【关键词】数字信号处理；发展；应用
前言
数字信号处理的简称是DSP，是一种通过数字信号芯片，将图片、声音、视频等模拟信息转化为数字信息的一个过程。在这一过程中，采用数字方式对模拟信号进行压缩、变化、过滤、识别，最终转化为实实在在的数字信号。21世纪是一个数字化的时代，数字信号处理技术得到广泛应用，为人类生活提供了方便快捷，同时为提高国家综合国力奠定了基础。
1、数字信号处理
数字信号处理的原理其实就是利用数字芯片对信号进行分析和处理。数字信号处理技术被广泛应用的原因不仅是其具备处理速度快和运行灵活的优点，而且具备极强的抗干扰能力，不受乱码影响。因此，人们要开始重视起数字信号处理技术的发展，利用数字信号处理技术来达到方便生活的目的。
相比一般信号处理技术，数字信号处理技术无论在设备还是技术方面，都具有高效率传播、造价成本低廉、运行方式精确灵活、抗干扰能力强等特点。对于一些模拟信号来说，数字信号的这些特点是无法超越的。数字信号处理技术得以快速发展的前提是具有一套完整的数字处理理论，在某种程度上具有提高和促进数字信号处理技术发展的作用。如果把数字信号处理技术比作一棵树，那么数字理论就是肥沃的土壤，数字信号处理实践就是新鲜的空气。树木离开了土壤和氧气都不能存活。只有将数字信号处理的理论与实践结合起来，才能从根本上提高数字信号处理的可靠性和稳定性。另外，数字信号处理技术能将各种参数存储起来，并且通过微机控制和数字设定对参数进行调整。这样一来不仅减少了调节量、调节点和调节电位器，而且能够长时间使得参数保持不变，大大提升了系统稳定性。综合数字信号处理的各种优点，人们要对其给予足够重视，造福人类生活。
2、数字信号处理在生活中的应用
在各种高新技术发展的今天，数字信号处理在生活中得到了广泛应用。数字信号处理得到不断发展的原因主要有两个：市场需求的发展和集成电路的发展。下文就针对数字信号处理在生活中的各种应用做了具体分析。
2.1在音响设备上的应用
在以前，人们主要是利用磁片和唱带等方法进行音乐娱乐活动。唱片的主要原理是对声音进行模拟震动，以此来在唱片上刻出槽纹路径来记录声音。录音机磁带的工作原理是利用磁头在磁带上震动对声音进行模拟信号记录，最终记录下声音。自从数字信号处理技术的问世，人们对音乐的追求不再仅仅局限在磁带和唱片上，开始向数字化信号处理技术发展。第一张CD硬盘的出现就是数字信号处理技术发展的起源，不再依靠对声音模拟刻录，而是利用数字技术对声音进行了重现，极大丰富了人们业余生活。
2.2数字化摄像的出现
在1991年的时候，柯达公司推出了世界上第一部照相机，标志着数字信号处理技术正式应用于数码摄像中。早在数字信号处理技术发展前，美国就利用这项技术实现了卫星对太空照片进行传递，后来被普通人民应用。随着数字技术的不断创新，后来数字照相机问世了，打破了原有利用胶带进行照相的模式，开创了一个全新局面。数字照相机相比于传统的光学照相机，能够利用光敏半导体对图像进行数字处理和信号转换，从而以很小的容量存储在照相机内。另外，数字照相机对于图片的处理也比较方便，可以在打印机上打印图片，在电脑上将一些不需要的照片删除。目前，数字信号处理技术逐渐成为了相机制造的核心技术，受到了广大消费者的青睐。
2.3在电视机和接收机上的应用
数字信号处理技术作为数字化信息技术的重要产物，在发展过程中不断成熟，向为客户提供更高质量、功能更强大、操作方式更简便的数字电视服务发展。因此，在这一背景下，数字电视机和接收机被研发出来了。数字电视机的工作原理其实是通过在家中安装电视机顶盒来接受电视台发出的视频信号，从而对视频信号进行调码、解码、编码，最终在用户数字电视机上呈现出视频。对比原有的模拟信号传输，这种数字信号处理技术与传输方法，不仅使客户在家中就能享受到更加安全、便捷的电视机服务，而且又保证了数字电视机画面的清晰度和声音洪亮度，备受数字电视机用户喜爱。另外，数字化电视机的抗干扰能力更强，不易受到天气问题而影响视频信号的接收。
2.4在汽车电子方面的应用
随着城市化的不断发展，汽车已成为了人们日常生活中代步的主要工具。汽车电子应用也逐步发展起来，然而这些发展都离不开数字信号处理技术的帮助。汽车电子系统中的红外线、雷达、监控设备等都需要数字信号处理技术对数据进行分析，才能达到维护汽车电子系统的目的。近几年来，人们对汽车的安全问题给予了高度重视。为此，汽车电子研究将汽车防冲撞功能和与安全行驶相关的内容列为重点研究对象。数字信号处理技术就能为汽车电子研究解决好这一难题。图像进过相机拍摄后，利用数字信号处理技术对图像进行过滤和处理，就能在汽车驾驶电子系统中清晰显示出来，以此为人们安全出行提供可靠保障。
3、对数字信号处理未来前景的展望
为了迎合更多人的消费需求，数字信号处理技术不断发展，向低能耗和个性化发展趋势靠拢。首先，相关数字化处理技术人员可以将几个数字信号处理芯片、电路单元、专用处理单元集中到一个芯片上，最终形成一个数字信号处理系统集成电路。这样一来不仅缩小了体积。而且便于携带。美国作为一个在全球应用数字信号处理技术最广泛的国家，已经将这项技术应用于企业生产、家庭生活和交通行业等方面。
随着各种数字化产品的应用：数码相机、智能手机、平板电脑，大大刺激了市场对数字信号处理技术的需求。从目前发展情况来看，数字信号处理技术主要向这几方面发展：与单片微型计算机相结合，构成双核平台，大大提高数字化产品质量；改进数字信号处理系统内核整体结构；提升数字信号处理运算速率和降低功能损耗。
结束语
通过以上分析可得知：数字信号处理技术对人类生产和生活都具有重要作用，为人们生活带来了极大方便。随着全球化发展进程的加快，数字信号处理技术取得了突飞猛进的进步，实现了多方面领域的目标，为构建富强、民主、文明、和谐的社会主义国家贡献了一份力。但是，数字信号处理技术在发展过程中也存在着不足，需要科研人员不断研究和创新，期待我国的数字信号处理技术在世界的舞台上发光发彩。
参考文献
[1]彭红.数字信号处理的发展与应用[J].改革与开放，2010，12：109.
