摘要：从课堂教学和教学方法两个方面阐述了“数字信号处理”课程教学的改革与实践。主要从精简本门课程和信号与系统课程重合的部分、注重经典信号处理与现代信号处理的衔接、通过软件仿真与硬件搭建相结合的方式来实现算法、增加数字信号处理课程设计实践环节这四个方面论述了本门课程的课堂教学改革情况，最后从采用多种教学手段方面论述教学方法的改革情况。
关键词：数字信号处理；软件仿真；实践环节；教学方法
作者简介：张丽丽（1979-），女，黑龙江讷河人，沈阳航空航天大学电子信息工程学院，讲师；贾亮（1971-），男，辽宁营口人，沈阳航空航天大学电子信息工程学院，副教授。（辽宁 沈阳 110136）
基金项目：本文系沈阳航空航天大学数字信号处理课程的优化与改革（项目编号：JG110202C）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）34-0070-01
数字信号处理的地位和作用在信息化的进程中变得越来越重要。在数字信号处理领域中，近年来随着计算机技术与数字技术的迅速发展，数字信号处理的基础理论和基本方法的应用已经由传统的通信、测量和控制工程等领域迅速扩大到如电力系统、电机与电器、电力电子、生物医学，甚至经济学与社会科学等许许多多需要对信号进行传输、处理和分析的领域。[1]由于数字信号处理这一学科的内容极为丰富，与这些内容有关的技术又在很多科学和技术领域起着愈来愈重要的作用。在这样的背景下，国内外各个大学的电子信息类专业将数字信号处理课程列为本专业的必修课程，并逐渐加强课程的建设与改革。
数字信号处理课程在教学的过程中往往突出数学分析，注重数学推导，工程概念相对薄弱，理论联系实际不够，较少涉及实现方法及相关的软硬件技术，特别是对学生动手能力、技术技能和创新精神的培养等方面与科技界、产业界的要求相去较远。这样，学生在听课的过程中会感到教学内容枯燥，没有什么实际用处。所以“数字信号处理”课程教学的改革与实践势在必行。
一、数字信号处理教学内容的改革
1.精简本门课程和信号与系统课程重合的部分
“数字信号处理”课程的第一章内容为离散时间信号与系统。对于这一部分内容来说，很大一部分内容对于学生来说并不是新的知识，学生在前期的信号与系统课程中已经学过。但是由于这些内容对数字信号处理课程后面部分知识的学习是一个前期基础，所以在数字信号处理课程中会重新学习，而且这部分的学习会占用4个学时左右的时间。在教学课时有限的情况下，教学的过程中应该注重讲课内容的精选，尽量让学生在有限的课堂时间里能够吸收更多的新知识。经过教学实践，我们对这部分内容的学习采用首先学生自学，然后在随后的课堂教学中如遇到相关知识作为基础，采用教师概括介绍并启发学生自主复习思考的方式进行。这样既使学生掌握了相关知识，调动了学生的学习积极性，培养了学生的独立思考能力，也减少了相应的授课学时，将有限的学时更好地用在后续课程的教学中。精简本门课程和信号与系统课程重合的部分将为整个数字信号处理课程的改革提供基础。
2.注重经典信号处理与现代信号处理的衔接
在本科教学阶段，数字信号处理讲述的内容属于经典信号处理理论，主要讲述的内容为离散傅里叶变换理论的基本概念、性质以及实现和滤波器的设计这两部分知识。但随着科学技术的进一步发展和数字信号处理理论研究的逐步深入，对于本科生尤其是有继续深造需求的本科生来说，了解现代信号处理理论的某些知识是非常必要的。
对于这部分知识的引入，主要从两方面考虑：第一，这一部分内容学时如何分配；第二，给本科生讲述关于现代信号处理的哪一部分内容。
对于第一个方面，前期课程改革试验阶段为这部分内容分配的学时数为4个学时，使学生对于现代信号处理理论有粗浅认识。讲述这一部分内容的目的在于引导学生，让学生对信号处理理论感兴趣。讲述这几个学时的过程中，轻理论推导，重实际应用，让学生实实在在地感觉到数字信号处理不再是满黑板公式推导的、和数学相关的一门理论课程，而是一门有着广泛应用前景的专业基础课程，使学生的学习更加完整，提高学生学习这门课程的兴趣。
对于第二方面，经过几位教师的研讨，决定讲述时频分析的有关内容并根据电子信息工程学院本科培养计划对于学生后续课程的安排，在课堂上将重点讲述短时傅里叶变换以及小波变换等内容。让学生对时间域、频率域、时频域有清晰的认识，理解关于数字信号处理中所讲述过的一些变换的本质。
3.通过软件仿真与硬件搭建相结合的方式来实现算法
在数字信号处理实验教学过程中，目的是为了让学生学习和掌握数字信号处理的实现方式。数字信号处理的实现方式有：采用计算机，通过编写程序、用软件的方式来完成数字信号处理算法的实现；采用专用或者通用设备、通过硬件的形式来完成数字信号处理过程。[2]
我院根据电子信息工程专业发展需要，在2005年就开设了MATLAB与科学计算这门课程。学生在上数字信号处理课程之前已经修完了这门课程，所以在数字信号处理实验的教学过程中使用MATLAB作为数字信号处理仿真实验的工具。MATLAB是科学计算软件，它强大的数值计算和数据可视化能力适用于工程应用各个领域的分析设计与复杂计算。学生采用MATLAB进行数字信号处理实验能够使学生非常直观地看到实验结果，理解算法的精髓。
对于数字信号处理的硬件实现，我院有和TI公司共建的实验室。我们计划开设DSP选修课程作为数字信号处理理论的后续拓展课程，争取做到厚基础、重应用。这样，学生的知识体系从理论到实践应用有了一个完整的前后呼应过程，学生的动手和动脑的能力会得到双重提高。
4.增加数字信号处理课程设计实践环节
作为省属本科院校，我校着重培养的是应用型人才。现代大学生动手能力弱、实践经历少是在教学过程中应该注意的问题。大学四年过程中学生学习的课程非常之多，如何把这些课程从基础课到专业基础课再到专业课进行渐进的整合是高等学校教师需要思考的问题。对于数字信号处理的教学来说也是一样的。在前期的课程讲述中注重的是单一课程的讲述，即使是硬件实现部分也是简单的一个算法的实现，课程的综合应用稍显不足。所以，第七学期末学生将进行4个星期的课程设计实践环节。这4个星期的实践环节采取因材施教的原则。对那些对数字信号处理感兴趣的同学，将给出和数字信号处理知识相关的课程设计任务，使学生分散掌握的各门课程有一个整合过程，让学生采用DSP硬件设备具体实现一个系统的功能。这部分课程设计将包括信号与系统、数字信号处理、C语言、数字电路、DSP等各门学科的内容。这次课程设计将为学生即将迎来的毕业设计打一个坚实的基础，并且培养学生从全局思考问题的能力。
二、数字信号处理教学方法的改革
针对数字信号处理课程概念抽象难懂、所涉及数学知识较多、公式推导非常繁琐等问题，学校改革并丰富了传统的教学手段，采用板书与多媒体教学相结合的方式充分发挥现代教学手段的优势，尽量将抽象的概念感性化，通过形象生动的图像、动画来展示理论知识的内涵。例如，讲述采样定理的时候，可以通过电脑录制语音，然后通过MATLAB对语音信号进行采样，使学生从感官上就会看到欠采样、过采样的结果。这样可以启发学生的思维，培养学生的学习兴趣，实施形象教学。并逐步搭建网络教学平台，通过网络实现学生的异步自主式学习。网络教学具有个性突出、内容广泛、交互性强等特点，可以扩大学生的学习课堂。开展通过数字信号处理课程的网络教学，建立该课程的网站，并且要求课程网站具有良好的导航结构，要按照学生的认知规律进行内容的组织和描述。实现教学资源共享，加强教与学的信息交流，重视对学生主动式学习的培养，调动学生学习的自觉性和主动性，通过问题和思考题等启发学生的探索精神，为学生提供课堂以外的丰富的学习空间和资源。由于数字信号处理课程中大量的理论和结论都是通过数学推导的方式得到，所以学生往往过于注重公式推导或证明而不能理解其实质和用途。针对这种情况，在教学中特别要强调结论的物理意义和应用，尤其是结合科研实践给出理论在图像处理、语音信号处理方面的具体应用，以此加深学生理解，提高学习兴趣。
三、结束语
“数字信号处理”课程现在已是国内外大学电子类学科和专业一门重要的专业基础课。对数字信号处理课程的改革是电子信息类专业课程教师一项刻不容缓的职责。我们结合实际教学情况对该门课程进行了多方面的改革尝试，实践证明改革取得了一定的效果，激发了学生对这一系列课程的兴趣，拓宽了学生的视野，也进一步促进了电子信息专业的发展。
参考文献：
[1]程佩青.数字信号处理教程[M].第三版.北京：清华大学出版社，2007.
[2]刘顺兰，吴杰.数字信号处理[M].第二版.西安：西安电子科技大学出版社，2009.
（责任编辑：王祝萍）