數(shù)字信號處理研究性教學(xué)的獨(dú)特性論文
摘要：隨著信號處理應(yīng)用的日益廣泛，工科專業(yè)中數(shù)字信號處理課程的重要性也日漸凸顯．因而，傳統(tǒng)的教學(xué)方法無法滿足該課程教學(xué)內(nèi)容繁雜及實(shí)踐性強(qiáng)的要求．根據(jù)數(shù)字信號處理課程的特點(diǎn)，將研究性教學(xué)引入到課程的理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，同時結(jié)合綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)和大學(xué)生全程實(shí)踐，全面提升學(xué)生的理論水平及實(shí)踐創(chuàng)新能力．
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；研究性教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)
隨著語音信號及圖像信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用．同時，數(shù)字信號處理課程作為工科專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，上承高等數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng)等基礎(chǔ)課程，下接語音信號處理、圖像信號處理等專業(yè)課程，在學(xué)生構(gòu)建專業(yè)知識體系的過程中起到非常重要的作用[1]．但是，由于該課程理論性與實(shí)踐性并重、數(shù)學(xué)公式繁多，學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度較大，尤其是在一些應(yīng)用型本科院校中，學(xué)生基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)，更容易出現(xiàn)學(xué)生怕學(xué)、學(xué)不好，教師怕教、教不好的怪象．在數(shù)字信號處理的教學(xué)過程中，如何做到既讓學(xué)生掌握基本概念和原理，又能幫助學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于解決實(shí)際問題，從而使學(xué)生體會到學(xué)習(xí)的樂趣而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣．這一問題的解決必須從實(shí)踐環(huán)節(jié)入手，將理論與實(shí)驗(yàn)合理結(jié)合，幫助學(xué)生構(gòu)建完備的知識體系，使學(xué)生學(xué)以致用，用以助學(xué)．
1研究性教學(xué)理論介紹
近年來，研究性教學(xué)成為了國內(nèi)外高校大力倡導(dǎo)的一種教學(xué)模式，在高校本科教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用[2]．該方法通過在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生研究特定選題，實(shí)現(xiàn)對所學(xué)知識的掌握和提高，并在這一過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及研究品格[3]．因而，研究性教學(xué)不是簡單的“填鴨式”教學(xué)，而是學(xué)生必須在教師引導(dǎo)下對知識進(jìn)行反思、批判和探究的過程．在研究性教學(xué)過程中，教師的作用不再局限于傳授學(xué)生知識，而要以學(xué)生為中心設(shè)計教學(xué)過程，為學(xué)生提供所需的教學(xué)資源[4]．在教師講授過程中，側(cè)重于學(xué)習(xí)方法的介紹及學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，同時教師作為主導(dǎo)者控制學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u價．
2數(shù)字信號處理研究性教學(xué)的.獨(dú)特性
本文所提出的數(shù)字信號處理的研究性教學(xué)方法不同于常規(guī)課程的研究性教學(xué)方法，它特別側(cè)重實(shí)踐動手能力的提高和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)．在該課程中實(shí)施的研究性教學(xué)要將理論課教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合起來，利用綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)及大學(xué)生全程實(shí)踐活動來提升理論教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力．
2.1數(shù)字信號處理內(nèi)容體系的獨(dú)特性
數(shù)字信號處理作為電類專業(yè)一門非常重要的專業(yè)課程，它的重要地位毋庸置疑．但是由于其理論性與實(shí)踐性要求都很高[5]，而且與信號處理類課程群內(nèi)其他課程聯(lián)系緊密等特點(diǎn)，其內(nèi)容體系具有一定的獨(dú)特性．
2.1.1學(xué)生能力培養(yǎng)的二重性
數(shù)字信號處理對于學(xué)生能力培養(yǎng)具有二重性，其一是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維能力，利用工程數(shù)學(xué)相關(guān)理論分析信號的生成及變換過程，這有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力；其二是鼓勵學(xué)生學(xué)以致用，將理論課所學(xué)知識應(yīng)用到解決信號處理實(shí)際問題中，如FIR濾波、語音信號采集等．
2.1.2理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的并重性
數(shù)字信號處理課程理論課概念繁多、公式推導(dǎo)復(fù)雜[6]，學(xué)時緊張（僅為51學(xué)時）而內(nèi)容多的矛盾比較突出．實(shí)踐教學(xué)作為理論課的合理補(bǔ)充及有效升華，其地位顯而易見，但其學(xué)時數(shù)僅為15學(xué)時，還承擔(dān)DSP器件的基本技能訓(xùn)練．所以，二者在教學(xué)中的并重地位和學(xué)時緊張的問題都同時存在．
