曹林

摘 要：該文以通信工程專業(yè)為例，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程改革的必要性進(jìn)行了闡述，然后在教學(xué)內(nèi)容、課程組織、教學(xué)條件和教學(xué)方法上對(duì)該課程進(jìn)行了改革，使之適應(yīng)“卓越工程師”的培養(yǎng)要求。論述了編寫案例的相關(guān)注意事項(xiàng)，對(duì)課堂授課方式進(jìn)行了改革，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理 案例 通信工程 卓越工程師

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（a）-0133-02

1 概述

數(shù)字信號(hào)處理課程是通信工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，已成為現(xiàn)代化技術(shù)的重要組成部分，是通信工程專業(yè)卓越工程師必須掌握的核心技術(shù)[1]，迫切需要加強(qiáng)該課程的建設(shè)與改革，以適應(yīng)通信領(lǐng)域卓越工程師培養(yǎng)的需要。該課程建設(shè)目標(biāo)是：加強(qiáng)并優(yōu)化“以工程能力為核心“的應(yīng)用型人才培養(yǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，創(chuàng)建一套適合于卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的數(shù)字信號(hào)處理授課教學(xué)方法及考核評(píng)定模式。具體內(nèi)容為：以MATLAB和DSP硬件工具箱作為軟硬件開(kāi)發(fā)工具，探索工程實(shí)踐型教學(xué)方法，將軟件編程和硬件開(kāi)發(fā)貫徹到授課中的相關(guān)環(huán)節(jié)；以典型的工程案例調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮案例式教學(xué)在卓越計(jì)劃培養(yǎng)中的優(yōu)勢(shì)；以該課程為基礎(chǔ)，以點(diǎn)帶面，注重信號(hào)處理課程群建設(shè)，通過(guò)前后銜接、理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，建立課程間縱向傳承，橫向互補(bǔ)的課程體系，突出工程應(yīng)用，系統(tǒng)綜合的課程主線；利用多媒體、課程互動(dòng)仿真編程、網(wǎng)站，博客互動(dòng)等信息化教學(xué)手段，優(yōu)化授課內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和能力，自發(fā)地提出問(wèn)題，研究問(wèn)題和解決問(wèn)題；改革考核方式，把理論筆試+上機(jī)考試+課外探究式學(xué)習(xí)+面試作為最后考試成績(jī)，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，實(shí)踐能力和協(xié)作能力。

信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化，而數(shù)字化的核心技術(shù)，就是數(shù)字信號(hào)處理，近30年來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的理論、方法和應(yīng)用得到了飛躍式的發(fā)展，其地位和作用也變得越來(lái)越重要。數(shù)字信號(hào)處理是理論性和工程性都很強(qiáng)的學(xué)科，其理論體現(xiàn)在，它綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、電路理論、信號(hào)與系統(tǒng)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和方法，發(fā)展并形成了自己的理論體系，成為通信、雷達(dá)、電視、控制等眾多學(xué)科和領(lǐng)域的重要理論基礎(chǔ)與技術(shù)基礎(chǔ)。其工程性體現(xiàn)在，其應(yīng)用極為廣泛，從科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各行業(yè)；從國(guó)防建設(shè)的各種武器裝備，到林林總總的消費(fèi)類電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，都是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，社會(huì)對(duì)既掌握DSP理論和方法，又掌握工程技術(shù)的人才需求，近年來(lái)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。

2 問(wèn)題的提出

卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃（簡(jiǎn)稱為“卓越計(jì)劃”）是教育部基于國(guó)務(wù)院《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》內(nèi)容在2010年6月啟動(dòng)的，其目的是全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量。數(shù)字信號(hào)處理是信息與通信工程領(lǐng)域一個(gè)發(fā)展和更新最快的學(xué)科之一，已成為現(xiàn)代化技術(shù)的重要組成部分，是通信工程專業(yè)卓越工程師必須掌握的核心技術(shù)，迫切需要加強(qiáng)該課程的建設(shè)與改革，以適應(yīng)通信領(lǐng)域卓越工程師培養(yǎng)的需要，通過(guò)該課程帶動(dòng)信號(hào)處理課程群建設(shè)，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生在信號(hào)處理工程領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

