地方高校“数字信号处理”课程教学模式探讨

周作梅，石成远

(1.凯里学院 大数据工程学院，贵州 凯里 556011；2.凯里市城市规划设计院，贵州 凯里 556000)

1 “数字信号处理”的教学现状及问题

随着信息技术的快速发展，“数字信号处理”的理论得到了快速发展，其技术应用已渗透到人们日常生活中，如医疗、智能家用电器、图像语音处理等方面。“数字信号处理”是信息工程、通信工程等专业的专业基础课，其课程内容可概括为一个基础(离散时间信号与系统的时频分析)与两个支柱(DFT及FFT、IIR及FIR的理论指导及设计)[1]。其教学目的是在学生学完了“复变函数”“信号与系统”等课程后，进一步为学习专业知识打基础。学生在学习这门课程后应能掌握离散信号的分析方法和数字信号处理系统的基本设计方法，学会使用一些必要的仿真软件，为进一步应用该技术打下理论和实践的基础。

“数字信号处理”课程对数学基础要求较高，许多的理论和方法都是基本于数学表达及推导展开，基础知识里的Z变换、LS变换、DTF与FFT等涉及大量的积分、围线积分、级数、留数定理等。地方高校的学生大部分数字基础较薄弱，对“信号与系统”等先行课的学习也只是表面理解，照着公式等套路计算，不能将所学理论知道综合应用到实践中，因此在“数字信号处理”的学习过程中，不能理论与实践相结合，不用将抽象的概念定理实例化，用实践加强对理论知道的理解。

2 地方高校“数字信号处理”课程教学改革

2.1 课程群教学模式建设

根据课程特点，将“数字信号处理”的先修课程(“随机信号分析”“信号与系统”等)与后续课程(“数字图像处理”“模式识别”等)融合形成课程群，根据该课程在课程群中所处的位置，优化教学大纲，使教学内容无重叠，让学生在有限的学习时间内获得最多的理论和实践知识[2]。清理各课程相互间的支撑与关联点，使课程间相互连接，在教学过程中拓宽知识面，提高学生对该课程重要性的认识，调动学生的学习兴趣，通过课程群及课程群教师团队的建设和完善，提升教学水平，提高学生的知识水平、分析能力与动手能力。

2.2 案例教学与任务驱动

“数字信号处理”由于其抽象的概念与枯燥的公式推导，很容易磨灭学生的学习兴趣。因此在教学过程中适当地引入一些实例，使学生能够直观地感受各概念的实际意义，提高课堂教学的趣味性。

离散时间信号即序列的各种运算讲解完后引入数字图像的基本运算，对原图像随时加入高斯噪声，得到M幅噪声图像，然后将M幅噪声图像相加再求平均得到去噪后的图像。通过实际案例让学生直观地感受基本运算的魅力，加深对概念的理解。

任务驱动教学是教师将教学内容糅合到任务里去，使学生在完成任务的时候巩固教学内容，是教师为主导、学生为主体的一种教学模式[3]。因此，在图1案例讲解完后将同学分组，每组学生完成表1的某一类仿真实验，教师通过评阅后每组挑选出质量较好的仿真案例，学生根据教师的修改意见完善仿真案例、学生交流。通过任务驱动，将“数字信号处理”的教学内容与图像处理相结合，培养学生的实践能力与分析问题的能力。

表1 图像的基本运算

2.3 项目式教学

项目教学法是由教师结合教学内容引导学生确定项目主题，然后项目方案设计与项目实施等都由学生自己完成[4]。学生通过完成项目这一过程，提高了查阅文献、分析问题与解决问题的能力，从被动学习变成主动学习。项目教学法的实施过程如下。

(1)确定主题：数字信号处理本质是利用数学的方法和数字系统来实现对信号的处理，主要研究的问题是信号处理的各种算法与算法的实现。对算法的学习之道是解决什么问题用到哪一类算法就了解那一类算法，使用什么算法就详细学习那种算法。因此这门课的项目没有确定主题，教师讲解数字信号处理有关的某一项目(比如掌纹识别)后，建议学生从图像处理、语音信号处理等方面出发，确定一些难度适中且应用较为广泛的项目主题。

(2)分析内容：项目主题确定后，学生通过查阅相关文献资料，设计项目内容，并对各项内容进行分析。教师结合教学内容，引导学生完善项目，提高项目的可实现性，避免挫伤学生的积极性。

(3)细化任务：学生要在有限的时间内完成项目，团队合作是必需的，因此学生要根据项目内容细化任务，全组同学全员参与且每个同学完成的质量不仅与自己的成绩有关，还影响全组其他同学，提高学生的项目的认识度与参与度，培养学生的团队合作精神。

(4)完成项目：学生查阅相关文献，完成项目的仿真与项目说明书的撰写工作。通过项目完成，提高学生查阅文献及综合运用相应文献的能力，为毕业论文的完成做好铺垫。

(5)展示成果：包括项目讲解、交流讨论、综合评价等几个方面。项目讲解培养学生会做也会说的能力；交流讨论提高学生分析问题与解决问题的能力；最后每个同学的成绩由小组项目分(组间评分+教师评分)与个人分(自我评分+小组评分+教师评分)两个方面综合给出。通过综合评价，避免小部分学生抱有滥竽充数的心理，综合评价学生在项目完成过程中的参与度及综合运用知识解决问题的能力。

2.4 考核指标改革

学习不是以考试为最终目的，而是能综合运用所学知识解决相关问题，因此将“数字信号处理”的总成绩分为平时成绩(出勤、平时作业、课堂表现)、实验成绩、项目成绩、考试成绩。将项目成绩作为学生的总成绩的一个评价指标，提高学生对项目的重视度，提高项目质量，达到综合训练的目的。

3 结语

“数字信号处理”概念抽象公式繁多，大部分学生都表示难学，因此，通过课程群的建设，明确“数字信号处理”的地位，优化教学内容，使学生在有限的学习时间内获得最多的理论和实践知识。

提高教师队伍的综合素质，在教学过程中引入经典或前沿案例，激发学生的学生兴趣。学生在完成任务的过程中巩固课本知识。

最后通过项目式教学，培养学生团队合作与综合运用所学知识的能力，为完成毕业论文奠定基础。