2.2研究性教學(xué)與數(shù)字信號處理結(jié)合的獨(dú)特性
在數(shù)字信號處理的研究性教學(xué)過程中，必須將理論課與實(shí)踐課緊密結(jié)合，課內(nèi)學(xué)時與課外活動結(jié)合起來，這是其他課程的研究性教學(xué)中很少采用的方法．這種教學(xué)方法的獨(dú)特性在于對教師的理論與實(shí)踐教學(xué)水平的要求都比較高，要求在教學(xué)過程中博采工程數(shù)學(xué)、信號與系統(tǒng)、DSP和EDA等多門課程知識，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程的同時開拓視野．
3理論與實(shí)踐并重，課內(nèi)與課外結(jié)合的研究性教學(xué)實(shí)施
以FIR濾波器的設(shè)計為例，展開研究性教學(xué)過程．
3.1理論課教學(xué)過程
在理論課上，教師首先為學(xué)生傳授數(shù)字濾波器，特別是FIR濾波器的理論和設(shè)計方法．其次，向?qū)W生提出一些具有實(shí)際意義的濾波器設(shè)計要求．讓學(xué)生分別從理論與實(shí)踐的角度設(shè)計數(shù)字通信系統(tǒng)中常見的截止頻率為8000Hz的低通濾波器．學(xué)生按照學(xué)習(xí)小組的模式，多人合作設(shè)計該濾波器．設(shè)計過程要求學(xué)生采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)、查表法及MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的仿真設(shè)計[7]，最后要求學(xué)生形成設(shè)計報告．最后教師利用課堂時間，對比分析學(xué)生的不同設(shè)計方案，指出學(xué)生在設(shè)計過程中的可取之處及待改進(jìn)的地方．同時，為學(xué)生進(jìn)一步利用DSP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計該濾波器做知識上及思路上的鋪墊．
3.2課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程
由于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)僅有15學(xué)時，其中前6學(xué)時用于CCS3.3軟件及TI公司5416芯片系統(tǒng)的學(xué)習(xí)．因而，留給理論知識點(diǎn)的實(shí)踐反饋學(xué)時很少，但諸如快速傅里葉變換、圓周卷積、FIR濾波器及模擬信號數(shù)字化等知識點(diǎn)都需要在實(shí)踐環(huán)節(jié)加以鞏固．所以，常規(guī)的基礎(chǔ)驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無法達(dá)到全面培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的目的．采用綜合設(shè)計類實(shí)驗(yàn)代替原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，力爭一個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能從多方面培養(yǎng)學(xué)生動手能力，提升理論知識掌握程度．如FIR濾波器的設(shè)計要求學(xué)生完成語音信號的采集、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、低通濾波和數(shù)/模轉(zhuǎn)換等工作，而不局限于濾波的實(shí)現(xiàn)[8]．同時，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的生動性，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇一些流行樂曲作為語音材料，要求學(xué)生經(jīng)過實(shí)驗(yàn)設(shè)計完成樂曲的重低音化，濾掉高頻分量．
3.3全程實(shí)踐教學(xué)活動過程
為了彌補(bǔ)課內(nèi)實(shí)踐學(xué)時的不足，充分利用學(xué)校開展大學(xué)生全程實(shí)踐活動的有利契機(jī)，在學(xué)生的全程實(shí)踐環(huán)節(jié)開設(shè)“基于EDA技術(shù)的FIR濾波器的設(shè)計”這一實(shí)踐題目．學(xué)有余力的學(xué)生可以利用前續(xù)課程EDA相關(guān)知識在實(shí)驗(yàn)室SOPC1C12的平臺上實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的設(shè)計．同時，鼓勵學(xué)生將所設(shè)計濾波器應(yīng)用于程控交換系統(tǒng)中說話人語音的提純過程．
4結(jié)語
數(shù)字信號處理是電子信息類專業(yè)非常重要的專業(yè)課程，本文依據(jù)數(shù)字信號處理理論與實(shí)踐并重的特點(diǎn)，將研究性教學(xué)方法引入到教學(xué)中，并且提出了一些獨(dú)特的教學(xué)方法．這類理論與實(shí)踐并重、課內(nèi)與課外結(jié)合的方法，符合工科類專業(yè)實(shí)踐性和創(chuàng)新能力培養(yǎng)要求高的特點(diǎn)．在2012—2015年的3個學(xué)年，針對電子信息科學(xué)與技術(shù)和通信工程2個專業(yè)開設(shè)的數(shù)字信號處理課程進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，通過學(xué)期末教學(xué)反饋及畢業(yè)設(shè)計檢驗(yàn)得到了比較滿意的教學(xué)效果．實(shí)踐證明，研究性教學(xué)方法能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的同時培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力及團(tuán)隊協(xié)作精神．同時，通過研究性實(shí)驗(yàn)報告及小論文的撰寫，為學(xué)生后續(xù)畢業(yè)論文的撰寫及研究生學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)．
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