[2]丽娜.数字信号处理的发展与应用[J].才智，2014，07：287-288.
关键词：数字信号处理；教学辅助；CDIO；工程实践
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）20-0058-02
一、引言
随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理[1-2]在现代科技中的地位越来越重要，在电子信息、通信等各个领域，都具有广泛的应用。《数字信号处理》已成为国内外高校为电子信息、通信等专业学生开设的专业基础课。通过该课程的学习旨在让学生正确的掌握数字信号处理的基本原理及分析方法，为今后从事信号处理工作打下良好的基础。
该课程理论性较强，原理抽象，公式及推导烦琐，学生普遍反映较难理解且无法很好地将所学知识进行灵活的实际运用。我院将该课程理论教学与实践教学有机结合，并进一步深化CDIO工程教育理念[3]，对数字信号处理课程进行优化改革。数字信号处理课程与工程应用实践联系紧密，让学生从工程应用角度理解相关知识更有意义。针对不同阶段、不同知识点灵活运用引导式、启发式和讨论式教学方法，利用专题讲解的形式介绍数字信号处理学科领域的具体应用和前沿知识，激发学生的求知欲。通过一系列的实践教学及课程改革，促进学生实践能力和创新能力的提高。
二、课堂教学
1.辅助教学软件的开发与应用。数字信号课程大量运用数学公式、系统理论，抽象难懂。数字信号处理的一些基本概念和方法往往被众多烦琐的数学公式推导所掩盖。传统的教学方式大多采用板书的形式将数学公式和定理证明进行分析与推导。大量的板书只会让学生觉得枯燥乏味，注意力往往无法集中。然而，采用课件演示方法进行讲解也只是简单的将书本知识进行搬移，课件演示使得课堂节奏过快，一些重要的理论知识无法深入理解，不会灵活变通。可见，课件演示结合板书的教学模式，很难达到预期的教学目的。应用辅助教学软件[4]，增强教学过程中的互动性，引发学生的学习积极性和创造性显得十分有必要。辅助教学软件的应用可形象地以图形化方法将一些烦琐、复杂、抽象的公式和定理演示给学生，使得枯燥的理论更加容易地被学生接受和理解。
Matlab软件为我们提供了强大的数值分析和计算结果可视化功能等工具箱，十分适合在《数字信号处理》课程中的应用。例如，在IIR滤波器的设计教学过程中，利用辅助教学软件演示滤波器设计的幅频或相频特性（如图1所示），并结合滤波器的应用实例（巴特沃斯滤波器应用――图像增强[4]），展示最终处理效果，如图2所示。这种教学方式不仅可以生动形象的阐述理论知识，还能借鉴实例讲解理论知识的运用，在增强学生的学习兴趣的同时还能引导学生积极地参与到课程的实践教学活动中去。
2.实践案例引入教学。《数字信号处理》课程与工程应用联系紧密，传授如何在工程中运用相关知识显得更为重要。目前，很多高校对专业基础课程的教学还停留在大量灌输理论知识阶段，不注重培养学生的实践经验，根本无法做到学以致用。针对这种现象，在教学过程中，应注重对重要的理论知识、信号处理方法的应用的讲解与介绍。例如，讲解离散傅里叶变换（DFT）时，介绍频谱分析在语音信号识别中的应用；学习数字滤波器的设计过程中，介绍图像信号的滤波处理的应用等。
在对某一知识体系讲授时，可以采用图片和音频或视频等形式有针对性地介绍不同技术在数字信号处理领域的相关应用，使得学生可以将基础学科所学知识和工程应用研究成果联系起来，有助于调动他们学习的积极性和主动性。在课程的中后期可采用专题介绍的形式将最新的有关数字信号处理的研究成果介绍给学生。鼓励学生积极参与相关课题的探讨，利用我院的实践平台（CDIO创新实验室），在教师的指导下完成一些创新项目的开发，锻炼学生的实践与创新能力。通过自学、讨论、查阅资料，并在教师指导下，参与教师承担的相关项目和科研活动，锻炼学生运用知识解决问题和创新能力。鼓励学生在整个教学中，力求通过各种手段将理论知识和实践相结合，让学生切实地体会到学以致用。
三、实践教学
为了更好的让学生掌握数字信号处理相关知识及方法，实践教学环节的设置必不可少。目前，大多数高校都存在实践课程与理论课程严重脱节的现象，学生很难将实践内容与理论课程结合在一起。我院采取理论教学与实践教学教师统一的方式，理论教师直接指导实践教学，使得理论教学和实践教学紧密结合，相辅相成。实验教学中，尽可能地做到课堂与实验室相互穿插，甚至可将课堂转移至实验室。当讲授某些重点知识后，马上进行相应地实验练习，加深对该知识理论的理解与掌握。
教师要对实验内容精心设计与安排，可根据学生的能力水平和兴趣因材施教，设置简单的验证性实验和应用性较强的综合设计性实验。对于验证性实验主要侧重理论知识的验证与深入理解，这部分实验可主要由教师讲解，学生独立完成；综合设计性实验主要锻炼学生对整个课程的全面理解与掌握以及如何利用课程内容解决实际问题的能力。结合数字信号处理在工程上的应用实例精心编排综合设计性实验[6-7]，教师给出与本课程相关的综合设计性题目供学生自主选择。学生要根据设计的要求，进行一定的自学与调研，通过查阅相关资料并与教师探讨自行设计方案，并进行方案验证完成设计实验的要求。在制定综合设计题目的同时尽量鼓励学生参与到教学活动中，调动其学习积极性。
例如，传统的IIR滤波器设计实验通常是教师给出数字滤波器的技术指标，学生按照设计滤波器步骤直接进行设计。这种实验的教学方式仅仅只是强化学生对数字滤波器设计步骤的记忆，无法让学生深入地理解到数字滤波器在数字信号处理领域如何运用，如何根据具体应用背景设定指标参数。因此，综合设计实验的选题一定要以实际的工程应用为前提。可以考虑以语音、图像或心电图信号的滤波（去噪）为应用背景，根据不同信号的特点及要求进行滤波器的设计。在设计的过程中，学生首先要学会各类信息的采集方法，接着，要求学生要熟悉各类信号的频谱分布状况，根据频谱分析确定滤波器的指标参数并进行滤波器的选型，最终还要对滤波器的滤波效果进行主客观评价。这种实践教学模式可以引导学生运用数字信号处理的知识来分析、解决问题，在研究中加深对基础知识的理解，提高利用理论知识解决问题的能力。
四、结束语
《数字信号处理》课程已成为各大高校电子、通信专业的基础课程，在各个领域应用广泛。该课程的理论性过强、公式复杂，传统的教学模式很难让学生理解数字信号处理的意义何在。数字信号处理课程的教学改革需要教师用心思考、精心设计。教学辅助软件的合理使用，将抽象的理论知识形象生动化，有助于加深对信号处理相关知识的理解，教学中贯穿实践案例，能够更好地帮助学生理解基础课程的实际意义，合理安排实验内容可有效地将理论与实践结合，大大增强学生的学习兴趣与积极性，从而达到提高教学质量的目的。
参考文献：
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为适应社会经济与科学技术发展的需要，教育部在2007年下发的《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》(教高〔2007〕2号)中提到，必须从综合优化的角度开展课程体系及教学内容的改革，建立与经济社会发展相适应的课程体系，课程群建设即是上述综合优化式的教学改革方式之一。所谓“课程群”，即是指将若干具有关联性与衔接关系，能够相互支撑、补充或强化的单门课程通过优化整合后形成的课程群体［1］。自1990年北京理工大学首次提出“课群”(课程群的前期称谓)的概念开始［2］，国内高校相继开展了各类课程群的教学改革与建设，最近几年呈现迅速发展的态势，涌现出许多优秀的课程群建设案例。以信号处理课程群为例，如2008年重庆大学信号与信息处理课程群建设［3］，2010年长沙理工大学基于CDIO的信号处理课程群教学改革［4］，2012年安徽建筑工业学院基于创新实践体系的信号处理课程群建设［5］，以及2013年中国矿业大学树状交织模块化信号处理课程群体系［6］等。这些案例大部分是针对电子信息专业或电气信息大类专业进行建设，具有一定的普适性;由于各专业的人才培养目标略有不同，在课程设计及教学重点上也存在一定差异。以电子信息工程专业与通信工程专业在信号处理类课程设置上的区别为例，电子信息工程专业的信号处理课程群一般设置有信号与系统、数字信号处理、语音信号处理、数字图像处理、DSP技术和嵌入式技术等，这些课程大多都属于电子信息工程专业的核心主干课程，课时量大，逻辑衔接非常紧密，其中信号与系统和数字信号处理属于基础类课程，语音信号处理和数字图像处理属于应用类课程，而DSP技术和嵌入式技术属于实现类课程。上述课程设置方式与文献［3］－［6］的课程群建设方案基本一致，可以将其作为电子信息工程专业信号处理课程群设置的参考范例。而通信工程专业的信号处理类课程中通常仅有信号与系统和数字信号处理属于核心主干课程，由于信号处理技术的应用与实现并不属于通信工程专业的重点培养目标，因而应用及实现类课程多为选修课程，课时量安排较少，对学生掌握程度的要求相对较低;在信号与系统、数字信号处理等基础课程的教学内容选取方面，则必须要考虑与通信工程专业其他主干课程的衔接关系，如通信原理、通信电子线路以及移动通信等。因此，照搬现有的案例并不可行，需要结合学校实际及通信工程专业的具体情况构建适合的信号处理课程群，才能使其与通信工程专业的整体课程架构紧密契合。
二、本校通信工程专业信号处理类课程设置及存在的问题
通信工程专业的信号处理类课程设置如表1所示，其中信号与系统、数字信号处理和MATLAB仿真及系统实现属于专业必修课程，数字图像处理、DSP技术及应用和综合技能实践属于选修课程，目前这些课程在实际教学中主要存在以下几方面问题:
(一)关联课程在部分教学内容上重叠或逻辑衔接不够紧密
例如，信号与系统和数字信号处理在教学内容上的交叉部分为离散时间系统的时频域分析，利用差分方程和Z变换求解离散时间系统的响应或系统函数是信号与系统的重要知识点，也是数字信号处理的基础知识，在课程群规划之前各门课程单独设置授课学时，因此都花费相当的课时数重复讲授该部分内容。又如，信号与系统中的傅里叶变换是时域和频域转换的桥梁，在常用信号的傅里叶变换一节中仅用一个公式简单描述正余弦信号的频谱表达式，因此在教学中通常被一笔带过，很少详细讲述该表达式的物理意义，而这正是调制与解调的理论基础，在后续的通信电子线路、通信原理以及移动通信等课程中将被反复提及和运用，学生却因为印象不深刻而对此概念不甚理解，从而影响了对后续专业课程的掌握。这些都是没有充分利用课程内容间的逻辑关联进行相互支撑和强化的典型案例。
(二)应用类课程偏重理论体系的完整性而忽略其实践价值
DSP技术及应用课程讨论数字信号处理的硬件实现，是将理论联系实际的平台，而以往的教学通常利用大量的课时讲授DSP器件的结构特征、软件体系和编程方法等，具体应用也只局限于IIR和FIR数字滤波器的硬件设计，学生没有机会体验和实践DSP技术在实际应用中的强大功能。而数字图像处理课程被设置为纯理论课程，主要讲述数字图像的基本概念、数字图像形成的原理，要求学生掌握数字图像处理的理论基础和技术方法，由于缺乏软件或硬件实践课程的支撑，学生很难将所学知识应用到未来相关领域的工作和科学研究中。
(三)实验教学从属于理论教学，按单门课程独
立设计教学内容，偏重知识的横向联系，体现不出实践教学本身的连贯和系统性例如信号与系统、数字信号处理和MATLAB仿真及系统实现三门课程的实践教学均采用MATLAB仿真软件，却都要花两至三个课时学习MATLAB基础知识。另外，现在的实验教学还存在其他诸多方面的问题，如实验教学内容简单、陈旧，多为验证性实验，开放型和研究型的综合设计实验太少，达不到锻炼学生创新能力的效果;实验设备的利用率不高，买回来的新设备两三年都没有在教学中得以应用;综合技能实训名不副实，一周或两周的实训课程只需在网上搜索一份类似的课程设计报告就可以拿到学分，学生得不到真正的锻炼。
(四)在理论和实践
教学中仍采用传统单一的教学模式，教学效果不佳例如信号与系统、数字信号处理等基础课程的理论教学一直沿用黑板授课方式，大量图片和演算都依靠板书展示，使得课堂效率不高。因此，将经典教学法与多媒体以及仿真教学相结合是信号处理类课程教学改革的必然趋势，也是课程群建设的首要任务。在实践教学方面，单一的演示和验证方式已经无法满足实践创新的要求，在很大程度上限制了学生主观能动性的发挥，不能真正完成“实践能力”的培养任务;实践内容与“实际”联系不紧密，学生的感性认识得不到加强，不利于将学到的知识应用到实际领域，更不利于他们直接获得与现实要求相应的职业能力。
(五)教学评价机制缺位
对于理论教学质量的评价方式仅以考试和考查区分，学生为获得学分死记硬背、临场发挥的学习方式无法将知识内化，使个人能力没有得到真正提升。对于实践能力的考查，更没有统一的评价标准和考核指标，学生不重视实践课程的学习，更谈不上激发他们在实践中改革创新的积极性，相反存在着一定的制约倾向。
三、课程群体系重构及教学改革
基于上述问题，面向通信工程专业的信号处理课程群教学改革不仅需对现有理论教学和实验教学中存在的弊端进行针对性改革，还应对教学模式和教学评价机制等进行全方位建设，下面就上述几点进行详细阐述。
(一)理论教学内容的优化与整合
对于理论教学内容改革的关键是利用课程群知识结构的关联和承接性对相关教学内容进行优化与整合。例如，上文中提到信号与系统和数字信号处理两门课程在Z变换相关教学内容的重复问题，可以考虑将离散系统的时频域分析放在信号与系统课程中，以三大变换(傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换)为线索，研究信号通过系统进行传输、处理的基本理论和分析方法;而数字信号处理的重点则放在两个傅里叶变换(离散傅里叶变换DFT和快速傅里叶变换FFT)和两种数字滤波器(无限脉冲响应数字滤波器IIR和有限脉冲响应数字滤波器FIR)设计上。在课程群间的逻辑衔接问题上，在信号与系统和数字信号处理这类基础课程的讲授中，如果涉及到与通信系统相关的基本理论时，应多花时间进行讲授和引导，为日后其他专业课程的学习打好基础。鉴于通信工程专业的DSP技术及应用课程为选修课程课时量不多，可将该课程定位为应用实践课程，在理论部分主要结合现有的DSP实验设备资源，以TMS320DM642芯片为基础，讲授它的片上资源及相关设计即可，无需花太多时间系统介绍DSP的结构特征和编程技巧等。
(二)实践教学内容的优化与整合
对于课程群实践教学内容的优化与整合，按照各门课程实践教学内容的性质和关联性，提出了如图1所示的综合实践教学方案，分为软件实验、硬件实验和综合设计实验三个模块。软件实验MATLAB应用基础信号与系统模块数字信号处理模块{通信系统仿真模块硬件实验数字滤波器设计模块图像处理模块{音视频通信系统模块综合设计实验网络视频安防系统IP可视电视设计{视频点播机顶盒设计等图1基于课程群的综合实践教学设计在软件实验部分，考虑到信号与系统、数字信号处理和MATLAB仿真及系统实现这三门课程的实验平台都是MATLAB软件，并为确保信号与系统及数字信号处理这两门基础课程充足的理论课时，将它们的实验部分去掉，统一整合到MATLAB仿真及系统实现课程中，整门课程分为MATLAB应用基础、信号与系统的时频域分析、数字滤波器设计以及基于SIMULINK的通信系统仿真四部分，通信系统仿真部分要求学生能够掌握MATLAB软件在通信系统中的运用，学习各种基本的通信系统的数学建模与计算机仿真方法。在硬件实验部分，将数字图像处理和DSP技术及应用两门课程做有机结合。现有的DSP教学实验设备是闻亭公司的TS－DM64X实验箱，该实验箱集成的DSP芯片为TMS320DM642，这是一款高性能的数字信号处理器，片上带有丰富的音视频硬件资源，具有多种接口，可应用于音视频、网络和信号处理等方面。因此，可加大DSP技术及应用课程的实践教学比例，在实践教学中融入图像处理基础实验和音视频通信系统实验等。而在综合设计部分及综合技能实训课程中，则侧重引导学生将信号处理类课程的理论知识应用到通信系统的相关设计中，希望学生以小组形式完成一些综合性的系统设计，如网络视频安防系统、IP可视电话系统等。
(三)在理论教学和实践教学中采用多元化教学模式
将多元立体化的教学模式应用到课程群教学中是改革的必然趋势。在理论教学方面，将传统教学、多媒体教学、网络教学以及科学软件仿真相结合，根据教学内容需要以及学生对知识的接收度实施灵活多样的教学模式。在实验教学方面，通过有效利用现有的实验设备资源，采用硬件实验和计算机仿真实验相结合的方式，构造多样化实践平台。在实验教学实施的过程中，对不同的项目任务、不同的完成阶段，采取不同的教学模式，如基于工作过程的教学模式、自主式实验教学模式、参与研究式实验教学模式以及校企联合培养教学模式等。1．基于工作过程的教学模式:是以工作过程为导向，构建与工作过程相适应的专业课程体系，分析工作过程中涉及的知识与技能，设置或模拟工作过程情景组织教学，使学生获得职业岗位或岗位群职业能力的新兴教学模式。2．自主式实践教学模式:在实践过程中由几名学生组成研究小组，在教师的指导和引导下“自行”选择的研究项目，要求学生自己查阅文献，验证项目的可行性和先进性，自己撰写论文和报告，通过这样的模式突出学生在教学中的主体地位，从而培养学生自主分析问题、解决问题的能力，并以此提升他们的创新意识和团队精神。在自主实践环节，教师应从知识的提供者转变为学习的引导和启发者。加大实验室开放力度，加强各类竞赛、学生社团、兴趣小组、科技创新、自由创作等课外实践活动，并将学生的自主实践成果纳入实践能力的考核范围。3．参与式实践教学模式:教师可将与课程相关的科研课题引入到教学中，根据学生的能力节选部分科研内容作为课程实践内容的拓展。该模式主要提高学生的专业素质，促使学生了解学科的先进知识，在真正的科研课题中将课本中学到的知识学以致用，并在实践中提高学生的创新思维和科研能力，为实现自主创业打下良好基础。4．校企联合培养教学模式:加强与企业的合作，开办教学改革实验班，为企业培养各种定向的高级应用型人才;加强与相关职业资格认证部门的合作，在实践教学环节增加各种职业资格课程，要求学生在校期间选修一到两门，并取得相关的职业资格认证;加强实习基地建设，要求学生在实习期间到企业顶岗实习，参与企业相关产品研发，毕业论文选题应与企业中的真实案例相关，实习期间的考核评价由企业相关指导人员负责等。总之，信号处理课程群是一个理论和实践教学的综合体，在教学过程中切勿将两者分离。
(四)构建多元化教学评价体系
建立和实施以综合能力与创新能力为主的全程考核多元化教学考核体系，建立可持续评价机制，重点考核学生综合运用所学知识和技能，创造性发现问题、分析问题、解决问题的能力，保证课程目标的实现，使学生专业技能和创新技能以及创业能力得到提高。在考核机制中，要避免只注重结果、不注重过程的考核办法，教师要跟踪学生的整个学习过程，每个阶段都要和学生交流，及时反馈，并对该阶段学生的成果进行考核，最后给出综合成绩，以促使学生在教学的各环节都能得到锻炼。
四、课程群教学改革对教师的挑战
【关键词】数字信号处理;教学方法;电子信息专业
一、《数字信号处理》课程的教学内容
1.1合理处理教材内容
目前，有关《数字信号处理》课程的参考教材很多，有些教材不仅理论性强，而且难度也比较大，很难适用于工程教育为背景的学习能力相对较弱的学生。依据具体的教学需求，需要有目的、合理的选用教材内容。具体而言，为适应学生的特点，课程讲解需要从离散时间信号处理内容讲起，并且在课程复习的过程中重点强调离散时间信号的知识点。依据讲解滤波器的设计，讲授有限冲激响应等，以求帮助学生掌握课程内容，弥补课程学时少、内容多的缺陷。
1.2精心组织教学内容
《数字信号处理》的内容理论性较强，晦涩难懂，大多数的概念涉及到了大量数学公式的推导，此外，学生们普遍的反映教学内容枯燥无味、难以接受。为了让学生在有限的课时内理解掌握好数字信号处理的基本知识点，并且重点对信号处理授课内容进行了精心的选择及安排，对部分详细内容进行精简，重点讲授关键的理论和重点的内容。最后采用专题的形式讲解数字信号处理在实际工程信息处理中的应用，这一做法避免大量冗长复杂的推导公式，丰富了教学内容，在一定程度上提高了学生的学习兴趣。
1.3实验教学和理论教学同步进行
数字信号处理课程教学中只有理论和实践同步进行才能够达到理想的教学效果。针对课程具体内容涉及信号的产生与采集、信号的FFT(FastFourierTransformation即快速傅氏变换)分析、滤波器设计等等。这要求学生在熟悉数学处理工具Matlab软件的情况下对图像信号进行采集，并且对信号进行回放、显示、缩小及放大。而后对不同频率、不同幅值的信号进行FFT谱分析，针对图像的内容、画图说明谱的含义，最后对信号进行滤波，并比较信号在滤波前后的频谱的变化。
二、提高学生学习《数字信号处理》课程的兴趣
2.1多元化教学手法的应用
《数字信号处理》课程在长久以来因内容抽象、理论性强，常常采用“灌输式”的课堂教学方式进行授课。这种“灌输式”的教学方式使得学生处于被动的接受地位，缺乏积极学习的主动性。因此，在具体的教学过程中一方面应当重视问题的难以程度，注重启发式的教学，进而激发学生的求知欲；另一方面注重理论结合实际，学生密切联系实际应用，通过具体的实验和实际案例对问题进行探究，尽量减少课堂上繁琐的数学推导，采用板书加多媒体辅助式的教学方式进行教学，由浅入深进行教学，学生只有听得明白，才会有成就感、才会感兴趣。
2.2将理论内容可视化
目前，国际上许多学校采用Matlab的仿真方法来完成数字信号处理教学的相关理论教学，Matlab仿真方法的运用能够将理论与实践教学进行有机地结合，可做到基本原理和基本运算可视化、可操作化。这里所提到的可视化及可操作化是国外大学中所提供出的一种可以在我们理工科教学中进行应用的、很好的思路及解决方法。对于课程布置的具体实验而言，具有大型化、系统化的发展趋势，难度比较大，可使得学生对复杂的理论进行动手操作，可提供具体的解决问题的方法和能力，这一做法能够促使学生较为深刻地掌握和理解信号处理课程中所学习到的内容。
2.3从工程中来到工程中去
具体举例而言，实际工程中DFT（DiscreteFourierTransform即离散傅里叶变换）和FFT技术在电话拨键的双音频号的具体应用，让学生找出学习的重难点，建立学习目标。这一做法被看作为从工程中来；此外，大学生的电子制作竞赛中，DSP竞赛或学生科研立项中选择与数字信号处理相关的课题去进行开发研究，由学生进行全程参与，这就是到工程中去。
三、结语
数字信号处理课程因其理论性强，一直以来不受学生喜爱，因此要想提高教学水平，增强学生的学习兴趣，就需要在教学内容、教学手段及实验教学上不断进行尝试与探索。此外，还要不断地完善理论教学内容，更好地应用于实践中。
作者:王峥刘盾单位:天津职业技术师范大学
参考文献
[1]梁快;赵明富.“信号与系统”与“数字信号处理”两课教学整合[J].电气电子教学学报，2007（5）.
根据数字信号处理课程的特点，将MATLAB软件引入实验教学．通过设计实例对该课程的综合实验进行了探讨和研究，教学效果表明该实验内容有利于培养学生将多个理论知识点进行融合并综合运用的能力．
关键词:
数字信号处理;综合实验;FIR数字滤波器;IIR数字滤波器
0引言
数字信号处理是电子信息类专业的专业基础课，为语音信号处理、数字图像处理、DSP技术等专业方向课的学习和应用提供理论基础．该课程的特点是理论性和实践性都很强，主要体现在基本原理及概念抽象、数学公式多，大量解决工程实际问题的算法必须用软件实现．因此，该课程的实验环节非常重要．目前国内外非常普遍的做法是将MATLAB软件引入数字信号处理课程的实验教学，该软件除了具有强大的运算能力和数据可视化功能，还有信号处理工具箱，该工具箱是一个内容丰富的信号处理软件库，数字信号处理课程中的大部分算法都可以在该工具箱中找到对应的函数文件，是学习、应用数字信号处理理论的一个非常好的工具，对帮助学生快速理解课程中抽象的基本概念起到了重要的作用．
1实验内容的三个层次
根据数字信号处理课程的特点，结合理论教学内容，该课程的实验内容包括三个层次．第一层次是验证性实验，其目的是帮助学生加深对课程基本理论的理解．内容包括时域离散信号和系统的时域、频域分析;第二层次是设计性实验，是培养学生理论联系实际的动手实践能力．内容包括频谱分析和数字滤波器的设计;第三层次是综合性实验，是培养学生对多个知识点的综合应用的创新能力．
2综合实验内容设计
综合实验是在一个实验中考察学生对多个知识点的掌握情况，对于提高学生的学习兴趣、培养学生将各章知识点融会贯通、理论联系实际的能力有着不可或缺的作用．因此必须仔细设计综合实验内容，以增强理论教学效果．在综合实验的内容设计上，将工程实践问题抽象化，引导学生将数字信号处理课程的两大重点内容－频谱分析和数字滤波器设计相结合，培养学生举一反三的综合应用能力．
2.1综合实验内容举例
一个含有5Hz、20Hz和30Hz的混和正弦波信号，该信号叠加了均值为0，平均功率为0.1的加性高斯噪声，设采样频率为Fs=150Hz，阻带衰减至少为50dB，设计要求:1)只保留5Hz的正弦信号，即滤除20Hz和30Hz正弦信号;2)只保留30Hz的正弦信号，即滤除5Hz和20Hz正弦信号;3)只保留20Hz的正弦信号，即滤除5Hz和30Hz正弦信号;4)保留5Hz和30Hz的正弦信号，即滤除20Hz正弦信号．编写程序设计满足以上性能指标的FIRDF和IIRDF．画图要求:1)原始加噪信号的时域波形及频谱图;2)数字滤波器的幅频响应和相频响应;3)数字滤波后信号的时域波形及频谱图．
2.2实验内容包含的知识点
1)原始加噪信号的时域和频域表示;2)FIRDF和IIRDF的设计(低通、高通、带通、带阻);3)原始加噪信号滤波后的时域和频域表示并比较;4)FIRDF和IIRDF的性能比较．
3综合实验设计过程(以低通滤波器设计为例)
3.1原始加噪信号的时域波形及频谱
原始信号为3个频率成分的正弦信号叠加，被均值为0，平均功率为0.1的加性高斯噪声污染．如图1所示．从图1可以看出，在时域上，原始信号被噪声污染，通过求该信号的频谱，在频域上可以明显看出该信号由3个频率成分的正弦信号组合而成．这一部分内容的目的是让学生一目了然地将信号的时域特点和频域特点统一起来．
3.2数字低通滤波器设计及性能比较
FIRDF和IIRDF的设计．FIRDF以窗函数(汉明窗)设计法为例，IIRDF以巴特沃思滤波器设计为例，二者的幅频响应和相频响应如图2所示．从图2可以看出FIR和IIR两大类数字滤波器的幅频特性均满足设计指标要求，并容易看出FIRDF具有线性相位特性，而IIRDF不具有线性相位特性．这两种滤波器有着不同的应用场合．
3.3滤波后信号的时域波形及频谱
原始加噪信号经过FIR和IIR滤波器滤波后的时域波形及频谱如图3所示．从图3可以看出，FIRDF和IIRDF均达到了滤波效果，只保留了信号中的低频成分．
4实验结果
以数字低通滤波器设计为例，应用MATLAB进行编程，得到FIR、IIR数字滤波器的阶数比较如表1、2所示．从表1、2可以看出，对于相同的滤波性能指标，IIRDF比FIRDF的阶数低很多，因此，在数字通信、图像传输等要求线性相位的应用场合选择FIRDF，而在不需要线性相位时，可以选择IIRDF实现滤波要求．
5结语
综合实验是培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，本文从实际应用出发，探讨了综合实验的设计思想，并通过实例说明了综合实验在学生能力培养方面的作用．教学实践证明，该综合实验的设计达到了很好的教学效果．
参考文献:
［1］高西全，丁玉美，阔永红．数字信号处理－原理、实现及应用(第二版)［M］．北京:电子工业出版社，2010．
［2］刘树棠译．数字信号处理(MATLAB版)(第2版)［M］．西安:西安交通大学出版社，2008．
［3］胡广书．数字信号处理理论、算法与实现(第三版)［M］．北京:清华大学出版社，2012．
［4］罗腾飞，译．数字信号处理实践方法［M］．北京:电子工业出版社，2003．
一、引言
