舒小華　賀正蕓　易吉良　呂道軒

【摘要】“數(shù)字信號(hào)處理”課程是電子信息類專業(yè)非常重要的課程，但它理論性強(qiáng)、抽象、公式多，理解和掌握起來(lái)有一定難度，導(dǎo)致學(xué)生厭學(xué)、怕學(xué)的情緒。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，適應(yīng)素質(zhì)教育，針對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)和課堂教學(xué)模式進(jìn)行了改革，從教學(xué)方法、教學(xué)手段方面進(jìn)行改革。結(jié)果表明，學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情得到了提高，取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字信號(hào)處理 教學(xué)改革 學(xué)習(xí)興趣 探索性實(shí)驗(yàn)

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）06-0023-02

“數(shù)字信號(hào)處理”課程是電子類學(xué)科和專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及知識(shí)面廣泛，如信號(hào)與系統(tǒng)、信號(hào)處理、通信等，課程內(nèi)容抽象，理論性強(qiáng)，概念多，學(xué)習(xí)難度較大，加上先修課程的學(xué)習(xí)的好壞也影響到本課程的學(xué)習(xí)。這些因素導(dǎo)致學(xué)生難以在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)掌握好本門課程的內(nèi)容，學(xué)習(xí)的畏難情緒增加，學(xué)習(xí)效果隨之下降，導(dǎo)致逐漸喪失學(xué)習(xí)信心和學(xué)習(xí)熱情[2]。如何培養(yǎng)并保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性是數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)中需要面對(duì)的一個(gè)重要問(wèn)題。因此對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，采用多種教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的教學(xué)效果。

一、多種教學(xué)手段結(jié)合激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式采用黑板板書方式，其優(yōu)點(diǎn)是師生互動(dòng)直接，可以自由控制時(shí)間，學(xué)生在老師板書的過(guò)程中有足夠的時(shí)間理解和思考，跟進(jìn)老師思路的壓力較小，適合公式推導(dǎo)、例題講解等內(nèi)容的教學(xué)。但是板書方式形式單調(diào)，不適合對(duì)抽象的概念和復(fù)雜的過(guò)程的講解，而且，數(shù)字信號(hào)處理課程本來(lái)每堂課內(nèi)容多，全采用板書講授方式將很難完成教學(xué)任務(wù)，加快速度則有些重要難以講到，久之影響教學(xué)效果。同時(shí)，本課程涉及信號(hào)流圖（如FFT流程圖等）、濾波器設(shè)計(jì)內(nèi)容中的頻譜圖及設(shè)計(jì)的結(jié)果，如果板書出來(lái)將占用珍貴的課堂時(shí)間。因此僅用黑板板書的方式顯然并不合適。投影教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)是形象生動(dòng)，尤其是有的復(fù)雜過(guò)程可采用動(dòng)畫形式展現(xiàn)，學(xué)生容易理解，且傳遞的信息量豐富。但長(zhǎng)久的盯著亮的屏幕容易造成視覺(jué)疲勞，快速的翻頁(yè)也會(huì)造成部分學(xué)生跟不上進(jìn)度，一堂課下來(lái)感覺(jué)很累。因此，在課堂教學(xué)中，宜采用板書、多媒體教學(xué)相結(jié)合的授課方式，充分發(fā)揮各自教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)。公式推導(dǎo)、例題講解等可采用板書方式，抽象的概念和理論、復(fù)雜的處理過(guò)程等則采用MATLAB仿真進(jìn)行演示或采用動(dòng)畫形式展現(xiàn)。多媒體課件宜做得精煉，防止出現(xiàn)大幅的內(nèi)容敘述。由于抽象概念的形象解釋有助于學(xué)生的理解，學(xué)習(xí)興趣也隨之提高。比如在講解長(zhǎng)信號(hào)的線性卷積時(shí)，牽涉到重疊相加法、重疊保留法兩種方法，可采用板書和投影教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行講解。先提出問(wèn)題：兩個(gè)長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)男盘?hào)的線性卷積可以利用FFT進(jìn)行快速卷積，但若一個(gè)信號(hào)很長(zhǎng)甚至是無(wú)限長(zhǎng)時(shí)如何實(shí)現(xiàn)快速卷積？讓學(xué)生進(jìn)行討論。再使用板書方式推導(dǎo)出長(zhǎng)信號(hào)的分段卷積式，對(duì)分段卷積結(jié)果如何處理則采用MATLAB仿真來(lái)演示和驗(yàn)證這一過(guò)程。通過(guò)MATLAB仿真，長(zhǎng)信號(hào)的快速卷積就形象的展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生易于理解了，枯燥的定義和概念也變得生動(dòng)起來(lái)，原本復(fù)雜的過(guò)程變得簡(jiǎn)單而容易接受，有利于知識(shí)的理解和掌握，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、改進(jìn)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

“數(shù)字信號(hào)處理”理論知識(shí)多，學(xué)習(xí)起來(lái)枯燥。但是，如果學(xué)生認(rèn)識(shí)到所學(xué)的知識(shí)有用會(huì)激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。因此，應(yīng)加大應(yīng)用性內(nèi)容的教學(xué)，讓學(xué)生參與到相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)中有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1.課程設(shè)計(jì)提升學(xué)習(xí)興趣

課程設(shè)計(jì)是綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，完成課程設(shè)計(jì)需要綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，包括查閱資料、方案設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、結(jié)果分析、方案改進(jìn)等。實(shí)施計(jì)劃過(guò)程中遇到的困難和障礙構(gòu)成了學(xué)生渴望以挑戰(zhàn)的問(wèn)題，正是這些問(wèn)題激勵(lì)學(xué)生積極思考并尋找解決問(wèn)題的辦法，在此過(guò)程中學(xué)習(xí)的積極性得以充分發(fā)揮。一般而言，學(xué)生在接到課程設(shè)計(jì)的任務(wù)后，需要對(duì)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行分析，確定完成此設(shè)計(jì)需要用到的知識(shí)，這些知識(shí)可能是已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的，也有未學(xué)習(xí)過(guò)的。學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)資料后，綜合所學(xué)的知識(shí)、技能，明確需解決的問(wèn)題和達(dá)到的目標(biāo)，并形成解決問(wèn)題的技術(shù)方法。

比如在FFT的教學(xué)中，給定課程設(shè)計(jì)要求“語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析”，要求綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理的理論知識(shí)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理。在此課程設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生掌握Windows 環(huán)境下語(yǔ)音信號(hào)采集方法，掌握用 MATLAB對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理的編程方法，設(shè)計(jì)算法和應(yīng)用程序，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，撰寫總結(jié)和報(bào)告等。學(xué)生通過(guò)理論推導(dǎo)得出相應(yīng)結(jié)論，利用MATLAB作為編程工具實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的譜分析和濾波。在設(shè)計(jì)的完成過(guò)程中互相交流學(xué)習(xí)心得，共同探討出現(xiàn)的新問(wèn)題，培養(yǎng)獲取知識(shí)與解決問(wèn)題的能力。與此同時(shí)，學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得的成就感激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)熱情，并培養(yǎng)了勇于探索開拓進(jìn)取的學(xué)習(xí)精神。

在教學(xué)中，課程設(shè)計(jì)的題目可以由教師指定，由學(xué)生選擇，如語(yǔ)音信號(hào)卷積的實(shí)現(xiàn)、圖像信號(hào)的濾波等；也可以在教師指導(dǎo)下學(xué)生自己選擇。學(xué)生通過(guò)參與數(shù)字信號(hào)處理的課程設(shè)計(jì)，加深了對(duì)“數(shù)字信號(hào)處理”理論的理解，提高了學(xué)習(xí)的熱情，鞏固了學(xué)生數(shù)字信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣。

2.探索性實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

探索性實(shí)驗(yàn)是指人們從事開創(chuàng)性的研究工作時(shí)，為探尋未知事物或現(xiàn)象的性質(zhì)以及規(guī)律所進(jìn)行的實(shí)踐活動(dòng)。它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、探索精神以及良好的學(xué)習(xí)方法具有重要意義。

目前數(shù)字信號(hào)處理課程配備的實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，旨在對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，如快速傅里葉變換（FFT）、RIR濾波器設(shè)計(jì)、IIR濾波器設(shè)計(jì)等，學(xué)生只是使用MATLAB 對(duì)教材或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論也是驗(yàn)證與所學(xué)的知識(shí)是否一致，遇到不一致的往往知其然不知其所以然，難以結(jié)合教材內(nèi)容進(jìn)行深入分析。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題也很難獨(dú)立思考和解決。因此，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)僅讓學(xué)生懂得實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程及僅僅驗(yàn)證教材上的內(nèi)容是不夠的，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的分析和思考問(wèn)題能力。探索性實(shí)驗(yàn)將使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)自己的觀察、思考得出結(jié)論，不僅能啟迪思維，培養(yǎng)科學(xué)精神和創(chuàng)新能力，更能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。探索性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可由教師提出，學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)課題內(nèi)容查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，最終完成實(shí)驗(yàn)并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。如卷積在信號(hào)去噪處理中的應(yīng)用，就可以采用高斯模板對(duì)被污染的圖像進(jìn)行卷積以去除噪聲（二維卷積），或?qū)σ欢伪辉肼曃廴镜母枨M(jìn)行卷積運(yùn)算去除噪聲（一維卷積）。通過(guò)探索性實(shí)驗(yàn)的開展，改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的單調(diào)性，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探索性相結(jié)合，不僅有助于知識(shí)的掌握和能力的培養(yǎng)，還培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有積極意義。

3.建立有利于激發(fā)學(xué)習(xí)熱情的考核方法

作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生很在乎自己學(xué)習(xí)成績(jī)，設(shè)計(jì)一套好的評(píng)價(jià)考核方法能最大限度的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。為全面考查學(xué)生課堂學(xué)習(xí)、課外學(xué)習(xí)、課程設(shè)計(jì)及探索性實(shí)驗(yàn)效果，需設(shè)計(jì)閉卷考試、實(shí)驗(yàn)考核、課程設(shè)計(jì)考核及平時(shí)綜合考核的全面考核方式。閉卷考試主要考核基本概念、基本原理等理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)考核主要考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能及分析和解決問(wèn)題的能力；課程設(shè)計(jì)考核主要考察獲取知識(shí)與解決問(wèn)題的能力，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生依據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容撰寫小論文，并建立相應(yīng)的加分制度。

三、結(jié)語(yǔ)

“數(shù)字信號(hào)處理”的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，公式多，比較枯燥難學(xué)，學(xué)生容易提不起興趣。興趣是最好的老師，是構(gòu)成學(xué)習(xí)心理的最活躍的因素。為了達(dá)到較好的教學(xué)效果，教學(xué)實(shí)踐中，我們改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在課堂教學(xué)中采用多種教學(xué)手段結(jié)合激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，并從課程設(shè)計(jì)、探索性實(shí)驗(yàn)及建立有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的考核方法幾個(gè)方面著手， 激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生以研究的態(tài)度進(jìn)行學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中獲得的成就感激發(fā)了學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)興趣，這些措施的實(shí)施取得了良好的教學(xué)效果。

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基金項(xiàng)目：湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃資助項(xiàng)目（湘教通[2014]248號(hào)314）。