“数字信号处理”教学方法的探讨
摘要:“数字信号处理”是信息与通信类专业必修的一门专业课程。基于课程的重要性以及存在的教学难点,本文对课程的教学方法在以下几个方面做出探讨:如何撰写备课笔记、如何将Matlab引入教学、如何对理论知识融会贯通、如何理解公式的物理意义、如何对抽象概念形象化理解、如何鼓励学生进行课堂思考和讨论、以及如何加强实验课程练习,通过实践证明以上的教学方法取得了令人满意的教学效果。
关键词:数字信号处理  教学方法
“数字信号处理”是电子信息工程与通信工程类专业必修的一门专业核心课。它的前修课程是信号与系统,后续课程有数字信号处理器(DSP)的原理及应用,信息论与编码等,在整个课程体系中承前继后,占据着非常重要的地位,为学生学习后续信号与信息方面的专业课程打下理论基础。
数字信号处理课程由于其理论性较强,涉及的数学公式较多且概念抽象不易理解,所以学生学习起来有一定的困难,那么怎样使学生能够学好和领会该门课程,并对其产生兴趣,一直是值得思考和研究的问题。笔者参与了三年多的数字信号处理教学,积累了一定的教学经验,所以文中从多
角度对课程的教学方法进行了探讨,通过实践证明,运用这些方法能很好地提高教学质量和教学成效。
1 教学内容
数字信号处理的教学内容主要包括四大部分。一是离散时间信号与系统的理论与分析方法,其中包括Z变换和傅里叶变换;二是离散傅里叶变换的原理及实现方法;三是数字滤波器的原理与设计方法;四是数字信号处理的多抽样率和有限字长效应,第四部分可以根据不同学校的课时安排,有所取舍,前三部分是必须讲解,学生必须掌握的内容。
2 教学方法
2.1 综合多本教材设计备课笔记
设计备课笔记时应该选择一本主要教材,和一些辅助教材。因为某些原理或概念在这本教材中讲解得很详细,而其它某个原理或概念在另一本教材中讲解得很清楚,这样在设计备课笔记时就需要参考多本教材。主要教材的应该是比较好的经典教材,可以作为学生的课堂教材,而辅助教材可以作为学生的课后阅读教材。
2.2 将Matlab引入课堂教学
教学中需注重在某些重要的理论和原理讲解完后增加一些Matlab演示实验。通过演示实验可以将教学内容中难以理解的抽象概念、数学公式以及例题结果用图形直观地表示出来,并通过对仿真结果的分析使学生加深对各种理论和原理的理解。
2.3 加强前后理论知识的融会贯通
由于数字信号处理的课程内容具有系统性和连贯性,在讲解时要注意前后理论知识的融会贯通。例如在引出序列的傅里叶变换(DTFT)的定义时,需要总结它与之前一些重要变换的关系。
需要把时域采样定理,模拟信号的拉氏变换和傅里叶变换,理想采样信号的拉氏变换和傅里叶变换,以及采样序列的Z变换和傅里叶变换联系起来,得到结论是单位圆上Z变换就是序列的傅里叶变换。
2.4 注重理解公式的物理意义
数字信号处理课程中很多原理和概念比较抽象,而且基本上是用数学公式表示,其推导过程也较复杂,学生对数学公式以及基本原理和概念的理解往往一知半解,所以需要引导学生去理解数学公式的物理意义。
例如在讲解时域采样定理时,公式:
的物理意义是时域上信号经过理想采样后,其频谱会以采样角频率为周期进行周期延拓,幅值受到1/T的加权。例如对于公式:
的理解应是,时域上的圆周移位造成频域上线性相位移。
2.5 形象化理解抽象的概念
2.6 鼓励学生课堂思考和讨论
课堂教学可以采取启发式、思考式的教学方式,从研究的问题入手,将数字信号处理的一些重要理论引导出来。例如在讲解快速傅里叶变换FFT之前,先回顾DFT的概念,可发觉由于其运算量非常大,与n的平方成正比,所以在很长的一段时间并没有广泛应用,那么如何减少DFT的运算量,让学生思考,进而引导出了它的快速算法FFT。同时可以让学生积极参与课堂讨论,勇于表达自己的观点,培养学生积极思考、钻研和创新的学习习惯。
2.7 加强实验课程练习
数字信号处理中一些重要的原理或理论需要单独开设实验课程,培养学生对理论知识的应用能力。通常将IIR和FIR数字滤波器的设计与实现作为实验内容,这一内容是数字信号处理基本理
论的全面应用,也是从理论到实际应用的关键所在,也是后续相关课程应用的基础。如果课时允许,我们应尽量增加实验课程,可将时域采样定理,快速傅里叶变换FFT列为实验课程。

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