目前，通信工程專業(yè)“卓越計(jì)劃”在數(shù)字信號(hào)處理課程建設(shè)方面[2]，處于探索和嘗試階段，還沒(méi)成熟、通用的成功經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚪梃b。傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理課程，大多只討論算法理論及其推導(dǎo)，以理論教學(xué)為主，較少涉及實(shí)現(xiàn)方法及相關(guān)的軟硬件技術(shù)，實(shí)踐環(huán)節(jié)深度不夠，學(xué)生并未能真正接觸到信號(hào)處理的工程應(yīng)用，對(duì)信號(hào)處理與應(yīng)用主要知識(shí)的切身體會(huì)還不夠直接和深入，培養(yǎng)的學(xué)生不能夠適應(yīng)實(shí)際企業(yè)生產(chǎn)的需求，更不能體現(xiàn)“卓越計(jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)[3]。國(guó)內(nèi)外的教育界都在尋求DSP的改革途徑，目前主要沿著兩條途徑。一是使用MATLAB等工具軟件，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的算法作仿真；另外是引入已被工程界廣泛使用的DSP器件，指導(dǎo)學(xué)生完成數(shù)字信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)，但上述兩種途徑更主要是在課外實(shí)驗(yàn)引入，很少在課堂上貫徹，只有在課堂上利用案例式工程實(shí)踐研究性教學(xué)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，才能讓他們?cè)谡n下自覺(jué)地用上述軟硬件工具開(kāi)發(fā)相關(guān)工程應(yīng)用。因此需要對(duì)數(shù)字信號(hào)處理實(shí)踐教學(xué)和工程應(yīng)用培養(yǎng)模式進(jìn)行改革和建設(shè)，進(jìn)行課程機(jī)構(gòu)體系調(diào)整，突出工程應(yīng)用，分別從課程培養(yǎng)方案、理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方面進(jìn)行探討和實(shí)踐，通過(guò)多方位，各個(gè)環(huán)節(jié)的努力，建立一個(gè)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的持續(xù)、可靠、高效的課程培養(yǎng)體系。

3 改革與思考

在教學(xué)內(nèi)容上，針對(duì)本課程抽象難學(xué)的特點(diǎn)，以Matlab為主線，自始至終運(yùn)用Matlab來(lái)闡述基本概念和基本原理。強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)的結(jié)合，提供本章重要知識(shí)點(diǎn)的Matlab演示程序和結(jié)果。對(duì)于抽象的數(shù)學(xué)模型應(yīng)用問(wèn)題，編寫Matlab仿真案例，在課程上增加Matlab案例，邊操作邊講解一些例題和應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)軟件編程互動(dòng)，利用Matlab軟件邊講邊演示，進(jìn)一步提問(wèn)，請(qǐng)學(xué)生思考回答，然后馬上修改程序驗(yàn)證問(wèn)題的結(jié)果?？傊诮虒W(xué)內(nèi)容上強(qiáng)調(diào)軟件互動(dòng)編程，準(zhǔn)備豐富的Matlab案例，上課前給學(xué)生基本的程序，授課時(shí)隨著講解的逐步深入，讓學(xué)生自行修改程序，當(dāng)學(xué)生在自己隨身的計(jì)算機(jī)上看到正確結(jié)果時(shí)，會(huì)深切感受到數(shù)字信號(hào)處理的神奇，大大增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

在課程組織上，將信號(hào)處理方向納入專業(yè)課程整體規(guī)劃，在“數(shù)字信號(hào)處理”課程中，以數(shù)字信號(hào)分析為基礎(chǔ)，以數(shù)字濾波為手段，以數(shù)字信號(hào)處理為目的，強(qiáng)調(diào)DFT、數(shù)字濾波的物理概念和工程概念，強(qiáng)化數(shù)學(xué)理念與分析，淡化數(shù)學(xué)運(yùn)算與技巧，同時(shí)加大各前后關(guān)聯(lián)課程（例如前期的信號(hào)與系統(tǒng)，后續(xù)的數(shù)字圖像處理等）之間的銜接研究，使其與其他課程融合為一個(gè)有機(jī)整體，調(diào)整與其它課程的關(guān)系，在重要的地方形成內(nèi)容上的呼應(yīng)，在次要的地方注重視野的開(kāi)拓，主次分明，易于學(xué)生把握。綜上在教學(xué)內(nèi)容上的建設(shè)目標(biāo)是制作典型的數(shù)字信號(hào)處理軟件案例，將案例式教學(xué)貫穿到授課中[4]。endprint

