数字信号处理课程理论和实践相结合教学方法探析

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1、数字信号处理课程理论和实践相结合教学方法探析摘要：数字信号处理课程是信息处理类专业课程之一，根据目前课程教学现状，分析了课程体系的特点，对课程的教学方法进行了探讨。关键词：数字信号处理；MATLAB；DSP；深度结合中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1671-1580(2014)01-0055-02一、引言数字信号处理所涉及的领域非常广泛，由于快速傅里叶变换的出现，使得数字信号处理技术得到广泛应用，数字信号处理这门课程的知识已经在很多实际领域中得到应用。由此而发展起来的现代信号处理理论也成为研究的热点，几乎所有工程技术领域中都会涉及信号处理的问题。作为专业基

2、础课，已经成为电类学科人才培养中不可缺少的课程之一，是课程体系中承上启下的重要环节[1-2]o根据多年从事本课程教学过程中出现的问题及经验总结，在阐述数学信号处理课程内容特点基础上，重点对课程的教学方法进行了探讨。可在课程的教学过程中将基础理论教学、MATLAB仿真模拟、DSP实践环节联系到一起，将理论教学与实践教学深度结合在一起，构成一个知识体系，实现理论与实践的深度结合［3-4］o二、数字信号处理课程内容体系及弊端目前，数字信号处理课程多数教材内容按知识体系分，可以分为两个部分：（1）基础理论部分：包括基本概念、时域离散信号与系统、频域离散信号与系统。其中FT（傅

3、里叶变换）变换为主要内容，包括DFS（离散傅里叶级数）、DFT（离散傅里叶变换）、FFT（快速傅里叶变换）、Z变换等。这部分内容从本质上讲在信号系统中已经讲过，唯一区别在于连续信号与离散信号的区别，如果学生对信号系统已经掌握得足够好，理解其中的意义不难。但是其中涉及大量的数学公式，不便于笔算。（2）具体应用部分：主要包括有限长脉冲响应数字滤波器（FIR）、无限长脉冲响应数字滤波器（IIR）o此部分内容属于课程实际应用，重点阐述数字滤波器的设计方法，充分体现了数字滤波器的优越性［5］。从内容体系上看，课程内容注重理论教学，同时兼顾实践教学。但是理论偏重公式推导，难以引起

4、学生学习兴趣；实践设计固定化，计算工作量大，计算复杂，缺乏创新引导,不便于学生具体实践。三、教学方法探讨课堂教学为实践教学提供理论基础，实践教学为课堂教学提供理论证明。针对上述课程内容体系及弊端，可在实际教学过程中采用如下方法增加课堂教学与实践教学效果。1•课堂教学课堂教学的基本任务是使学生掌握理论知识，鉴于本门课程在基础理论部分涉及大量公式推导及计算，建议在课堂教学中简化公式推导过程，注重基本概念、方法理解及相关结论。另外，可在教学内容中涉及MATLAB相关内容，用其强大的仿真计算功能完成数字信号处理课程中复杂公式计算及图形绘制。这样，可以使学生对所学内容有直观认识

5、，在丰富教学内容的同时，可以增强理解，激发学生学习兴趣。例如，使用笔算完成FFT的运算，其工作量是相当庞大的，如果使用MATLAB,则过程非常简单，只需要调用FFT函数即可。图1给出使用MATLAB中FFT函数完成傅里叶变换，不单方便，而且直观。摆脱了大量的公式计算，增加学习兴趣。同理，在滤波器的设计过程中MATLAB也发挥巨大作用,设计IIR滤波器时，应先设计符合要求的模拟滤波器，再通过数字转换完成数字滤波器设计。在MATLAB中同样使用几个库函数即可完成滤波器设计，省略查表、计算等过程，还可以给出仿真模拟图，便于分析比较。图2给出使用MATLAB软件完成模拟滤波器

6、、数字滤波器的频响应特性曲线。可以方便地比较各个滤波器之间的异同。可以说，MATLAE涉及数字信号处理课程的各个方面，将其与课程教学相结合无疑对课程的理解起到积极推动作用。2•实践教学从本质上讲MATLAB不能算纯粹意义上的实践教学，真正与数字信号处理相关的实践环节是DSP(DigitalSignalProcessing),作为一类工具性软件，DSP涉及软件编程、硬件实现等实践环节。从应用上讲DSP功能非常强大，与数字信号处理课程直接相关。主要有两个部分：(1)使用DSP完成FFT运算；(2)使用DSP实现FIR及IIR数字滤波器。上述两个内容在多数DSP教材中都有涉

7、及。实际上数字信号处理中基本网络结构一节内容与DSP是直接相关的，系统的网络结构可以为DSP提供软件流程。例如，对于二阶IIR直接型网络其结构如图2所示。在DSP实现时，需要对上述网络结构所表示的系统函数进行编程实现，可采用节点排序图的方法实现，对图3进行节点排序如图4所示。根据图4所示节点排序图可以得到DSP的软件流程图。这样在实际教学过程中，将课程与使用DSP完成具体实践结合在一起，可以扩展学生知识面，激发学生学习兴趣。四、结论近几年来，通过在教学中将理论教学、MATLAB.DSP结合在一起的深度结合方法，降低了学生对本门课程的畏惧心理，激发了学