數字信號處理研究性教學(xué)的獨特性論文
摘要：隨著(zhù)信號處理應用的日益廣泛，工科專(zhuān)業(yè)中數字信號處理課程的重要性也日漸凸顯．因而，傳統的教學(xué)方法無(wú)法滿(mǎn)足該課程教學(xué)內容繁雜及實(shí)踐性強的要求．根據數字信號處理課程的特點(diǎn)，將研究性教學(xué)引入到課程的理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，同時(shí)結合綜合設計性實(shí)驗和大學(xué)生全程實(shí)踐，全面提升學(xué)生的理論水平及實(shí)踐創(chuàng )新能力．
關(guān)鍵詞：數字信號處理；研究性教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)
隨著(zhù)語(yǔ)音信號及圖像信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，數字信號處理技術(shù)得到了廣泛的應用．同時(shí)，數字信號處理課程作為工科專(zhuān)業(yè)一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎課程，上承高等數學(xué)、信號與系統等基礎課程，下接語(yǔ)音信號處理、圖像信號處理等專(zhuān)業(yè)課程，在學(xué)生構建專(zhuān)業(yè)知識體系的過(guò)程中起到非常重要的作用[1]．但是，由于該課程理論性與實(shí)踐性并重、數學(xué)公式繁多，學(xué)生學(xué)習起來(lái)難度較大，尤其是在一些應用型本科院校中，學(xué)生基礎較差，學(xué)習能力不強，更容易出現學(xué)生怕學(xué)、學(xué)不好，教師怕教、教不好的怪象．在數字信號處理的教學(xué)過(guò)程中，如何做到既讓學(xué)生掌握基本概念和原理，又能幫助學(xué)生將所學(xué)知識應用于解決實(shí)際問(wèn)題，從而使學(xué)生體會(huì )到學(xué)習的樂(lè )趣而激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣．這一問(wèn)題的解決必須從實(shí)踐環(huán)節入手，將理論與實(shí)驗合理結合，幫助學(xué)生構建完備的知識體系，使學(xué)生學(xué)以致用，用以助學(xué)．
1研究性教學(xué)理論介紹
近年來(lái)，研究性教學(xué)成為了國內外高校大力倡導的一種教學(xué)模式，在高校本科教學(xué)中得到了廣泛的應用[2]．該方法通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中引導學(xué)生研究特定選題，實(shí)現對所學(xué)知識的掌握和提高，并在這一過(guò)程中培養學(xué)生的創(chuàng )新能力及研究品格[3]．因而，研究性教學(xué)不是簡(jiǎn)單的“填鴨式”教學(xué)，而是學(xué)生必須在教師引導下對知識進(jìn)行反思、批判和探究的過(guò)程．在研究性教學(xué)過(guò)程中，教師的作用不再局限于傳授學(xué)生知識，而要以學(xué)生為中心設計教學(xué)過(guò)程，為學(xué)生提供所需的教學(xué)資源[4]．在教師講授過(guò)程中，側重于學(xué)習方法的介紹及學(xué)生創(chuàng )新思維的培養，同時(shí)教師作為主導者控制學(xué)生的整個(gè)學(xué)習過(guò)程，對學(xué)生的學(xué)習效果進(jìn)行恰當的評價(jià)．
2數字信號處理研究性教學(xué)的.獨特性
本文所提出的數字信號處理的研究性教學(xué)方法不同于常規課程的研究性教學(xué)方法，它特別側重實(shí)踐動(dòng)手能力的提高和創(chuàng )新思維的培養．在該課程中實(shí)施的研究性教學(xué)要將理論課教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結合起來(lái)，利用綜合設計性實(shí)驗及大學(xué)生全程實(shí)踐活動(dòng)來(lái)提升理論教學(xué)水平，培養學(xué)生實(shí)踐應用能力．
2.1數字信號處理內容體系的獨特性
數字信號處理作為電類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)課程，它的重要地位毋庸置疑．但是由于其理論性與實(shí)踐性要求都很高[5]，而且與信號處理類(lèi)課程群內其他課程聯(lián)系緊密等特點(diǎn)，其內容體系具有一定的獨特性．
2.1.1學(xué)生能力培養的二重性
數字信號處理對于學(xué)生能力培養具有二重性，其一是培養學(xué)生數學(xué)思維能力，利用工程數學(xué)相關(guān)理論分析信號的生成及變換過(guò)程，這有利于培養學(xué)生嚴謹的邏輯思維能力；其二是鼓勵學(xué)生學(xué)以致用，將理論課所學(xué)知識應用到解決信號處理實(shí)際問(wèn)題中，如FIR濾波、語(yǔ)音信號采集等．
2.1.2理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的并重性
數字信號處理課程理論課概念繁多、公式推導復雜[6]，學(xué)時(shí)緊張（僅為51學(xué)時(shí)）而內容多的矛盾比較突出．實(shí)踐教學(xué)作為理論課的合理補充及有效升華，其地位顯而易見(jiàn)，但其學(xué)時(shí)數僅為15學(xué)時(shí)，還承擔DSP器件的基本技能訓練．所以，二者在教學(xué)中的并重地位和學(xué)時(shí)緊張的問(wèn)題都同時(shí)存在．
