《数字信号处理》在不同学位教育中的教学方法 数字信号处理
时间：2019-01-05 03:37:25 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要: 随着社会的发展,电子信息类技术日新月异。各大中专院校和高职高专类学校都逐步设立电子信息类专业,《数字信号处理》正是此类专业基础课程。由于不同学位教学体系的设置,以及就读学生的基础不同,此课程在教学过程中的侧重点也有所不同。本文从教材的选择、教学内容、教学方法实验教学等环节进行了阐述,着重强调针对不同阶段的教学必须采用不同的方法,以达到更好地利用高新技术手段进行新式教育的目的。
关键词: 《数字信号处理》课程 不同学位教育 教学方法
一、引言
《数字信号处理》是电子信息类专业的一门重要的专业基础课程,其特点是理论性强、公式繁杂、内容晦涩难懂,新技术和新理论层出不穷。其应用领域也非常广泛,不仅在电子信息、自动控制、通信工程、计算机等领域得到应用,而且在生物、纺织、机械、汽车、医学等领域也有涉及。理解和掌握数字信号产生、处理的过程,对于学生日后从事此方面工作至关重要。在不同专业和不同学位课程体系中,数字信号处理所占的比重不同、侧重点不同,学生基础条件也不一样。本着因材施教、为学生负责的教学态度,教师在教学过程中一定要发现这种差别并予以解决。我针对《数字信号处理》课程在不同学位教育中的教学方法进行了分析讨论。
二、教材的选择
不同专业、不同学习阶段的学生基础不同,其接受能力也有所不同。教师在教学过程中既会接触到电信类专业的学生,又会接触到非电信类专业的学生;既会接触到本科研究生阶段的学生,又会接触到独立学院与成人教学阶段的学生。针对不同类别的学生,教材的选择应有所不同。
1.研究生电信类专业。
在通信与信息系统等电信类专业的研究生阶段的教学中,数字信号处理本就是一门专业基础课程,非电信类专业的研究生教学中一般不再涉及此课程。由于电信类专业的学生在本科阶段一般都学习过此课程的基础部分,因此在研究生阶段的教学中要重点突出,教材的选择应该以开拓学生视野、提高专业水平、理论与实际能高度融合的教材为首。例如华中科技大学出版社出版的由姚天任等编著的《现代数字信号处理》一书,不再讲述数字信号处理的基本理论知识,而是从广度和深度进行拓展。学生能从此书中学到很多现代新兴的实用的数字信号处理技术,对从事的科学研究有一定的价值。
2.本科电信类专业。
本科电信类专业的学生在前期的学习过程中大多学过《信号与系统》。《信号与系统》讲述过信号的产生、处理的过程与系统的整体特性等。因此,电信类专业选择的教材应该直接从数字信号产生开始讲述,重点在离散信号的时域、频域上不同的表示方法及其物理意义。在此基础上,教材中可涉及到各种简单滤波器的设计方法及其物理意义和适用场合,让学生能与实际联系。
3.本科非电信类专业。
我在教学的过程中曾给计算机等非电信专业的学生授课,他们没有接触过前续的各类课程,因此在上课的时候有一定的难度。对于此类学生教材的选择应注意前面的铺垫,应该有对信号与系统基本理论的讲述,让学生先有整体概念才有利于整体的教学。我在实际的教学过程中采用了自编教材,把前面需要补充的内容进行了简单的讲述。
4.独立学院。
独立学院是普通高校采用民办机制吸收社会力量参与办学的教育机构。目前,大多数独立学院的教学活动主要依托其母体一本院校的教育资源,在教材、教学方法、教师等方面都是照搬其母体院校的教学模式。这种做法使学生在学习时,由于自身基础不够扎实、自学能力不强等因素而感到力不从心。因此对于此类学生,教材的选择应该与大院有所区别,教材应该以循序渐进的方式进行讲述,内容不能过于庞杂。
5.高职高专类。
高职高专类学校在近年来也开始普遍设立电信类专业。据我考察,大多数专业选择的课本仍旧是本科系列教材,这对于学生的学习不利。由于此类学生在毕业后大多到一线岗位上从事技术工作,因此对理论的要求不是深奥,而是浅显易懂。教材的选择应该侧重于讲述基本理论框架和原理、侧重于实际意义而不是纯粹的数学公式。教材中应该多讲实例,不单是数学推导的实例,还要包括此理论的应用场合与产生的作用等,以提高学生的学习兴趣。
三、教学内容
根据不同的专业设置,教学内容的选择各不相同。研究生教学强调数学模型的建立,对于数学工具的运用要熟练。本科阶段电信类要求学生能够掌握数字信号产生的过程以及基本的处理方法,并且能够对现代数字信号处理技术有大体的了解;非电信类本科生要求会用,在本专业课程中需要数字信号处理技术的地方要能用得上。独立学院的学生要求对基本的原理要掌握,对FFT、DFT技术的基本思想要能掌握,要有简单的数字滤波器的设计技能并且要能学有所用。高职高专的学生要求了解基本原理,能够活学活用。
四、教学方法
现代教学过程已不再是单纯的一支粉笔一块黑板的模式。高科技的手段使得教学方法多种多样。
1.在课堂教学上,可以采用多媒体的教学工具。
教师在传统的教学过程中,每节课都要书写大量的推导公式。我做学生时曾有深刻印象,在学习《数字信号处理》这门课程时,老师不停地在黑板上写,学生不停地在下面抄;老师顾不上给大家解释,学生也没有时间去思考。这种上课方式,使得教学效果很差。有了多媒体工具以后,教师就可以从这种繁杂体力劳动中解脱出来,把更多的时间用于向学生更好地讲解公式的具体含义、应用场合、物理意义等,达到最佳的教学效果,完成教学目的。多媒体工具的介入也可以解决复杂图形的问题,老师只要轻轻点击鼠标,所要的图形就投影到大屏幕上,老师可以指到哪里讲到哪里,学生也能跟上老师的讲解,非常容易地读懂图形,达到很好的学习效果。
2.在课下学习过程中,教师可以采用网络教学平台进行辅助教学。
有些学生在上课的时候可能没有听懂或者有些问题理解不够深刻,在课下的时候就可以在网络上对理论知识进行补充学习。我制作的教学平台不但给学生提供了上课所学的理论知识,而且用大量的动画把一些晦涩难懂的理论公式形象的表示出来,让大家在教室外也能学到知识。这种方式不但可以作为课上的补充,而且可以作为成人教育或者是远程教学的一种教育方式。
3.在教学过程中,教师不能忽略老师的主导地位。
很多教师在制作完成多媒体课件以后,就一劳永逸,上课时只是把幻灯片放出来,照本宣科。而很多课件本身就是课本的翻版,在学生中造成了“看黑板不如看课本”、“听老师讲不如自己学”的现象。种种问题的出现都是由于老师过度依赖多媒体工具,而忽略了老师的主体地位。其实,在教学的过程中,老师永远都是“主角”。老师要充分发挥讲的作用,特别是在工科教学中,很多概念、公式、图形永远是需要老师去充分解释的。多媒体只是一种辅助工具,不能过于依赖。
五、实验环节
数字信号处理是一门实践性很强的课程,只有通过实践教学环节,教师才能加强学生对数字信号处理原理的理解和应用,并通过实践教学培养学生的分析能力和综合设计能力。在实践教学中,我选用MATLAB软件作为平台。该软件是一种先进的计算软件,功能强大、简单易学、编程效率高,且具有信号分析工具箱,不需很强的编程能力,就可以很方便地进行信号分析、处理和设计,是一种有力的实验教学工具。
1.在实验教学环节中,教师一定要因材施教,不同阶段的学生所设立的实验课程要有所不同。在研究生阶段,教师应该强调数学模型的实现,例如卡尔曼滤波器、维纳滤波器的实现等,并且要根据实例把这些滤波器进行应用,观察结果进行比较分析。在本科阶段实验课上,教师应将课程中比较抽象、也较难理解概念、原理如离散线性卷积、循环卷积、抽样定理,频谱分析、数字滤波器设计等用MATLAB语言通过图形建模使之可视化,增强数学原理的可读性与可观性。在独立学院的实验安排中,应配合实验箱,用一些程序已经固化、参数可设置的实验设备简单易行地显示常见的基础性试验;创新性的实验可以在课下开放性的实验室中完成。在高职高专的实验课程安排上,教师应该侧重于实验结果与理论知识的对比,让学生明白在哪些场合中可以用到,不应强调理论知识的推导。
2.在实验教学中一定要注重老师演示与学生动手相结合的方式。有些教师过于强调学生的动手性,把所有的实验从一开始就交给学生去做,可是学生在接触实验设备时对其特性并不了解。教师应该身体力行,手把手地教给学生实践性的环节,当学生掌握了实验设备的使用方法后,再用启发式的方式让学生按部就班地完成实验,而不是全部放手让学生去做,只去检查实验结果。在一些高难知识理解的过程中,教师也应当利用实验设备给学生生动形象地讲解知识,做到教师与学生互动互学。
总之,教师在教学的过程中一定要因人而异、因材施教、以人为本,一切从学生的实际角度出发,从教材的选择、教学内容的安排、教学方法的综合利用、实验环节的悉心指导等各方面帮助学生更好地学习数字信号处理这门课程。
参考文献:
[1]丁玉美.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.
[2]吴秋玲.独立学院“数字信号处理”课程教学改革与实践[J].中国电力教育,2009.11,(149).
[3]曹清华.浅析多媒体技术在工科教学中的应用[J].考试周刊,2008.11,(46).
[4]姚天任.现代数字信号处理[M].武汉:华中科技大学出版社,1999.
基金项目:本项目由江苏大学京江学院教学改革课题资助,项目号为JJ08B017。
