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【摘 要】数字信号处理课程是电子信息类本科教学中非常重要的一门专业基础课，具有理论性强、涉及的数学概念和公式推导多等特点。针对数字信号处理教学中的现状，本文提出利用Matlab的强大数字信号处理工具箱和计算模拟功能进行计算机辅助课堂教学，将抽象的数字信号处理理论用易于理解的图形进行可视化演示，加强基础理论实验的比重，引导学生进行综合性课程设计。既丰富了教师的教学手段，又提高了学生积极性和解决问题的能力，从而有效地提高了教学质量。
【关键词】数字信号处理 MATLAB仿真
【中图分类号】T N 911 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）32-0033-01
引言
数字信号处理目前已成为大多数电子信息类相关本科专业的主干课程，涉及到微积分、随机过程、数值分析、傅里叶复变函数和Z变换等，需要高数、概率、复变函数、信号与系统等理論基础，在通信系统、雷达信号处理、人工智能、模式识别、图像语音处理等领域得到了广泛的应用。
学生在学习数字信号处理课程时，常常会面对枯燥乏味的数学概念，为了有利于学生系统地理解和掌握课程中的基本内容，充分锻炼实验的应用能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，本人对“数字信号处理”课程的教学大纲制定、教学方法的多样化、实践教学环节等进行了针对性的改革与探讨。
1.优化教学大纲
在制定教学大纲上，充分考虑数字信号处理课程实际需求、不同学生在数学理论基础和专业背景等方面存在差异，因而在教学内容的选择上，要加强基础理论、侧重课程应用性，有针对性地讲解基础理论知识、模拟和数字滤波器设计、不同变换等部分。
本人在教学过程中一直推崇简化和细致不同知识点，通过对某些知识点的深入细致的分析和研究，进而掌握分析该类知识的手段，举一反三，分析该类下的其他知识点，数字信号处理领域知识不断更新，只有掌握了经典分析方法，在面对新知识的时候能够从容不迫，迅速地学习和掌握新出现的知识。以数字滤波器模块结构为例，可分为 IIR和FIR数字滤波器。在IIR数字滤波器设计中就有脉冲响应不变法和双线性变换法，滤波器又分为低通、带通、高通、阻带四种，首先简单分析理解两种具体设计方法的特点和区别，四种不同形态滤波器之间的差别，进而细致地深入的讲解脉冲不变法设计低通滤波器。在掌握了低通方法上，进而经过简单的变换得到高通等其他形态滤波器。窗函数法和频率采样法是设计FIR滤波器基本方法，简单了解不同窗函数对滤波器性能的影响，以某一窗函数为例来设计FIR滤波器。
变换域的知识结构是该课程的另一模块，其中涉及了DTFT、DFS、ZT（IZT）、DFT等不同变换。其中每个变换都遵循严密的数学推理，在教学过程中除了详细讲解各个知识点之外，还要建立之间的联系，从数学公式上进行某一变换详细证明，使学生能够完全掌握该种变换，进而引导学生自主主动地去进行其他变换的证明和深入学习。
2.综合形象化的教学教学方法
数字信号处理课程中大量的抽象概念都涉及繁琐的数学公式，其推导过程也相当复杂。在一些基本原理、基本方法的推导和证明中，教师需要采用课程板书的形式，从公式所代表的具体意义去讲解公式，分析公式推导过程。对于难以理解的抽象概念，需要借助多媒体教学手段，可以节约大量的板书时间，可以化抽象为形象，化枯燥为生动，增加课堂信息量，使学生把重点放到加深对抽象概念的理解上。同时，PPT可以适当地粘贴一些框图，在讲解PPT中速度要放慢，必要时采用板书对多媒体的推导细节进行补充。多媒体教学手段与传统的板书教学相融合，不但可以发挥多媒体手段信息量大、形象、直观等优势，具有良好的教学效果。
