数字信号处理专业课程实践教学探索

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摘要：针对数字信号处理课程理论性强，可适用专业多，不同专业实践内容设置应差别化，青年教员实践教学水平有待提升等问题，提出了该专业基础课程的实践教学探索方法．通过强调针对不同专业的背景课题库设置，学员和教员不同要求的实践任务设置，以研促教和数学概念物理化，提升教员的实践教学能力，增强数学信号处理这门专业基础课的整体教学效果．

关键词：数字信号处理；教学改革；实践教学

1针对不同专业，建立背景课题库

在讲授第一堂课时，任课教师一般都会强调现在是数字时代，并对数字信号处理的前沿领域，包括图像处理、语音音频、无线电通信、生物医学、移动电话、数字电视等进行介绍．以提高学生对该课程的兴趣，同时帮助他们更好地认识该课程的学习内容．但是，在数字信号处理课程教学中发现，尽管教员在教学中举例强调了这门课的相关重要应用，但由于这门专业基础课开设在专业课程之前，学员在学习这门课的具体专业基础知识时，还是不知道哪里能用，应该如何用，不能够理论联系实际．从而造成学习动力不足，等到学习专业课需要用时才发现“书到用时方恨少”的问题．面向不同专业，数字信号处理有不同的教学应用特点．为突出数字信号处理专业基础知识教学的针对性和实用性，依据不同专业特点，有必要寻找建立专业背景强、与数字信号处理相关专业基础知识联系紧密的背景课题库，为实践教学打牢例证基础．如在涉及FIR滤波器频率采样型结构时，梳状滤波器构成了它的第1项级联部分，可以将雷达原理中的动目标指示内容作为这部分内容的背景课题；在涉及抽样定理时，可将通信原理中的脉冲编码调制内容作为这部分内容的背景课题．

2针对不同专业，设置学员、教员实践任务

2.1设置学员实践任务

选定专业课背景课题的一个重要目的，是使学员明晰数字信号处理课程在处理许多实际专业问题中的重要性和有效性，提升学员对该专业基础课的学习兴趣．然而，选定的这些专业背景课题必定需要后续才开始学习的专业知识．如果让学员提前对这些知识进行全面深入学习，从学习精力、知识架构上看显然不合理，必然会给学员带来更沉重的学习负担．为此，在厘清背景课题要解决的问题后，需要对这些专业背景课题进行必要的删繁就简，把问题转化为相应的数字信号处理专业知识和处理步骤，仅把这些学员能迅速上手的部分内容设置为需要学员自主完成的课内实践任务，提高实践教学的趣味性和可操作性．如在用动目标指示作为梳状滤波器的一个应用背景时，需要把一些关于动目标指示的基本原理、基本方法等作为基础知识提前梳理出来，给学员设置成可以上手实践的任务；在用脉冲编码调制作为实践内容时，需要把调制的基本概念、脉冲编码调制的概念和原理简要总结出来作为学员的实践基础．

2.2设置教员实践任务

面对同样的专业背景课题，相较学员，对教员理应有更高的要求．青年教员大都存在一个基本问题，即对诸多专业课缺乏系统性的掌握，从而在数字信号处理这样的专业基础课教学中难以做到融会贯通，不能像老教员那样对专业知识和课堂教学掌控自如．为此，青年教员需要对专业课进行系统学习，提高认识，可以有针对性地依据选定的专业背景课题，把握经典专业问题的背景意义、问题源起的来龙去源、问题解决方法的梳理对比．籍此设置适宜于青年教员提升授课能力的教学实践任务，提高青年教员对代表性的专业问题的认知深度和专业基础课的例证授课效果．例如：在进行雷达动目标指示内容实践时，教员需要学习掌握雷达动目标指示，动目标检测的背景、原理，不同方法及其各自的优缺点，以及以其为背景实现的一些可视化仿真和实测数据测试；在进行脉冲编码调制时，教员要掌握信源编码的背景意义、基本方法，脉冲编码调制与其它调制的区别，以及不同信源编码方法的应用等． 

3以研促教，拓展实践教学研究内容

科研是教学的“源头活水”，课堂中应适当引入科研的应用成果，淡化公式的推导，强化所学知识的综合应用能力和创新能力的培养．为此，青年教员在开展专业背景课题的教学实践活动中，应同时以研究的态度对待实践教学，注重从这些基本问题的物理本质、解决方案上提炼出科学问题，找到科研点，加以拓展，开辟科研方向并提高自己的科研水平，增强科研效率．同时，注重归纳对应的基础原理，从而有效反哺专业基础课教学．例如：雷达动目标指示与检测一直是雷达信号处理的一个研究热点与难点，教员可以跟踪国内外该方面的最新研究成果，从中提炼出相关研究方法，深入进行研究；在脉冲编码调制方法中，教员可以从不同编码算法的原理出发，仔细研究，寻找可以进行改进的方向，从而提高自己的研究水平，同时也可以作为一些优秀的例证在教学中给学员展示，做到教学相长．

4数学概念物理化，提升实践教学理论认知水平

从素质培养的角度上看，在教学过程中应注重学生知识、能力和素质的全面发展，注重在以探索和研究为基础的教学过程中培养学生的研究能力与创新能力；从传统的单向知识传授的教学型教学向知识传授与探索相结合的探索型教学发展，以正确的教学理念来指导具体的课程教学实践．如一些抛锚式教学方法从锚的设置和相关教学组织实施可以有效促进学生自主学习、知识建构和能力培养．不管采用何种教学方式，培养学生自主学习探索、创新的前提和基础是对相关问题物理本质的深入认识．数字信号处理中涉及的数学公式确实比较多，这给学员理解起来带来了一定难度．然而，专业基础课的好处就是如果能给学员找到公式的一些专业背景或合理的物理解释，学员理解起来就很轻松．在课程的理论教学和实践教学中，应该注重将数学概念物理化，以学员很易理解的日常物理现象予以解释．如Z变换里涉及收敛域时经常会遇到级数求和的问题，高等数学里的解释是绝对可和能保证级数收敛，可以将这个级数求和看成拔河比赛，绝对求和（即绝对值之和）就是心往一处想，劲往一处使，此时力量之和最大，非绝对求和就是方向不尽一致的拔河，绝对可和指拔河最大力量是个有限值，学员听起来就很生活化和物理化；在解释傅里叶变换的问题时，可以先从大家在初中物理时就已学过的力的分解开始，给大家逐步解释清楚只要找到一组完备的正交集，将信号进行完备分解就可以了，而傅里叶变换正是找到了这样一个完备集而已．如此，不仅便于学员消化知识点，而且在无形中提升了理论和实践教学的理论认知水平．

5结语

数字信号处理的实践教学是加强学员动手能力，提升整体教学效果的一个重要手段．从针对不同专业的实践教学背景课题库选择，针对教员和学员不同要求标准的实践任务设置，以研促教，物理化数学概念等方面，对数字信号处理的实践教学进行了探索，以期对该门专业基础课教学效果的提升有所帮助．

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作者:金伟 张峰干 沈晓卫 贾维敏 李义红 单位: