创建“数字信号处理”教学新模式期刊

摘要：“数字信号处理”课程已成为大电子信息及通信工程专业必修的重要专业课。随着学科发展，传统的“数字信号处理”教学模式在教学实践中已呈现不相适应的问题。针对传统的“数字信号处理”的教学模式存在的问题，提出了创建适应当前“数字信号处理”学科发展的教学新模式。对该课程教学新模式的具体内容进行了阐述，新模式的创建对于高等院校的教学改革具有重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：数字信号处理；教学新模式；作业方式
作者简介：林爱英（1969-），女，河南汤阴人，河南农业大学理学院，讲师；贾树恒（1977-），男，河南驻马店人，河南农业大学理学院，讲师。（河南?郑州?450002）
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源于：论文查抄袭率www.udooo.com

0079（2012）26-0049-02
“数字信号处理”是从20世纪60年代以来，随着信息学科和计算机的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。随着超大规模集成电路的出现和迅猛发展，数字信号处理在理论和应用方面不断地发展和完善，在越来越多的应用领域中迅速取代传统的模拟信号处理方法，并且还开辟出许多新的应用领域。这些新兴的领域包括生物医学工程、声学、雷达、地震、通信等，各个领域都需要大量高素质的数字信号处理研发人才。目前“数字信号处理”作为通信、电子、控制、生物医学等专业的专业基础课程，已经越来越受到学术界和大专院校的高度重视，并达到高度发展和逐步完善的水平。
“数字信号处理”是一门实用性强、理论内容丰富且涉及知识面广的课程，该课程的特点是理论性强、抽象概念多、起点高、难度大、数学推导严密。随着数字信号处理理论、方法和技术的飞速发展，现代信号处理进入了新的发展阶段。随着学科发展，传统“数字信号处理”课程的教学模式在教学实践中已显现出不相适应的问题。因此，近年来国内部分高校开始了对“数字信号处理”传统的课程内容和教学模式进行改革。

一、传统“数字信号处理”教学模式及其存在的问题

1.教学内容过度重视理论推导，不注重理论和实践相结合

“数字信号处理”是一门以算法为核心的理论性很强的学科，传统的教学主要是讨论算法和理论的推导，[3]而与实际的联系很少或基本没有。这样就使得数字信号处理的有关概念显得非常抽象，学生很难把教材中所讲的数学函数与实际的波形联系起来，给学习带来了很大的困难，这在很大程度上影响了本课程的教学效果。
2.教学手段过于单

一、过分依赖多媒体教学

多媒体教学具有信息量大、形象直观的特点，[4]的确在很大程度上优化了课堂结构，目前已成为教学手段改革的主流。但不能忽视的是由于过分依赖多媒体教学，使得老师的精力过多花在课件制作的形式上，却忽略了课件的内容，使得教学质量严重下降；其次，因为多媒体教学的信息量大，容易出现“满堂灌”的现象，老师成了讲课的机器，与学生的互动性大大降低；再有，强调多媒体教学的同时，忽略了传统板书的作用，使得学生对课程的重点把握不清楚。需要强调的是多媒体仅仅是传统教学基础上增加的一个特殊的教学工具，只有充分利用多媒体教学的优点，克服其缺点，才能达到提高教学效果的目的。
3.作业模式非常单

一、基本上都是采取课后习题的书面作业形式

作业作为教学的重要环节，它不仅仅是课堂教学的补充与延伸，同时也是教学信息反馈的重要途径。[5]作业可以有效地检验教与学的效果；通过作业，教师可以与学生共同探究、讨论、体验与交流等。传统作业基本上都采取课后习题的书面作业形式，这就使得传统作业模式单一、机械训练，给学生造成了抄袭作业、“复制”作业的不良习惯，导致了学生懒于思考、探究问题的行为，不利于不同层次学生发展的需求，阻碍了学生自主、合作、探究学习意识的发挥。