另外针对数字信号处理课堂教学中实际存在的计算量大、单纯笔算繁琐、占用时间长的特点，仿真教学就显得尤为重要。MATLAB软件在数字信号处理方面具有强大的计算分析和仿真演示功能，用MATLAB软件进行辅助教学，将枯燥的数学理论用仿真手段进行演示和验证，可以促进学生的学习主动性，吸引学生对该课程的兴趣。教师在讲解完该节课的基本理论知识后，可以通过MATLAB编制相应的程序例题，仿真出相应的结果波形来验证和强化该知识点，当然在具体的MATLAB进行辅助教学中，教师进行课堂仿真举例的教学中，应侧重引导方法设计思路，例如在滤波器设计中，教师在给出脉冲不变法设计滤波器中，应该具体讲解滤波器的设计思路和步骤，并给出仿真结果，至于程序中如何根据需要进行滤波器设计，如果验证其特性，需要学生在实验中面对具体问题具体分析，通过调整不同实验参数，培养学生的学习主动性和面对问题的解决能力。 并且通过课后习题和课堂测验等方式，了解同学基础知识掌握情况，针对大家解题中难点，给予课堂板书详细讲解推导，力争每个同学都对抽象概念和公式意义有足够的理解，并能利用所学理论知识去解决实际问题。
3.加强基础实验教学
数字信号处理课程具有理论性强和应用性强等特点，教师要加强基础实验教学。实验教学平台可以选择MATLAB软件平台，用于演示数字信号处理的概念、性质和原理。例如时域采样与频域采样、离散傅立叶变换用FFT、Z变换、循环卷积、对信号作频谱分析、IIR数字滤波器设计及软件实现、FIR数字滤波器设计与软件实现等，通过加强基础实验教学比重，引导学生利用MATLAB语言实验教学内容，实现建模和可视化，实验教学的设计可以更好地让学生理解理论教学内容，具有启发性，能培养学生的思考能力和科研能力。通过在实验课堂上和学生的交流，引导学生在编程中发现问题，解决问题，让学生亲自去体会数字信号处理课程所带来的巨大乐趣和编程实现某功能后所带来的强烈的成就感。在基础实验课中，除了规定的必做的实验外，可以让学生根据自己的个人情况来增加实验内容，设置实验思考，鼓励学生通过编写MATLAB程序来验证和解答。
4.强化综合性课程设计
基础实验教学可以更好地让学生理解理论教学内容，具有启发性，能培养学生的思考能力和科研能力。在基础理论实验的基础上，为了充分调动学生主动学习的积极性，提高学生钻研科学的兴趣，综合性课程设计是非常有必要的。其可以充分发挥学生的主观能动性，更有利于培养他们独立思考、善于创造、综合运用知识的能力。通过引导学生通过MATLAB数字信号处理工具箱来设计某个完整的小型系统。例如一个简单的语音信号处理系统，其中用到了A/D变换器将其转换成数字信号，并进行数字信号滤波处理与识别，通过该设计课程学生可以掌握序列的离散化，滤波器电路的设计方法和验证方法，通过语音信号是否失真，可以培养学生发散性思维，采用不同的滤波设计方法来改善信号失真，从而使学生养成在面对问题时分析和解决的习惯，为进一步学习相关专业打好基础。
5.结论
随着数字信号处理教学内容和方法的不断更新和调整，笔者在教学方法和教学实践等方面，做了一些尝试和改革，取得了一些良好的效果。今后在不断的教学过程中，也将会继续进行教学改革研究，完善教学手段和方法，提高学生对本课程的学习积极性和主动性，力争将课程打造成深受学生喜欢的精品课程。
6.致谢
感谢南京工程学院校引进人才基金 YKJ201417 YKJ201419
参考文献：
[1]高西全、丁玉美， 数字信号处理（第三版）[M]，西安电子科技大学出版社， 2008.8.
