面向“卓越工程师”培养的数字信号处理教学改革

　　中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0159-02

　　Teaching Reform of Digital Signal Processing for“Outstanding Engineers”

　　Zhao ran

　　（School of Electronics and Information Engineering， Shanghai University of Electric Power， Shanghai，200090，China）

　　Abstract：Digital signal processing is the basic course of electronic and information specialties. The target of “outstanding engineers” is to train students’ ability of innovation and engineering application. This paper explores teaching reform from three aspects： integrating teaching content， reforming teaching method and experiment content for the purpose of exciting students’ studying interest and improving ability of innovation and engineering application.. Integrating the teaching content means that adjusting the course concept and teaching emphasis. Reforming the teaching method is to change the method from students and teachers. Reforming experiments is to replace the individual experiments with a big project.

　　Key words：digital signal processing；teaching reform；experimental reform；outstanding engineers

　　数字信号处理在信号处理类课程体系中占有重要的地位，许多高校教师经过多年的教学后，在课程教学和改革上有自己的看法[1-3]。姜恩华等人利用概念图和思维导图归纳和总结了数字信号处理课程的教学线索；同时从题型设置三方面总结了数字信号处理课程解题教学的方法和思路[1]；在文献[2]中，陈纯锴等人探讨了课程内容优化、实践教学体系的构建及有效的教学手段三个有效策略；文献[3]则研究了数字信号处理在双语教学中，如何处理好推进双语教学与保障教学效果的关系，以及处理好引进外文原版教材和选用优秀中文教材的关系。

　　“卓越工程师教育培养计划”的主要目标是培养一批创新能力强，适应经济社会发展需要的各类型高素质工程技术人才，即卓越工程师后备人才[4-7]。我校电子信息工程专业在2013年入选卓越工程师教育培养计划第三批学科专业名单，2014年迎来了第一级新生。围绕工程应用能力这一核心目标，卓越工程师班的人才培养模式需要进行全方位改革，要强化学生的创新能力和工程应用能力。借助学校启动的教师教育教学能力提升“1+1+1+6”培养计划，通过与上海大学等高校教师进行交流学习，完成针对卓越工程师班所做的调整课程教学内容，修订实验项目等任务。下面本文从整合教学内容，探索教学方法和改革实验内容三方面对卓越工程师班的数字信号处理课程进行教学改革研究和探索。

　　1 整合教学内容

　　数字信号处理是信号处理类课程体系中的核心课程，与信号与系统这门课程有着千丝万缕的联系。信号与系统安排在大二第二学期，数字信号处理安排在大三第一学期。因此对两门课程的教学内容进行整合，可以在教学中达到事半功倍的效果。

　　经过梳理，信号与系统和数字信号处理两门课程重叠的教学内容包括：离散信号与系统的基本概念，采样定理，Z变换及其性质。离散信号与系统的基本概念包括离散信号与系统的定义，分类等内容在信号与系统中已经详细介绍，但学生经过了漫长的暑假后有些内容有所忘记，因此在数字信号处理教学中还是需要对这部分内容简单复习，使得学生回忆起相关概念。Z变换及其性质以及离散系统的Z域分析是信号与系统中的重点内容。数字信号处理里则侧重于如何利用Z变换分析系统的频域特性，因此上课时需要对Z变换内容较为具体的复习才能使学生进一步掌握离散系统的频域特性。采样定理在信号与系统中只是在第三章最后一部分提到，在信号与系统中只讲了基本概念，因此采样定理以及模拟信号数字处理方法需要在数字信号处理课程中详细重点讲述。

　　3 探索教学方法

　　数字信号处理课程的理论性较强，因此教师容易在上课时陷入公式推导，照本宣科的困局。为达到激发学生的学习兴趣，使得学生主动学习的目的，对该门课程的教学方法做如下改变。 　　3.1 使学生学习变被动为主动

　　根据课程内容的不同，选择将理论课堂划分为：教师讲；学生讲；课内研讨；习题课等多种形式，激发学生的学习主动性。

　　由于课程内容偏难，因此大部分理论课程还是由主讲教师进行讲解。但部分简单的内容或者与信号与系统重叠的内容（例如Z变换及其性质）可以选择学生进行讲解。先由学生主动报名，通过回答问题的形式选择对该部分内容理解较好的学生在课堂上进行讲解，讲的时间不超过20 min，然后由主讲教师对内容进行适当的补充，同时对学生讲课进行点评。课内研讨主要是选择一些学生感兴趣的项目（例如扫地机器人等项目），由学生主动思考该项目中哪些部分是数字信号处理的范畴。习题课则由教师或者学生对课后习题进行深入的讲解和分析。

　　在平时课堂最后10 min增加小测验，便于随时了解学生的学习情况，调整教学内容和进行。同时将课内研讨，学生讲等内容纳入平时成绩的范畴。鼓励学生积极参加课内讨论，主动申请当课堂小老师。

　　3.2 教师主动探索教学方法

　　鼓励教师积极参加全国高校教师网络培训，学习新的教学方法和内容；鼓励教师到其他高校访学，听课，与其他高校教师进行沟通交流，从而对课程教学有所启发。

　　定期组织相关课程的主讲教师进行课程研讨，每次研讨设置不同的主题。例如在讲解模拟信号数字处理方法中，为了使学生更容易理解采样定理，经过大家研讨，确定以音频信号为例，对音频进行采样，分别满足采样定理和不满足采样定理的音频，使学生直接感受到频谱混叠。

　　4 改革实验内容

　　为了在卓越工程师班的教学中达到提高学生学习兴趣，增强学生动手能力的目的，对数字信号处理课程的实验以项目为导向对实验内容进行改革。

　　（1）卓越班的培养计划中增加MATLA

　　B课程，学生在做数字信号处理实验之前已具备基本的MATLAB编程能力，可以根据算法编写程序。这样在课程实验中只需讲解与项目相关的内容即可，因此在实验课上可以给予学生更多内容上的指导。

　　（2）为培养学生的自学能力以及动手能力，将每次独立的课内实验改为利用8学时实验课设计开发一个较为复杂的项目。在第一次实验课上统一讲解实验内容和要求，由学生4～5人自由组队并确定组长，确定具体项目。第二次实验课上交项目的具体方案。第三次实验课完成整个项目并调试，第四次实验课项目答辩。

　　（3）实验项目的选择。经过前期的准备，按照难易程度，实验项目选择为：基于双音多频（dual-tone multi frequency， DTMF）的电话拨号音合成与识别系统和图像去噪系统的设计与实现。在每个项目中给出开放性的思考题，要求学生在做项目的过程中思考这些问题，并将结果写在项目报告中。音频信号是一维信号，对一维信号做时域和频域分析比较容易；图像是二维信号，它的傅里叶变换和一维信号略有不同，这个课题可以供学有余力或对图像处理感兴趣的学生选择。

　　（4）实验成绩实验成绩占平时成绩的30%。最终实验部分的成绩按照以下标准进行打分：课题难度20分；功能实现效果20分；性能指标20分；软件代码10分；理论水平10分；团队分工合作情况10分；项目报告10分。答辩时同组学生给予相同的基准分数，根据每位学生答辩时回答问题的情况给出最终实验成绩。

　　5 结语

　　综上所述，面对“卓越工程师”的培养要求，学生应该更加注重创新能力和工程应用能力。因此该文从教学内容，教学方法，实验内容三个方面对数字信号处理进行改革，从而达到激发了学生的学习兴趣，提高学生的动手能力和创新能力的目的。

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