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面向独立学院的数字信号处理课程改革与实践

范文

吴静然崔冉刘建华

[摘? ? ? ? ? ?要]? 数字信号处理课程理论性和实践性强，学习难度大。基于独立学院应用型人才培养目标，针对教学中存在的问题进行改革与探索。通过整合课程内容、丰富教学手段、优化考核方式等方式，有效提高了学生的学习积极性和综合实践能力。

[关? ? 键? ?词]? 数字信号处理;独立学院;应用型人才培养;项目式教学

[中图分类号]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文献标志码]? A? ? ? ? ? ? ? [文章编号]? 2096-0603（2020）10-0180-02

数字信号处理课程作为电子信息工程的专业核心课程，是图像处理、语音处理等课程的基础。课程实用性强，广泛应用于工程实践中;理论性强，学习难度较大。传统的理论教学采用给出定义，理论推导，介绍性质的传统教学模式进行[1]，学生无法意识到课程的实际应用价值，学习积极性差，教学效果一般。独立学院旨在培养具有一定理论基础，掌握实践技能的应用型

人才。数字信号处理课程改革刻不容缓，在理论教学的基础上，提高学生的学习积极性和综合实践能力。

一、数字信号处理课程教学存在的问题

1.独立学院学生生源参差不齐。除部分高考失利或者报考志愿滑档的学生以外，大部分学生理论知识薄弱，学习习惯不好，自主性学习能力差，不擅长复杂的理论推导。

2.课程理论性强，公式复杂;抽象的频域分析，令学生难以理解。

3.课程重理论，轻实践。传统教学以课本理论为主线，缺乏工程实践背景，大部分学生无法将工程实践和理论知识有机结合，认为课程无用武之地，逐渐丧失学习兴趣，放弃学习。

4.课程多采用“填鸭式”教学。教师仍以理论推导讲解为主，教学手段相对单一，学生只能被动接受，参与度低，无法通过积极的思考建立起课程体系结构。

5.教学大纲改革，课时压缩，内容多，难度大，学生学习难度加大。

二、数字信息处理课程的改革对策

针对以上问题，从整合教学内容、项目式教学，丰富教学手段，改善考核方式等方面，对数字信号处理课程进行改革。

（一）整合教学内容

1.优化删减课程内容

“信号与系统”“数字信号处理”“DSP原理与应用”由不同教师讲解，部分内容重复讲授，浪费教学课时。为了保证教学效果，将三门课程内容进行整合优化，减轻教师备课负担，提高教学效率[2]。

制定课程大纲时，任课教师做好前期调研工作，明确授课重点，减少课程内容重叠。信号与系统课程侧重连续信号处理，删减离散信号处理部分;数字信号处理课程侧重离散信号处理，侧重频谱分析和滤波器设计。通过课程去重复化，节省课程重复讲解导致的课时浪费。

数字信号处理课程侧重理论知识的讲解，理论性强;DSP原理与应用课程侧重TMS320C54x DSP芯片讲解，实用性强。两门课程相辅相成，密不可分。然而两门课程教学内容完全脱节：DSP原理与应用课程单纯学习芯片操作，没有理论知识，学生无法将数字信号处理理论和实践操作建立联系。为了增强课程的实用性，提高学生的兴趣和综合实践能力，授课教师相互沟通，将两门课程进行融合，引入项目式教学方式。

2.厘清课程主线，项目教学贯穿始终

针对考研和工作两种不同目标群体学生，课程教学要兼而有之，既要考虑教学的深度，又要考虑课程的实践应用。因此课程摒弃传统教学模式，将课程频谱分析和滤波器设计两大核心融入数字语音滤波系统，以完成项目实现为主线，贯穿整个教学过程。遵循项目引入—项目分析—资料查找—各环节问题描述—理论知识讲解—问题解决—编程，实现各环节讲解，循环渐进引导学生感受数字信号处理的课程魅力，提高动手实践能力和分析解决问题能力。