二、改进传统的“数字信号处理”教学模式，创建教学新模式

“数字信号处理”是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科，目前已成为发展最为迅速、应用最为广泛的学科之一。“数字信号处理”作为电子信息学科的一门专业基础课，是一门理论性和工程性都很强的学科，是联系数字电路、信号与系统、通信原理、图像（语音）信号处理、模式识别等课程的纽带，对于培养学生理论分析能力和实践能力有非常重要的作用。显然传统的“数字信号处理”教学模式已经越来越不适应学科飞速发展的需要，为此笔者在充分研究传统教学模式和教学实践的基础上，提出了创建“数字信号处理”教学新模式的理念。新的教学模式主要涵盖以下几个方面的内容：
1.改进传统的以单向性知识传授为主的教学方式，实施学习与研究融为一体的研究型教学方式
（1）“数字信号处理”是一门既注重基础理论、又紧密联系工程应用的学科，这就要求老师在讲授理论课的同时，要注重培养学生对理论知识的应用能力。传统的教学方式以单向的知识传授为主，不注重对学生的应用能力的培养，而研究型教学将学习与研究融为一体，[6]教学的重点在于培养学生学习运用知识、提出和解决问题的能力。如何在学习过程中给予学生适当的指导，对教师来说是新的挑战。Matlab教学平台的引入使得抽象的数字信号处理基本理论能够直观、形象地进行演绎，有助于学生对知识的理解和掌握，同时也大大激发了学生的学习兴趣和爱好。[7]
（2）针对传统的《数字信号处理》教材过分重视理论推导的现象，选择那些避免大量理论公式推导、更加注重应用的教材。教师在讲课过程中教学重点也要放在基础理论的理解和应用上，避免烦琐的数学公式推导过程，让学生从心理上避免厌学、怕学、难学的情绪。此外，教师还要随着“数字信号处理”学科的发展，把当前的一些数字信号处理的新进展引入到课程的教学中，为学生将来的研究工作指明方向。随着内容的增加，在同样多的授课时间内，要学习原本就难以理解和掌握的知识以及新的内容，效果很难保证。这就使得教师在教学过程中必须对教学内容进行精心组织和安排，并对教学内容进行合理筛选和提炼，对重点概念和难点详细讲；强调概念的物理意义和应用，跳出数学推导，注重结论的物理实质和对它的灵活应用；结合科研实践介绍具体应用。（3）“数字信号处理”是以众多学科为理论基础的，同时又是一系列新兴学科的理论基础，数字信号处理在图像处理、数字通信、模式识别、人工智能等领域都有着广泛的应用。为把数字信号处理中的理论加以致用，让一部分有潜质的学生参与到相关团队的科研项目中，他们分别在大学生创新实验、挑战杯赛和本科生毕业设计中取得了不菲的成绩，从而更加密切了理论和实践的联系。

2.改进多媒体教学的方式，提高多媒体教学的效果

多媒体教学是一把双刃剑，它在提高教学效率的同时，教学质量却日益下降。[4]为了达到教学质量和教学效率的最佳统

一、针对多媒体教学中遇到的问题，采取了以下几种解决方法：

（1）制作适合教学且便于学生理解的课件。首先，文字表

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述要重点突出，重点、难点可以使用多种方法特别标识。对于课程要介绍的各章节内容及具体问题和概念等都可以在课件中做出明确、有条理的文字说明，使学生对于教师要教授和讲解的内容一目了然；其次，图形、色彩使用恰当，切忌文字、版式以及动画等的配合花哨不实用，这样才能使学生明确学习的重点，避免学生把上课的注意力都集中那些华而不实的形式上。
（2）进行合理教学设计，准确把握授课进度。多媒体课件教学具有信息量大、速度快、易操作的特点，由于讲课的信息量大，教师在授课时会不自觉地加快讲课语速，使得学生对于一些重点和难点内容跟不上老师讲课的速度。这就要求教师授课前进行合理的教学设计，上课时才能准确把握授课进度，提高教学效果。
（3）把多媒体技术和传统板书相结合。多媒体课件的广泛运用使得部分老师忽视了板书的作用。好的板书是教学内容的浓缩，板书的内容往往是对教学内容的加工和提炼，有助于学生记忆，便于学生理解相关内容，也便于学生记录和课后复习。对于课程中的重点内容和一些重要理论的推导过程，可以使用板书的形式来讲解，强化学生对这些知识点的理解和掌握。

