《数字信号处理》课程教学改革研究

熊美英++谢水珍

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.070

摘 要：目前《數字信号处理》课程教学面临的困难主要表现为：概念抽象、公式繁多、公式推导繁琐、数学要求高等，在教学过程中增加应用背景，并通过MATLAB语言将抽象理论及处理方法图示化。实践表明，该方法不仅能更好地激发学生的学习兴趣，学生对理论知识的掌握也更加透彻，且学生的动手能力也有明显提高，总的教学质量有很大提高。

关键词：数字信号处理 教学方法改革 MATLAB

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（c）-0070-02

《数字信号处理》是电子信息工程及通信工程专业的专业基础课。它的基本概念、基本分析方法已经渗透到了信息与通信工程、生物医学工程、语音、雷达、导航、电磁场与微波技术、水声工程、电气工程、航空工程、环境工程等众多领域。随着计算机科学和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术得到越来越广泛的应用，尤其在高新技术产业中，数字信号处理的作用越来越突出。

《数字信号处理》课程涉及的主要内容为：离散时间信号与系统、z变换、离散傅里叶变换及其快速算法、经典数字滤波器的设计等[1，2]。从早期的教学中发现，由于该课程概念比较抽象，数学公式繁多，学生在学习过程中的畏难情绪比较明显，学习效果欠佳。因此在教学过程中首先严抓数学基础，增加课程应用背景，能提高学生学习兴趣，并引入MATLAB仿真，用简单的函数将抽象的概念和复杂的公式用图形的方式演示出来，使抽象问题直观化，加深对理论知识的理解[3]。

1 严抓数学基础、增加应用背景

由于《数字信号处理》课程对学生的数学要求较高，而大部分同学的数学基础并不是很理想，因此在课堂教学中首先对重要的数学步骤和数学方法进行强化训练，要求学生一定掌握必要的数学方法，直至达到运用自如的熟练程度。

其次，通过增加应用背景来激发学生的学习兴趣。兴趣是最好的老师，因此，如果能够让学生清晰地了解到所学习的数字信号处理的有关知识和人们日常生活的很多方面都是息息相关的，也是今后走上工作岗位的需要，就会激发起学生学习这门课程的兴趣和动力。另外，《数字信号处理》理论具有广泛的应用背景，如在通信方面可应用于数据加密、可视电话和扩频通信等，在图形图像方面可应用于二维三维图像处理、图像压缩与传输、动画与机器人视觉等，在自动控制方面可应用于声控、自动驾驶等，以及其他诸多先进技术方面。如何让学生既感受到最新发展的脉搏，又能饶有兴趣地学习相对乏味的基础理论，成为教学成败的关键。这就要求教师尽最大努力将新技术、新工艺、新材料等注入课程中，让学生领略数字信号处理的强大生命力，了解其在诸多领域中的重要作用和意义，这样也会激发学生的学习热情、主动性和创造性。

2 《数字信号处理》与MATLAB的结合

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB功能强大、简单易学，且编程效率高。

《数字信号处理》的教学与MATLAB的结合主要体现在教师在讲解公式推导和基本理论知识的同时，用MATLAB将运算步骤和结果以图示的形式直观地展现出来。如要设计一个巴特沃斯型数字低通滤波器，设采样率为8 000 Hz，fp=2100 Hz，fs=2500 Hz，Rp=3 dB，Rs=25 dB。MATLAB程序如下[4]：

f_N=8000；

f_p=2100； f_s=2500； R_p=3； R_s=25；

Ws=f_s/（f_N/2）； Wp=f_p/（f_N/2）；

[n， Wn]=buttord（Wp，Ws，R_p，R_s）；

[b，a]=butter（n， Wn）；

freqz（b，a， 1000， 8000）

subplot（2，1，1）； axis（[0 4000 -30 3]）

其中用freqz实现了幅频、相频特性作图。程序运行后所设计出的巴特沃斯低通数字滤波器的频率响应如图1所示。从图中看出，频率响应满足设计要求。

通过用MATLAB语言对数字信号处理知识进行仿真能更直观地让学生了解到知识的特点，能使学生对理论知识的掌握更加牢固。

3 结语

《数字信号处理课程》理论性强，数学公式多，在教学过程中首先严抓数学基础，并多加入理论知识的应用背景尤其是在先进技术方面的应用，这样能有效地提高学生的学习兴趣，将被动学习转化为主动学习。其次将MATLAB语言与数字信号处理很好地结合，能将抽象的理论概念和知识用生动的图形或动画展现出来，能让学生更直观地理解理论知识，同时能培养学生的动手能力和创新精神。

参考文献

[1] 程佩青.数字信号处理教程[M].4版.北京：清华大学出版社，2013.

[2] 胡广书.数字信号处理导论[M].3版.北京：清华大学出版社，2005.

[3] 陈爱萍.MATLAB在“数字信号处理”课程教学中的应用[J].湖南工程学院学报，2005，15（3）：92-95.

[4] 邵玉斌.MATLAB / SIMULINK通信系统建模与仿真实例分析[M].北京：清华大学出版社，2008.