数字滤波系统实现框图与课程重点分布如上图所示。通过对信号采样引出奈奎斯特采样定理，采用DFT/FFT进行语音信

号频谱分析，设计FIR/IIR滤波器进行高频噪声滤除。为了便于课堂演示，学生直观看到频域效果，将Matlab引入课堂，优化教学效果。最后结合DSP原理与应用课程学习，选择合适的滤波器基本结构，利用TMS320C54x DSP芯片进行硬件实现。整个过程以系统实现为主线，淡化公式推导，重视理论思路分析，推导过程讲解为解决问题服务，激发学生的学习兴趣，增强课程讲解的灵活性。

（二）丰富教学手段

1.增加教学互动

（1）通过问题导向方式，与学生进行有效的课堂互动。重难点理论推导过程，采用多媒体与板书相结合，放慢课程进度，重理论推导轻数学计算，避免由于復杂的理论推导消磨学生的学习热情，影响教学效果。

（2）增强学生的参与度，每节课由学生进行知识点回顾和总结，习题课增加学生讲解环节，教师查漏补缺，进行点评，调动学生的学习积极性。

2.录制微课短视频

数字信号处理课程理论性强，理论学习对独立学院学生而言难度较大。所以，教师可以将课程重难点压缩成5～10分钟的微视频，辅助课内教学。

笔者发现，虽然大部分学生习题课能听懂，却容易遗忘。如果将习题讲解录制成视频，学生随时查看复习，可以有效降低学生学习的畏难情绪，教学效果显著，期末考试成绩明显提高。

3.借助微信资源，辅助课堂教学

微信软件家喻户晓，学生使用率极高。借助微信小程序辅助课程教学，比如使用微信投票小程序，课后发布群内投票，及时获得学生学习反馈的难点和疑点，第二天针对性地复习和讲解。建立课程微信群，课程结束后，在群组分享课程重难点讲解微视频以及习题视频，固定时间进行答疑，推送最新数字信号处理应用等知识，增强学生的学习兴趣。采用微信资源，学生能够不受时空限制，随时随地进行数字信号处理课程的学习。

4.布置课程项目大作业

通过数字语音滤波系统学习，学生已经掌握如何将数字信号

处理应用于实际问题。为了达到最佳的学习效果，教师采用任务驱动教学方式，布置课程相关作业，学生借鉴数字语音滤波系统的学习，举一反三，完成任务。教师提供题目和学生任选题目均可，整个过程由教师进行过程管理。每组3～5人，从项目选题、方案设计、编程实现、海报展示和项目答辩5个环节进行考核。通过解决实际问题，提高学生的综合实践能力。

（三）改革考核方式

有效客观的课程考核可以引导学生正确安排课程，提高学习积极性[3]。课程新旧考核内容和比例如下表所示。最新考核方式中，平时成绩考核增加上课学生课堂表现部分，督促学生积极参加课堂讨论。增加数字信号处理大作业部分，增强课程的实践性，成绩组成包括项目难度、方案、实际效果、答辩、论文和小组贡献度，其中小组贡献度由小组组长参与给分，有效反映学生的贡献情况。考试形式调整为试卷考试和现场答辩任选其一的方式，比重调整为50%。其中现场答辩方式难度更大，需要学生对课程知识体系充分理解，具有较强的应变能力和解决问题的能力。通过上述考核方式内容的改变，避免出现学生成绩优异却无实践能力的情况，督促学生积极认真参与实践创新环节，培养应用型人才。

三、总结

基于独立学院应用型人才培养目标，针对课程教学特点存在的问题进行改革与探索。通过课程间去重复化，项目贯穿整个教学环节的方式，整合课程内容;利用板书与多媒体结合、搭建微信平台、录制微课视频、布置大作业等方式丰富教学手段;优化多元考核方式的手段;教辅合一，有效提高学生的学习积极性和综合实践能力。

参考文献：

[1]张赛男.应用型本科院校”数字信号处理”教学探讨[J].电子世界，2018，547（13）：51-52.

[2]李俊生，张立臣，蔣小燕.“电路分析”、“信号与系统”和“数字信号处理”课程的优化整合[J].常州工学院学报，2009，22（6）：89-92.

[3]万永菁，张淑艳，王海军.基于微课的数学信号处理课程教学改革与探索[J].化工高等教育，2017（1）.

◎编辑陈鲜艳

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