獨立學院數字信號處理課程的改革與實踐

1、    獨立學院“數字信號處理”課程的改革與實踐    歐藝文 欒華東摘要“數字信號處理”課程是獨立學院電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎課之一，理論性和應用性都很強，學生普遍覺得該課程深奧、難學、不會用。本文分析了該課程在獨立學院的教學現狀及存在的問題，并結合“數字信號處理”課程的特點，對課程的教學從課程體系、教學手段與方法、人培修訂、教材建設、實踐環(huán)節(jié)、精品課程建設以及考核方法等七個方面進行了改革和實踐，取得了較好的效果。關鍵詞獨立學院 數字信號處理 教材建設 人培方案 實踐教學g642.0 a一、引言隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數字信號處理技術的應用范圍

2、越來越廣泛，包括圖像處理、數據通信、語音通信、生物醫(yī)學及家用電器等等。獨立學院普遍開設了“數字信號處理”課程。由于該課程抽象、難懂，獨立學院學生的學習效果普遍不夠理想。本文首先客觀分析了該課程的教學現狀和存在的問題，接著以武昌工學院為試點，從課程體系、教學手段與方法、人培修訂及教材建設等方面進行了全方位的改革與實踐，取得了一定的成效。二、課程教學現狀及存在的問題（一）課程教學現狀武昌工學院（原武漢工業(yè)學院工商學院）是2002年經國家教育部批準建立、2012年轉設成功的的全日制普通本科獨立學院。從2004年我校開始招生起，就開設了數字信號處理課程。經過多次人才培養(yǎng)方案的制定與修改，數字信號處理課

3、程的教學計劃基本確定，總學時64，其中理論學時56，實驗學時為8。（二）教學過程中存在的問題由于獨立學院隸屬于三本院校，學生的錄取分數普遍較低，大多數學生的學習基礎較薄弱，學習能力較差，學習方法欠缺，課堂的學習效果不佳。具體來說，主要體現在以下兩個方面：（1）學生的高等數學基礎較差，對課程中大量的數學公式、推導和計算心生畏懼。學生一般沒有也課前預習、課后復習和練習的習慣，僅僅把希望全部寄托在課堂上。這樣導致學生很難聽懂老師所講的內容。有些學生前面的知識沒有學好，后面的知識就更加聽不懂了，以至于逐漸變得厭學甚至棄學；（2）實踐教學主要以課內實驗為主，采用matlab軟件編程的方式，開設有4個實驗

4、。上實驗課時，教師一般先介紹實驗目的、原理及步驟，再讓學生上機操作。由于學生的編程能力有限，老師一般都提供有參考程序。大部分學生一上機就照著程序輸寫，不愿花時間理解實驗原理，看懂實驗程序，因此學生光把這些程序輸完都需要很長的時間。輸寫程序的速度很慢，甚至于有的學生光把這些程序輸完就快下課了。程序運行成功之后，學生一般也不愿多花時間分析實驗現象和實驗結果。因此，在有限的上機時間內，學生基本上只能完成實驗內容的驗證，很難根據自己對原理的理解來修改程序或實現方法，從而達不到提高學生實踐能力與創(chuàng)新能力的目的。三、課程教學改革措施（一）優(yōu)化課程體系經過幾年的教學實踐以及對畢業(yè)生跟蹤調查結果的分析，我們認

5、為數字信號處理課程的課程體系應以獨立學院人才培養(yǎng)目標為依據，以講授基本概念、強調工程實踐為主，體現實用性和綜合性的原則。在這一原則指導下，優(yōu)化后的課程體系具體如下：從課程的教學重點來講，授課應強調基本概念的物理含義與基本方法的應用，淡化公式的推導與證明，著重介紹思路與方法，具體推導過程讓學生課后完成。比如介紹四種線性相位fir數字濾波器的幅頻特性時，省去每個幅頻特性表達式的具體推導，只介紹表達式的推導思路，即先將頻率響應h（ej）表達式的求和區(qū)間進行前后分半，代入表示h（n）奇偶對稱性的表達式，合并為一個求和區(qū)間，再經過簡單換元、變形得到幅度函數的最終表達式。接著形象地展示幅頻特性曲線圖。由圖