[2]奥本海姆，数字信号处理（第二版）[M]， 西安交通大学出版社， 2001.9.
[3]程佩青， 数字信号处理教程（第三版）[M]， 清华大学出版社， 2008.5.
[4]陈怀琛， 数字信号处理教程[M]， 电子工业出版社，2008.8.
【关键词】数字信号处理 MATLAB仿真
【中图分类号】T N 911 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）32-0033-01
引言
数字信号处理目前已成为大多数电子信息类相关本科专业的主干课程，涉及到微积分、随机过程、数值分析、傅里叶复变函数和Z变换等，需要高数、概率、复变函数、信号与系统等理論基础，在通信系统、雷达信号处理、人工智能、模式识别、图像语音处理等领域得到了广泛的应用。
学生在学习数字信号处理课程时，常常会面对枯燥乏味的数学概念，为了有利于学生系统地理解和掌握课程中的基本内容，充分锻炼实验的应用能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，本人对“数字信号处理”课程的教学大纲制定、教学方法的多样化、实践教学环节等进行了针对性的改革与探讨。
1.优化教学大纲
在制定教学大纲上，充分考虑数字信号处理课程实际需求、不同学生在数学理论基础和专业背景等方面存在差异，因而在教学内容的选择上，要加强基础理论、侧重课程应用性，有针对性地讲解基础理论知识、模拟和数字滤波器设计、不同变换等部分。
本人在教学过程中一直推崇简化和细致不同知识点，通过对某些知识点的深入细致的分析和研究，进而掌握分析该类知识的手段，举一反三，分析该类下的其他知识点，数字信号处理领域知识不断更新，只有掌握了经典分析方法，在面对新知识的时候能够从容不迫，迅速地学习和掌握新出现的知识。以数字滤波器模块结构为例，可分为 IIR和FIR数字滤波器。在IIR数字滤波器设计中就有脉冲响应不变法和双线性变换法，滤波器又分为低通、带通、高通、阻带四种，首先简单分析理解两种具体设计方法的特点和区别，四种不同形态滤波器之间的差别，进而细致地深入的讲解脉冲不变法设计低通滤波器。在掌握了低通方法上，进而经过简单的变换得到高通等其他形态滤波器。窗函数法和频率采样法是设计FIR滤波器基本方法，简单了解不同窗函数对滤波器性能的影响，以某一窗函数为例来设计FIR滤波器。
变换域的知识结构是该课程的另一模块，其中涉及了DTFT、DFS、ZT（IZT）、DFT等不同变换。其中每个变换都遵循严密的数学推理，在教学过程中除了详细讲解各个知识点之外，还要建立之间的联系，从数学公式上进行某一变换详细证明，使学生能够完全掌握该种变换，进而引导学生自主主动地去进行其他变换的证明和深入学习。
2.综合形象化的教学教学方法
数字信号处理课程中大量的抽象概念都涉及繁琐的数学公式，其推导过程也相当复杂。在一些基本原理、基本方法的推导和证明中，教师需要采用课程板书的形式，从公式所代表的具体意义去讲解公式，分析公式推导过程。对于难以理解的抽象概念，需要借助多媒体教学手段，可以节约大量的板书时间，可以化抽象为形象，化枯燥为生动，增加课堂信息量，使学生把重点放到加深对抽象概念的理解上。同时，PPT可以适当地粘贴一些框图，在讲解PPT中速度要放慢，必要时采用板书对多媒体的推导细节进行补充。多媒体教学手段与传统的板书教学相融合，不但可以发挥多媒体手段信息量大、形象、直观等优势，具有良好的教学效果。
