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面向独立学院的数字信号处理课程改革与实践

2021-01-13  |  所属栏目: 来稿选登  |  阅读次数: 

  [摘           要]  数字信号处理课程理论性和实践性强,学习难度大。基于独立学院应用型人才培养目标,针对教学中存在的问题进行改革与探索。通过整合课程内容、丰富教学手段、优化考核方式等方式,有效提高了学生的学习积极性和综合实践能力。
  [关    键   词]  数字信号处理;独立学院;应用型人才培养;项目式教学
  [中图分类号]  G642                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603(2020)10-0180-02
   数字信号处理课程作为电子信息工程的专业核心课程,是图像处理、语音处理等课程的基础。课程实用性强,广泛应用于工程实践中;理论性强,学习难度较大。传统的理论教学采用给出定义,理论推导,介绍性质的传统教学模式进行[1],学生无法意识到课程的实际应用价值,学习积极性差,教学效果一般。独立学院旨在培养具有一定理论基础,掌握实践技能的应用型
  人才。数字信号处理课程改革刻不容缓,在理论教学的基础上,提高学生的学习积极性和综合实践能力。
   一、数字信号处理课程教学存在的问题
   1.独立学院学生生源参差不齐。除部分高考失利或者报考志愿滑档的学生以外,大部分学生理论知识薄弱,学习习惯不好,自主性学习能力差,不擅长复杂的理论推导。
   2.课程理论性强,公式复杂;抽象的频域分析,令学生难以理解。
   3.课程重理论,轻实践。传统教学以课本理论为主线,缺乏工程实践背景,大部分学生无法将工程实践和理论知识有机结合,认为课程无用武之地,逐渐丧失学习兴趣,放弃学习。
   4.课程多采用“填鸭式”教学。教师仍以理论推导讲解为主,教学手段相对单一,学生只能被动接受,参与度低,无法通过积极的思考建立起课程体系结构。
   5.教学大纲改革,课时压缩,内容多,难度大,学生学习难度加大。
   二、数字信息处理课程的改革对策
   针对以上问题,从整合教学内容、项目式教学,丰富教学手段,改善考核方式等方面,对数字信号处理课程进行改革。
   (一)整合教学内容
   1.优化删减课程内容
   “信号与系统”“数字信号处理”“DSP原理与应用”由不同教师讲解,部分内容重复讲授,浪费教学课时。为了保证教学效果,将三门课程内容进行整合优化,减轻教师备课负担,提高教学效率[2]。
   制定课程大纲时,任课教师做好前期调研工作,明确授课重点,减少课程内容重叠。信号与系统课程侧重连续信号处理,删减离散信号处理部分;数字信号处理课程侧重离散信号处理,侧重频谱分析和滤波器设计。通过课程去重复化,节省课程重复讲解导致的课时浪费。
   数字信号处理课程侧重理论知识的讲解,理论性强;DSP原理与应用课程侧重TMS320C54x DSP芯片讲解,,实用性强。两门课程相辅相成,密不可分。然而两门课程教学内容完全脱节:DSP原理与应用课程单纯学习芯片操作,没有理论知识,学生无法将数字信号处理理论和实践操作建立联系。为了增强课程的实用性,提高学生的兴趣和综合实践能力,授课教师相互沟通,将两门课程进行融合,引入项目式教学方式。
   2.厘清课程主线,项目教学贯穿始终
   针对考研和工作两种不同目标群体学生,课程教学要兼而有之,既要考虑教学的深度,又要考虑课程的实践应用。因此课程摒弃传统教学模式,将课程频谱分析和滤波器设计两大核心融入数字语音滤波系统,以完成项目实现为主线,贯穿整个教学过程。遵循项目引入—项目分析—资料查找—各环节问题描述—理论知识讲解—问题解决—编程,实现各环节讲解,循环渐进引导学生感受数字信号处理的课程魅力,提高动手实践能力和分析解决问题能力。
   数字滤波系统实现框图与课程重点分布如上图所示。通过对信号采样引出奈奎斯特采样定理,采用DFT/FFT进行语音信
  号频谱分析,设计FIR/IIR滤波器进行高频噪声滤除。为了便于课堂演示,学生直观看到频域效果,将Matlab引入课堂,优化教学效果。最后结合DSP原理与应用课程学习,选择合适的滤波器基本结构,利用TMS320C54x DSP芯片进行硬件实现。整个过程以系统实现为主线,淡化公式推导,重视理论思路分析,推导过程讲解为解决问题服务,激发学生的学习兴趣,增强课程讲解的灵活性。
   (二)丰富教学手段
   1.增加教学互动
   (1)通过问题导向方式,与学生进行有效的课堂互动。重难点理论推导过程,采用多媒体与板书相结合,放慢课程进度,重理论推导轻数学计算,避免由于復杂的理论推导消磨学生的学习热情,影响教学效果。
   (2)增强学生的参与度,每节课由学生进行知识点回顾和总结,习题课增加学生讲解环节,教师查漏补缺,进行点评,调动学生的学习积极性。
   2.录制微课短视频
   数字信号处理课程理论性强,理论学习对独立学院学生而言难度较大。所以,教师可以将课程重难点压缩成5~10分钟的微视频,辅助课内教学。
   笔者发现,虽然大部分学生习题课能听懂,却容易遗忘。如果将习题讲解录制成视频,学生随时查看复习,可以有效降低学生学习的畏难情绪,教学效果显著,期末考试成绩明显提高。
   3.借助微信资源,辅助课堂教学

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本文标题:面向独立学院的数字信号处理课程改革与实践
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