2.2研究性教學(xué)與數字信號處理結合的獨特性
在數字信號處理的研究性教學(xué)過(guò)程中，必須將理論課與實(shí)踐課緊密結合，課內學(xué)時(shí)與課外活動(dòng)結合起來(lái)，這是其他課程的研究性教學(xué)中很少采用的方法．這種教學(xué)方法的獨特性在于對教師的理論與實(shí)踐教學(xué)水平的要求都比較高，要求在教學(xué)過(guò)程中博采工程數學(xué)、信號與系統、DSP和EDA等多門(mén)課程知識，幫助學(xué)生在學(xué)習本門(mén)課程的同時(shí)開(kāi)拓視野．
3理論與實(shí)踐并重，課內與課外結合的研究性教學(xué)實(shí)施
以FIR濾波器的設計為例，展開(kāi)研究性教學(xué)過(guò)程．
3.1理論課教學(xué)過(guò)程
在理論課上，教師首先為學(xué)生傳授數字濾波器，特別是FIR濾波器的理論和設計方法．其次，向學(xué)生提出一些具有實(shí)際意義的濾波器設計要求．讓學(xué)生分別從理論與實(shí)踐的角度設計數字通信系統中常見(jiàn)的截止頻率為8000Hz的低通濾波器．學(xué)生按照學(xué)習小組的模式，多人合作設計該濾波器．設計過(guò)程要求學(xué)生采用數學(xué)推導、查表法及MATLAB軟件實(shí)現FIR濾波器的仿真設計[7]，最后要求學(xué)生形成設計報告．最后教師利用課堂時(shí)間，對比分析學(xué)生的不同設計方案，指出學(xué)生在設計過(guò)程中的可取之處及待改進(jìn)的地方．同時(shí)，為學(xué)生進(jìn)一步利用DSP實(shí)驗系統設計該濾波器做知識上及思路上的鋪墊．
3.2課內實(shí)驗教學(xué)過(guò)程
由于課內實(shí)驗僅有15學(xué)時(shí)，其中前6學(xué)時(shí)用于CCS3.3軟件及TI公司5416芯片系統的學(xué)習．因而，留給理論知識點(diǎn)的實(shí)踐反饋學(xué)時(shí)很少，但諸如快速傅里葉變換、圓周卷積、FIR濾波器及模擬信號數字化等知識點(diǎn)都需要在實(shí)踐環(huán)節加以鞏固．所以，常規的基礎驗證類(lèi)實(shí)驗項目無(wú)法達到全面培養學(xué)生實(shí)踐能力的目的．采用綜合設計類(lèi)實(shí)驗代替原有實(shí)驗項目，力爭一個(gè)實(shí)驗項目能從多方面培養學(xué)生動(dòng)手能力，提升理論知識掌握程度．如FIR濾波器的設計要求學(xué)生完成語(yǔ)音信號的采集、模/數轉換、低通濾波和數/模轉換等工作，而不局限于濾波的實(shí)現[8]．同時(shí)，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，增加實(shí)驗項目的生動(dòng)性，實(shí)驗項目選擇一些流行樂(lè )曲作為語(yǔ)音材料，要求學(xué)生經(jīng)過(guò)實(shí)驗設計完成樂(lè )曲的重低音化，濾掉高頻分量．
3.3全程實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)過(guò)程
為了彌補課內實(shí)踐學(xué)時(shí)的不足，充分利用學(xué)校開(kāi)展大學(xué)生全程實(shí)踐活動(dòng)的有利契機，在學(xué)生的全程實(shí)踐環(huán)節開(kāi)設“基于EDA技術(shù)的FIR濾波器的設計”這一實(shí)踐題目．學(xué)有余力的學(xué)生可以利用前續課程EDA相關(guān)知識在實(shí)驗室SOPC1C12的平臺上實(shí)現FIR濾波器的設計．同時(shí)，鼓勵學(xué)生將所設計濾波器應用于程控交換系統中說(shuō)話(huà)人語(yǔ)音的提純過(guò)程．
4結語(yǔ)
數字信號處理是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)非常重要的專(zhuān)業(yè)課程，本文依據數字信號處理理論與實(shí)踐并重的特點(diǎn)，將研究性教學(xué)方法引入到教學(xué)中，并且提出了一些獨特的教學(xué)方法．這類(lèi)理論與實(shí)踐并重、課內與課外結合的方法，符合工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐性和創(chuàng )新能力培養要求高的特點(diǎn)．在2012—2015年的3個(gè)學(xué)年，針對電子信息科學(xué)與技術(shù)和通信工程2個(gè)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設的數字信號處理課程進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，通過(guò)學(xué)期末教學(xué)反饋及畢業(yè)設計檢驗得到了比較滿(mǎn)意的教學(xué)效果．實(shí)踐證明，研究性教學(xué)方法能充分調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性，引導學(xué)生帶著(zhù)問(wèn)題學(xué)習，提高學(xué)生學(xué)習效果的同時(shí)培養學(xué)生創(chuàng )新能力及團隊協(xié)作精神．同時(shí)，通過(guò)研究性實(shí)驗報告及小論文的撰寫(xiě)，為學(xué)生后續畢業(yè)論文的撰寫(xiě)及研究生學(xué)習奠定良好的基礎．
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