另外针对数字信号处理课堂教学中实际存在的计算量大、单纯笔算繁琐、占用时间长的特点，仿真教学就显得尤为重要。MATLAB软件在数字信号处理方面具有强大的计算分析和仿真演示功能，用MATLAB软件进行辅助教学，将枯燥的数学理论用仿真手段进行演示和验证，可以促进学生的学习主动性，吸引学生对该课程的兴趣。教师在讲解完该节课的基本理论知识后，可以通过MATLAB编制相应的程序例题，仿真出相应的结果波形来验证和强化该知识点，当然在具体的MATLAB进行辅助教学中，教师进行课堂仿真举例的教学中，应侧重引导方法设计思路，例如在滤波器设计中，教师在给出脉冲不变法设计滤波器中，应该具体讲解滤波器的设计思路和步骤，并给出仿真结果，至于程序中如何根据需要进行滤波器设计，如果验证其特性，需要学生在实验中面对具体问题具体分析，通过调整不同实验参数，培养学生的学习主动性和面对问题的解决能力。 并且通过课后习题和课堂测验等方式，了解同学基础知识掌握情况，针对大家解题中难点，给予课堂板书详细讲解推导，力争每个同学都对抽象概念和公式意义有足够的理解，并能利用所学理论知识去解决实际问题。
3.加强基础实验教学
数字信号处理课程具有理论性强和应用性强等特点，教师要加强基础实验教学。实验教学平台可以选择MATLAB软件平台，用于演示数字信号处理的概念、性质和原理。例如时域采样与频域采样、离散傅立叶变换用FFT、Z变换、循环卷积、对信号作频谱分析、IIR数字滤波器设计及软件实现、FIR数字滤波器设计与软件实现等，通过加强基础实验教学比重，引导学生利用MATLAB语言实验教学内容，实现建模和可视化，实验教学的设计可以更好地让学生理解理论教学内容，具有启发性，能培养学生的思考能力和科研能力。通过在实验课堂上和学生的交流，引导学生在编程中发现问题，解决问题，让学生亲自去体会数字信号处理课程所带来的巨大乐趣和编程实现某功能后所带来的强烈的成就感。在基础实验课中，除了规定的必做的实验外，可以让学生根据自己的个人情况来增加实验内容，设置实验思考，鼓励学生通过编写MATLAB程序来验证和解答。
4.强化综合性课程设计
基础实验教学可以更好地让学生理解理论教学内容，具有启发性，能培养学生的思考能力和科研能力。在基础理论实验的基础上，为了充分调动学生主动学习的积极性，提高学生钻研科学的兴趣，综合性课程设计是非常有必要的。其可以充分发挥学生的主观能动性，更有利于培养他们独立思考、善于创造、综合运用知识的能力。通过引导学生通过MATLAB数字信号处理工具箱来设计某个完整的小型系统。例如一个简单的语音信号处理系统，其中用到了A/D变换器将其转换成数字信号，并进行数字信号滤波处理与识别，通过该设计课程学生可以掌握序列的离散化，滤波器电路的设计方法和验证方法，通过语音信号是否失真，可以培养学生发散性思维，采用不同的滤波设计方法来改善信号失真，从而使学生养成在面对问题时分析和解决的习惯，为进一步学习相关专业打好基础。
5.结论
随着数字信号处理教学内容和方法的不断更新和调整，笔者在教学方法和教学实践等方面，做了一些尝试和改革，取得了一些良好的效果。今后在不断的教学过程中，也将会继续进行教学改革研究，完善教学手段和方法，提高学生对本课程的学习积极性和主动性，力争将课程打造成深受学生喜欢的精品课程。
6.致谢
感谢南京工程学院校引进人才基金 YKJ201417 YKJ201419
参考文献：
[1]高西全、丁玉美， 数字信号处理（第三版）[M]，西安电子科技大学出版社， 2008.8.
[2]奥本海姆，数字信号处理（第二版）[M]， 西安交通大学出版社， 2001.9.
[3]程佩青， 数字信号处理教程（第三版）[M]， 清华大学出版社， 2008.5.
[4]陈怀琛， 数字信号处理教程[M]， 电子工业出版社，2008.8.