6、總結出每種濾波器的幅頻特性相對于w=0、2的奇偶對稱性，從而歸納出每種情況的適用范圍。最后舉例說明在具體設計fir濾波器時，要根據實際需求選擇合適的類型進行設計。（二）改革教學手段和教學方法改革教學方法對于提高教學效果至關重要。經過幾年的教學實踐，筆者根據獨立學院學生的特點，深入研究教學理論和教學內容，逐步形成了一套較為完善的教學手段和方法。這部分內容已在文獻4中有過具體的闡述。值得強調的是，筆者在每一輪的講課中，都會有新的領悟和感觸。數字信號處理課程始終與數學聯系緊密，講究知識的前后銜接，承上啟下，學生前面的基礎知識一定要弄懂、學好，這樣才能充分理解后面所學的內容。由于本課程的理論知識太抽象

7、，在傳授新課的時候，除了要適當引入matlab教學，還一定要多講典型例題、習題，將抽象的概念和方法具體化、應用化，講完之后再“趁熱打鐵”，在課堂上留出時間讓學生自己做練習，這樣不僅可以讓老師及時掌握學生學習的情況，還可以促使學生自己動腦、動手，而不是光聽老師講就可以了。只有學生自己真正思考了、練了，才能真正理解、融會貫通所學知識，也能提高他們分析問題、解決問題的能力。授課教師特別是年輕教師，一般受大學傳統(tǒng)教育的影響，習慣于在課堂上不停地講、不停地寫，好像什么都是重點，什么都得講。滿堂講、滿堂灌的后果是老師累、學生也累，效果卻并不好。這是因為學生沒有時間思考，沒有時間消化，只是被動地接受。其實老

8、師講得再多，學生能接受的還是那么一點。所以授課教師要盡量少講，不重要的地方略講、甚至可以不講，重要的地方多講、講透，并且在黑板上板書出來，方便學生做筆記、把握重點。同時多騰點時間讓學生自己看書、做練習，使他們及時消化、理解所學知識。注意把關鍵的問題爭取解決在課堂上！作為任課教師，平時要與學生多談心、多交流，一方面可以增加老師的親和力，讓學生喜歡老師，更愿意接受老師所教授的知識。另一方面，也可以讓老師多了解學生的學習情況、內心的想法，特別是他們對老師教學的看法，從而幫助教師發(fā)現自身的問題，及時調整教學思路和教學策略，根據學生的實際情況開展教學，做到因材施教，從而提高教學效率和教學效果。通過教學方

9、法和手段的不斷改進，筆者明顯發(fā)現上課做筆記的學生更多了，學生與老師的互動也更多了，包括積極回答老師的提問、認真完成老師布置的作業(yè)、練習等。另外從本課程的最近一次自考成績來看，這些改進也大大提高了學生的解題能力與應試水平。（三）注重教材建設教材的選取直接關系到教學質量。筆者經過幾次試用、反復比較，最終選擇了王華奎主編的普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材-數字信號處理及應用一書作為教材。該書難度適中，條理清晰，深入淺出，易于理解。同時加入了大量的matlab實例，既能加深學生對數字信號處理的基本概念、基本方法和基本技術的理解與掌握，又能使他們通過圖形化的演示、生動的數據，深入體會數字信號處理的技

10、術與優(yōu)勢。在實驗教材建設方面，筆者編寫了校內使用的數字信號處理實驗指導書，為學生提供了實驗預習、操作與復習的藍本，大大提高了實驗教學的質量。（四）修訂人培方案，降低學生學習難度由于獨立院校的學生學習主動性不夠強，學習能力有待提高，師資力量、儀器設備也有限，授課教師在信息處理這個學科領域不宜講得太深，畢竟信息類課程“七分數學，三分物理”，“難學、難懂”這是普遍存在的事實。我們培養(yǎng)的學生很難與一本學校的學生競爭，用人單位一般也不會啟用我們的學生去從事研發(fā)、設計等工作。為此，我們需要做的是，讓學生盡可能地掌握本課程的基本理論、基本概念和基本方法，打下較扎實的理論基礎，之后再引導學生利用計算機輔助技術

11、，快速地實現信號與信息的處理。關于硬件的實現，學生如果以后在工作崗位上接觸到了的話，可以再自學?；谝陨峡紤]，同時結合畢業(yè)生的反饋意見，我們在制定電子信息類專業(yè)新的人才培養(yǎng)方案時，大膽地把后續(xù)課程dsp技術刪除了，同時將數字圖像處理等信號處理類專業(yè)課改為了選修課，僅供有興趣的學生選讀。此項改革對于電子信息類人才的培養(yǎng)是有利還是有害的，需要時間的驗證，我們會繼續(xù)跟蹤調研，實時調整教學內容。我們始終相信，理論知識的掌握是最根本、最重要的，不管是軟件編程，還是硬件實現，都需要有一定的理論基礎作為后盾。（五）改革實踐教學環(huán)節(jié)，提高學生的工程實踐能力由于數字信號處理是理論性和實踐性都很強的學科，工程應用

12、十分廣泛，因此必須改革實踐教學環(huán)節(jié)。目前，本課程的實踐教學體系包括課內實驗、研究小報告、專業(yè)綜合課程設計和畢業(yè)設計四個環(huán)節(jié)。其中“研究小報告”是在吸收其他兄弟院校先進教學理念的基礎上，近兩三年才安插到課堂教學中的一個實踐性環(huán)節(jié)，以學生為主體，讓學生自己通過研究性學習，主動地獲取知識、應用知識、解決實際問題。這在文獻4中已介紹過。實踐證明，此項教學活動能極大地激發(fā)學生學習和探索的欲望，并在一定程度上提高他們的團結協(xié)作與口頭表達的能力。在“課內實驗”環(huán)節(jié)中，優(yōu)化了matlab實驗內容。在開設了“離散時間信號與系統(tǒng)的時域分析”和“離散時間信號與系統(tǒng)的頻域分析”兩個驗證性實驗的基礎上，又設置了“iir

13、數字濾波器的設計與應用”和“fir數字濾波器的設計與應用”兩個設計性、綜合性實驗。同時鼓勵學生實驗前預習，實驗時利用理論課堂上所學的編程方法，自己編寫程序，以此作為給定實驗成績的重要依據。在畢業(yè)前的“專業(yè)綜合課程設計”和“畢業(yè)設計”兩個環(huán)節(jié)中，指導學生將數字信號處理應用于數字圖像處理、語音信號處理、生物醫(yī)學及通信系統(tǒng)等領域，切身感受數字信號處理技術的優(yōu)勢與應用。設置設計內容時，也鼓勵學生按照自己的興趣，自擬設計題目、自行確定設計方案和步驟。通過這種延伸，實現了學生由理論學習向實驗技能、科學研究的轉變。（六）積極建設精品課程精品課程是教學質量與教學改革工程的重要組成部分。通過申報、積極建設“數字

14、信號處理”精品課程，為學生提供本課程的教學大綱、電子課件、作業(yè)習題以及其他豐富的教學資源，促進優(yōu)質教育資源的共享和師生的交流互動，使學生得到更好的教育，從而達到進一步提高教學質量的目的。（七）改革考核方法對學生的成績評定是一個檢驗教學效果的重要手段。在考核方式上，可以采用閉卷考試、分組作研究報告、動手操作等多樣化的形式。注重學生平時的知識積累，將他們課堂上回答問題的情況作為學生平時成績評定的重要一環(huán)。在考核內容上，將注重公式的套用和計算轉移到了注重分析和綜合應用上，在強調考核基本內容、基本概念（占60%）的同時，加大綜合與設計型試題的比重（占40%）。在期末考試中，新增了matlab編程能力的

15、考查，允許學生用matlab編程的方法解題，這樣既可以使學生重視軟件實現能力的培養(yǎng)，提高計算機應用水平，又可以促進素質教育的實施和學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。四、結語在廣泛調研與借鑒兄弟院校在數字信號處理課程的教學改革措施與成效的基礎上，以武昌工學院為例，對獨立學院的數字信號處理課程的教學現狀進行了分析，并進行了大膽的改革與實踐。通過優(yōu)化課程體系，采用豐富多樣的教學手段與方法，修訂人才培養(yǎng)方案，加大實踐教學環(huán)節(jié)、建設精品課程以及改革考核方式等七大舉措，促進了學生思維能力和工程實踐能力的培養(yǎng)，提高了教學質量和教學效果。在今后的教學過程中，筆者將不斷深化和完善數字信號處理課程的建設和改革，探索出更適合獨立學院特點的教學路子，以促進電子信息類專業(yè)的發(fā)展。參考文獻1羅軼.信號與系統(tǒng)與數字信號處理課程整合的研究與實踐.吉首大學學報（自然科學版），2011.1，32（1）：118。2余穎，肖靜等.數字信號處理課程教學改革的探索和實踐.東華理工大學學報（社會科學版），2011.9，30（3）：