3.摒弃传统的作业方式，探索有效的作业方式

传统的作业形式有其存在的价值，但其存在各种问题是显然的。如何通过作业这一环节来开启学生思维，激发创造潜能，实现知识的内化和创造性运用，应该说还存在着相当大的空白。有些教学工作者也曾经在教学实践中做了一些有益的尝试，但往往是即发的、非持续性的教学行为，作为一项持久的、稳定的、系统的方案来实施的还是少数。本课题的提出，旨在改变传统作业机械性操练的模式，在作业的内容、形式、评估等方面有新的突破。能更多地融入学生的自主性和鲜明的个性，给学生选择、计划、想象、探究、体验的空间，注重学生主体作用的发挥，尊重学生的个别差异，切实培养学生的创新精神和创新能力。在作业设计方面进行了以下几个方面的尝试：
（1）设计梯级作业，提供选择的机会。教师要客观看待学生存在的学习能力方面的差异，留作业做到因材施教，教师要设计难易有别的多梯级作业。学生可以自主选择作业的数量和难度。教师要摒弃统一格式、统一标准的做法，从学生的实际出发，确定多层次、多难度的作业目标，鼓励学生用自己的方式完成作业，肯定他们的独立性。
（2）设计拓展型作业，开发学生的潜能。一个章节的教学结束，并不是探寻知识的终点，教师要通过巧妙地点拨引导他们由此及彼地拓展延伸，涉猎更广阔的领域。
（3）设计开放性作业，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识。每个章节结束后，结合当今数字信号处理中的前沿课题，让学生自主地去选择一些他们感兴趣的课题组成兴趣小组，使学生能够积极主动地参与到相关的课题实践中。

4.全面改革实验教学，培养学生创新能力

“数字信号处理”的理论性较强，必须辅之于实践环节来加深学生对书本知识的学习。开设实验课，可以把课程的基本理论和基本应用再次提炼，帮助学生在实验的过程中进一步掌握相关原理及其基本实现方法，提高学生分析问题和解决问题的能力。[8]近年来，学院不断优化实验教学体系，形成了专业基础性实验—综合性实验—研究性实验—开放性实验这一系统化的实验教学特色。
（1）本着“加强基础、突出综合、注重创新”的实验教学组织的基本原则，增设学生自由思考、自主设计的实验内容，使本科生实验教学从以验证性实验为主过渡到以设计性、应用性和综合性为主的实验，着重培养学生的分析和解决问题的能力。
（2）开展研究性实验教学，提高学生的创新能力。将实验教学与教师的科研项目相结合，让有兴趣的学生通过课题相关的一些实验，尽早地融入到信号处理的项目研发中，为培养适应现代信号处理的研究性人才奠定坚实的基础。
（3）开展开放性实验教学，支持大学生课外参加科研训练。开放性实验教学是由老师结合数字信号处理的热点问题和科研项目给学生提供相关的课题，让学生自己安排、设计和完成实验。开放的实验室为学生开展大学生科研训练提供场地和指导，同时也使教师将部分科研课题带入了实验室，为培养具有创新精神、实践能力的创新型人才提供了先进的系统化训练平台。

三、结束语

“数字信号处理”作为国内外许多大学电子信息类专业的专业必修课，近年来发展得非常迅速，应用也越来越广泛。多年来在“数字信号处理”这门课程的教学过程中，探索出了这一能适应数字信号处理学科发展的教学新模式。实践表明，新的教学模式能够适应学科的发展，大大提高了教学质量，激发了学生学习兴趣，培养了学生创新和实践能力；新的教学模式对当前高等院校的教学改革也具有重要的参考价值和借鉴意义。[9]
参考文献：
丁玉美,高西全.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,
2002.
陈华,覃玉荣,陈海强.“数字信号处理”课程及教学改革的发展与现状[J].广西大学学报(自然科学版),2007,(S1):194-196.
[3]任淑萍,王欣峰.《数字信号处理》的优化教学研究[J].电力学报,
2008,23(3):255-257.
[4]邓重

一、计算机多媒体教学方式的利与弊[J].电气电子教学学报,

2006,28(1):98-103.
[5]孙敏.高等数学教学中学生作业方式改革的探讨[J].大学数学,2005,
21(1):24-25.
[6]胡居荣,曹宁.基于Matlab的数字信号处理研究型教学的探索[J].中国电力教育,2008,(18):67-69.
[7]郭建涛.“数字信号处理”课程的Matlab教学研究[J].电气电子教学学报,2010,32(3):117-119.
[8]王昭荣,曾卫东,鲁兴萌.改革实验教学及管理模式,培养创新型本科人才[J].高等理科教育,2007,(1):63-65.
[9]王颖,胡学友,胡云龙.“数字信号处理”教学改革初探[J].合肥学院学报(自然科学版),2007,17(1):82-83.
（责任编辑：宋秀丽）