在教學(xué)條件上，我們選用科學(xué)出版社編寫的《數(shù)字信號(hào)處理》，本書是北京郵電大學(xué)考研的指定教材，同時(shí)該書也把Matlab編程貫穿始終，符合本課程建設(shè)的目標(biāo)。另外選用國(guó)際經(jīng)典的數(shù)字信號(hào)處理教材，Vinay K. Ingle， John G. Proakis. Digital Signal Processing Using MATLAB，該書強(qiáng)調(diào)Matlab編程，總之在教材的選擇上，我們強(qiáng)調(diào)中外結(jié)合，理論與工程實(shí)踐結(jié)合，大眾通識(shí)教育與卓越精英教育結(jié)合。授課時(shí)，保證學(xué)生2人1機(jī)（隨著生活水平提高，學(xué)生可以自帶便攜電腦，保證每人1機(jī)）。建立數(shù)字信號(hào)處理課程網(wǎng)站，在課程網(wǎng)站上放置與本課程相關(guān)的共享資源和網(wǎng)絡(luò)課件，供學(xué)生自由瀏覽和下載，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)、網(wǎng)上課程研討、網(wǎng)上交付作業(yè)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告和優(yōu)秀作業(yè)展示；建立例題解答范例庫(kù)和自測(cè)試題庫(kù)，以便方便學(xué)生進(jìn)行探究式自學(xué)。綜上在教學(xué)條件上的建設(shè)目標(biāo)是建立授課網(wǎng)站，共享多媒體課件，網(wǎng)上輔導(dǎo)和優(yōu)秀作業(yè)展示，實(shí)現(xiàn)探究式自學(xué)。

在教學(xué)方法與手段上，基于本課程公式多，概念比較抽象的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中采用板書+多媒體+案例式Matlab編程相結(jié)合的授課方式，對(duì)于重要公式的推導(dǎo)，采用板書。因?yàn)殡S著多媒體教學(xué)的普及，板書的優(yōu)勢(shì)往往被忽視，對(duì)于重要的公式推導(dǎo)，板書具有良好的示范性，學(xué)生跟隨教師的思路來(lái)領(lǐng)會(huì)學(xué)習(xí)的要點(diǎn)和難點(diǎn)，并在工整的板書推導(dǎo)中加強(qiáng)對(duì)公式的理解，學(xué)起來(lái)比較容易。對(duì)于一些需要形象理解、圖形舉例演示的部分，教師可以采用多媒體教學(xué)方法，利用圖像、視頻等多種形式進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)。對(duì)于例題，強(qiáng)調(diào)Matlab案例式編程，采取“啟發(fā)式教學(xué)和研究型學(xué)習(xí)”的教學(xué)方法，從研究問(wèn)題入手，將數(shù)字信號(hào)處理的一些重要理論構(gòu)建過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)提出新的問(wèn)題，以便讓學(xué)生進(jìn)行思考和研究。針對(duì)教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)提出問(wèn)題，定期和不定期地在課堂中進(jìn)行討論，請(qǐng)學(xué)生事先準(zhǔn)備好，上講臺(tái)發(fā)表見(jiàn)解，同時(shí)利用Matlab編程驗(yàn)證。注重教學(xué)講義雙語(yǔ)化，提高學(xué)生專業(yè)英語(yǔ)的應(yīng)用能力。課堂教學(xué)的課件中有相當(dāng)一部分內(nèi)容采用英語(yǔ)編寫，教師在上課中也盡量使用英語(yǔ)對(duì)基本概念和方法進(jìn)行解釋，在潛移默化中提高學(xué)生的專業(yè)英語(yǔ)能力，有助于提高學(xué)生閱讀科技文獻(xiàn)、查閱資料的能力，從根本上消除學(xué)生對(duì)本專業(yè)方向英語(yǔ)文獻(xiàn)閱讀的恐懼感和抵觸心理。綜上在教學(xué)方法與手段上的建設(shè)目標(biāo)是注重案例式教學(xué)，采用啟發(fā)式教學(xué)和研究型學(xué)習(xí)，對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行分類，采用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段表現(xiàn)（板書+多媒體+上機(jī)）數(shù)字信號(hào)處理的理論與應(yīng)用實(shí)例。

參考文獻(xiàn)

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