ｊ】．中国科技信息，２００８，２１：２６４～ ２６７． 比较热烈。例如，在讲授气相色谱时，可以 降解气相色谱在农药检测中的应用，比方 ［５】曹枫，关兆铿，马长华，等．“仪器分析实 验多媒体教学平台”制作与应用【Ｊ１．中 运用气相色谱测试人参中农药的残留量。 为 激发学生的学习兴趣，老师应多收集 医教育，２００８，２７（５）：３６～３７． 些生活以及生产中与教学内容相关的问 题，让学生从问题入手，唤起学生的求知 欲。而对于一些难度大的问题，可以让学生 带回课后查阅相关资料进行解答，在这一 过程中可以培养学生提出问题、分析问题、 解决问题的能力。 一２结语 多媒体这种全新的教学形式，有其他 （上接１ ５３页） 的重要手段Ｉ一一Ｉ。 实验教学具有直观性、实践性、综合性 利。实践证明，这种灵活开放的管理模式取 得了良好的效果，学生们通过实验锻炼了 自己的动手能力，也加深了对《数字信号处 理》中的经典理论的理解和领悟。 数字信号处理是电子信息类专业的重 要基础课，教学质量的好坏，对后继课程的 ２３（３）：３０～３２． ［２］陈爱萍．ＭＡＴＬＡＢ在“数字信号处理”课 程教学中的应用［Ｊ１．湖南１＝程学院学 报，２００５，ｌ５（３）：９２～９４． 与创新性特点，在教学过程中对培养学生 的创新意识、夹践能力和创业精神有特别 重要的作用。原有实验课大部分都是同学 按实验指导书的所给步骤，进行操作和编 程，学生们照猫画虎，即使得到满意结果， 也并不了解所以然，达不到对理论课内容 ［３】李旭东．多媒体教学和传统教学在高等 数学课上的融合［Ｊ】．高等教育研究， ２００８，２５（２）：５３～５４． 学习有重要影响。为适应素质教育对电子 ４］任冶刚．“数字信号处理”多媒体教学方 信息类应用人才培养，获得较好的教学效 ［果，结合实际情况对该课程在教学内容、实 法初探…．电气电子教学学报，２００６，２８ （６）：１０２～ｌ０４． 加深理解的目的，我们采用综合实验办法， 践教学和课堂教学等几个方面进行了探讨 ５】曹昕燕．基于Ｍａｔｌａｂ的数字信号处理课 让学生自己设计采集实验数据，完成处理 和尝试：课程组的教师在课程改革之中，付 ［程改革【Ｊ】．长春大学学报，２００７，１７（２）： 方法的设计，并对设计方法进行论ｉｌＦ，使其 出了艰辛的努力，取得了丰硕的成果；学校 ９５～９７． 学生们真正了解所学知识的要点，锻炼学 提供了良好的外部条件，鼓励改革的进行，６】胡学友，王颖，胡云龙．“数字信号处理” 生综合科研能力和分析解决问题的实 教学督导组和质量监督小组全程跟踪课程 ［教学改革与实践【Ｊ】．高教论坛，２００７（３）： 际能力，提高学生的科学素质、动手能力和 的建设与改革进程，提供改进意见和建设 ６７～６９． 创新能力。 性的建议；学生对课程改革的理解、宽容、 ７】郭素敏，郭素芳，吴波．数字信号处理教 为了进一步培养学生的创新能力，设 积极配合和奋发努力，更使得改革的进程 【学改革与实践探索【Ｊ】．教学研究，２００６ 计了一些综合性实验，主要目的是掌握可 总体上比较顺利。 （５）：４５３～４５５． 教学实践的结果表明，本文探索和实 编程ＤＳＰ芯片的硬件结构、软件结构和开发 环境，设计并完成一个ＤＳＰ的基本系统，实 践的课程教学方法，能够在顺利开展“数字 现数字信号处理课程所学习的主要算法。 信号处理”课程教学的同时，将课堂教学和 基于这一理念．实验室采用了半开放的管 辅助教学有机的结合，将理论教学和实践 理模式，即实验内容开放、实验时间半开 教学有机的结合，使得教学质量在探索与 放、实验设备开放。实验指导教师轮流值 实践中得到了稳步提高。 班，学生可以在指定的开放时间内自主安 排实验，自己动手完成系统的设计和仿真， 参考文献 拓展了传统意义上的实验的深度和广度， ｎ］朱幼莲．ＭＡＴＬＡＢ在数字信号处理教学 中的应用［Ｊ１．电气电子教学学报，２００ｌ， 对培养学生的创新能力及设计能力非常有 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ １ ５５
