数字信号处理教材【课题驱动式教学在《数字信号处理》课程中的探索与实践】
摘要：《数字信号处理》课程内容较为繁杂，难度偏大，与数学有着密切的联系，学生对数学公式的推导普遍感觉枯燥，在教学过程中往往因看不到该课程的应用前景而产生厌学的情绪。如何使学生在理解基本原理和基本方法的基础上，与实践密切结合，掌握实验方案设计、实验结果分析的本领，成为当前《数字信号处理》课程教学的当务之急。课题驱动式教学法注重于基本理论的讲解和方法的传授，能充分发挥学生的主观能动性，使学生在学习能力、设计能力、创新能力、资料收集和阅读能力等方面得到了综合提高。
关键词：课题驱动；实践教学；数字信号处理；课程设计；自主学习
中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0212-02
一、引言
《数字信号处理》课程是电子信息、通信工程、自动化工程及相近专业必修的专业技术基础课程。在数字化日益普及的今天，数字信号处理在电子信息、自动控制、电子技术、电气工程、测控技术、计算机技术等领域得到了广泛应用[1]。由于该课程的理论性和实践性结合很强，知识点多，单纯的课堂讲解和实验中的计算机仿真模拟难以使学生掌握所需的实用技术。为了克服传统教学的局限性，培养更多的应用型人才，在对目前课程知识结构、教学环境、教学资源进行分析的基础上，引入了“课题驱动式”教学模式，使学生既能深刻理解课本中的基本理论和方法，又能开展自主学习。实践结果表明，学生独立分析问题、设计方案的能力有了较大的提高。
二、《数字信号处理》的教学现状
数字信号处理主要讲授离散时间信号和数字信号及系统分析的基本理论、原理和基本分析、实现方法。通过本课程的学习，学生能够掌握数字信号处理系统的分析以及设计方法。课程内容较为繁杂，难度偏大，与数学有着密切的联系，学生对数学公式的推导普遍感觉枯燥，在教学过程中往往因看不到该课程的应用前景而产生厌学的情绪。目前所开设的实验多为计算机模拟与仿真，学生用C语言或Matlab语言编写程序，在计算机上运行后观察实验结果。实验多为验证型，学生只是重复教师设定好的步骤而已，至于为什么这样做，用别的办法能否实现，学生很少想到，在一定程度上影响了教学质量，也不利于课程的开设和发展。如何使学生在理解基本原理和基本方法的基础上，与实践密切结合，掌握实验方案设计、实验结果分析的本领，成为当前《数字信号处理》课程教学的当务之急。
三、课题驱动式教学在《数字信号处理》中的实施
课题驱动式教学是将课堂学习、课题设计、实验分析、项目实施贯穿于课程教学的一种新的教学方法[2]。它打破了传统教学模式下教师讲解为主线，学生被动接受的局面。教师更多的注重于基本理论的讲解和方法的传授，充分发挥学生的主观能动性，使得学生在学习能力、设计能力、创新能力、资料收集和阅读能力等方面有一个综合提高[3]。与传统教学方法相比，课题驱动式教学有以下特点：
1.把学生作为教学的主体。教师对基本原理和基本方法讲解后，由学生围绕针对某一题目自主分析与设计，教师仅起到指导和辅助作用[4]。
2.强调知识探究在课堂教学中的作用。让学生自己去探索研究，从问题的解决中培养独立思考和实践能力，同时还可以通过对课题的感悟进一步激发学生探究的驱动力[5]。
3.重视研究过程而非结果的评价机制。教师重点评价学生的研究思路和研究方法，肯定有创新的思维，指出错误，避免学生重复犯错[6]。
《数字信号处理》一般开设在第六学期，学生对基本的数学计算方法和电子线路有了较为深刻的理解，已经具备了一定的系统分析与设计能力。
（1）课题的选择。课题驱动式教学由学生自主分析课题设计要求，查阅资料，制定方案并实施[7]。根据课堂教学与实验教学的经验，指导教师拟定了设计题目。强调题目要与理论知识结合，涵盖主要知识点，略高于教材内容。本次共有20个设计题目，如信号的产生与调制、通信系统的仿真设计、语音滤波、语音加噪与去噪、步进电机速度控制、马达调速、交通灯控制、LCD显示等。
（2）教师的指导。在设计过程中，教师对学生的方案进行辅助性分析和引导，对课题的重点和难点加以讲解。设计完成后组织学生相互交流，重点评价设计思路，肯定成绩，指出不足，使学生在设计中不断提高[8][9]。
（3）组织实施。从2011年3月份开始对电子信息科学与技术专业2008级本科班的《数字信号处理》课程进行了试点。全班56人，4人为一组。指导教师拟订的课题已对课题内容、设计目标和成果形式做了原则性的规定，而学生自拟的题目需要和教师共同商定，学生可以在二者间作出选择。课题的实施共分为四个阶段：
第一阶段：分析课题的可行性，对有疑问的课题积极与教师沟通，提出自己的修改方案。深入理解课题内容和设计要求，确定完成课题所需掌握的知识点和章节内容。
第二阶段：根据课题进行信息搜索和资料收集，认真阅读相关文献，分析所作课题目前的技术发展状况，提取他人在做类似工作时的可用之处，借鉴并整理。
第三阶段：学生根据课题要求和前期准备工作，制订几套不同的设计方案，进行可行性分析和参数特性比较，从中选出既满足技术要求又简捷的最佳方案。制订实施步骤，设计硬件电路或编制算法，最终形成完整的设计。这一阶段是整个过程中最重要的一个环节，也是耗时最长的一个环节。
第四阶段：学生完成设计任务后，教师对设计方案作总结与评价，主要评价课题的设计思路和方法，哪些同学的思维有创新性，哪位同学的设计最为简捷，对设计思路不合理的方案指出缺陷，促使学生吸收他人的优点，改进思路，采用公开讨论的方式。
必须指出的是，尽管这一教学方式以学生为主体，由学生完成课题设计的各个环节，但这并不意味着对学生的放任自流。主要表现在：在题目的拟订中要提出合理的要求和目标；在资料搜索时要帮助学生如何搜索到所需的文献，指导学生如何从浩瀚的文海中总结出对自己课题有用的内容，避免原样照搬；在学生进行课题分析与设计过程中，提供必要的帮助和技术指导，及时指出设计中的错误，避免学生走过多的弯路；在评价阶段组织学生相互讨论，肯定成绩，指出不足。因此指导教师要具有“放而不散”的心理准备与指导原则10]。