随着现代计算机和信息技术的不断发展，数字信号处理在当今高科技领域有着极为重要的地位和广泛的用途[1]。然而它的基础课程却处于教难、学更难的境况中，并且，学生即使掌握了理论知识，也很难灵活应用至实践中[2]。调研国内外数字信号处理课程教学，上述问题主要归因于两个方面：一方面是传统的教学形式单一，仅依赖文字帮助理解基本理论[3-5]；数字信号处理课程不同于其他课程，它是基于“高等数学”、“大学物理”等公式和推导较多的学科，理论性强，极具抽象性，有大量的算法和晦涩难懂的基本理论[6]。在课堂教学中教师仅采用Powerpoint软件编制的课件不够直观，许多内容学生很难透彻理解。其次，数字信号处理是适应高速数字集成电路的面市应运而生的，其大量的计算算法适于在计算机上实现，对于人来说则运算量大且烦琐，学生们难以亲手验证，因而经常得不到形象化的结果，使得对理论的理解难以透彻，实际应用中总有一层障碍。另一方面是受限于传统实验室的模式和格局，数字信号处理课程的实验教学环节严重缺失[7-9]；信息类专业课程有很强的实用性，其受众广，且信息量大，然而因实验场地、设备、资金等因素，目前单一的传统实验室已完全不能满足学校完成教学任务，很难开展实验教学，很多院校根本没有配套开设实验教学。然而，实验教学是高等院校培养高素质合格人才的重要实践性环节，在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。若学生们缺乏实验教学环节，在实际应用时则会显得有些束手无策，实际动手能力和创新能力也亟待增强。若不能在教学中突破以上两个瓶颈问题――单一的教学形式和传统的实验室建设模式及格局，数字信号处理课程的教学质量和教学效果将大打折扣。
二、虚拟仪器技术在教学应用中的优势
伴随着虚拟仪器技术的发展及其在国内的普及，它可为数字信号处理课程的教学提供新的思路和巨大变化。突破传统教学手段，深入融合虚拟仪器技术，全面创新数字信号处理课程教学方法应运而生[10-11]。虚拟仪器是将现有的计算机技术、软件技术和高性能模块化的硬件结合在一起而建立的功能强大又灵活易变的仪器，其强调硬件是基础，软件是核心，使用者可通过修改软件，方便地修改和增加仪器的功能和规模，性价比高[12]。模块化硬件体积小，便于携带，可“装入”计算机，即能与计算机互联互通。软件开发平台可选择图形化编程语言LabVIEW，它具有功能强大的数据分析函数，可以非常灵活地为教学中的理论知识设计各种虚拟仪器。同时，它也将使用者从复杂的文本编程语言中解脱出来，将重心专注于软件的功能。这使得教师可在很短的时间内开发出虚拟仪器课堂应用，把书本上理论性较强的知识转换成直观性很强的动态图形，加深对理论知识的理解。由于虚拟仪器使用的硬件大多是通用的，各种专业仪器的功能主要依靠软件实现，将虚拟仪器引入至实验教学中，必将大量减少设备经费的支出和节省实验场地的空间，学生们也能感受和应用先进的科学技术和手段，积极主动地学习。因此，根据数字信号处理课程的特点，基于虚拟仪器技术开发虚拟辅助教学软件和构建虚拟实验教学平台，全面创新数字信号处理课程教学方法和体系。这对活跃课堂气氛，增强学生学习兴趣，提升学生基本技能，提高教学质量，巩固教学效果等将具有非常重要的意义。
三、创新课程教学形式，开发虚拟辅助教学软件
虚拟辅助教学软件是基于虚拟仪器技术开发的教学演示子系统。针对数字信号处理课程中许多难以理解的抽象概念与性质，对应每一章的内容相应制作多个精致的演示程序，用丰富而具有动感的彩色图形把课程中疑难之处用生动形象的形式展现出来，使学生加深理解。下面以“窗函数”为例，具体阐述虚拟辅助教学软件如何进行辅助教学。在数字信号处理课程中，为了减少频谱能量泄漏，可采用不同的截取函数对信号进行截短，截断函数称为窗函数，简称为窗。在教学演示子系统中，基于虚拟仪器技术开发出窗函数比较动态演示程序，其前面板和程序框图分别如图1和图2所示。针对同一个信号施加不同的窗函数，让学生观察频域波形的变化，从而体会窗函数的性质和特性。这样动态形象的演示让学生能感性地认识到窗函数之间的不同，加深对窗函数的理解。
从以上应用实例可发现，通过利用虚拟辅助教学软件，不仅能够采用文字和静态图形直观地展示教学内容，还能通过动态图形生动形象地阐述教学内容，更易于学生理解所学内容。采用PPT课件和虚拟辅助教学软件结合授课，教学形式新颖，教学内容生动，教学效果更好。
四、完善课程教学体系，构建虚拟实验教学平台
虚拟仪器使用的硬件大都是通用的，各种专业仪器的差异主要靠软件实现。依托虚拟仪器技术、计算机技术、电子技术和通信技术等，融合多种模块化硬件设备构建高校虚拟实验教学平台，具有无可替代的优势和广阔的发展前景。图3为虚拟实验教学平台架构，由n台计算机及相关硬件如采集卡、信号调理箱、电工实验箱等组成，形成一个局域网，并与校园网连接，方便学生随时随地接入进行实验。
虚拟实验教学平台充分利用虚拟仪器技术和计算机高速计算的优势，给学生提供实用的信号仿真、分析处理、设计等工具，不仅可以快速便捷地得到所需的信号数据或计算结果，而且能把这些结果绘制成图形，给学生以非常形象化的感性认识。数字化的实验结果存储，加上网络传输能力，使实现远程实验教学成为可能，虚拟实验教学平台让实验随时随地进行。整个实验也许只需要一套硬件设备，其他是由软件来实现的，这样可以大大节省实验设备和场地的资金投入，即共享教学设施，节约现实教学资源。虚拟实验教学平台具有灵活、成本低、网络化等特点，在高校的教学乃至科研中将发挥极大的作用。与传统的实验室相比，虚拟实验教学平台的优势主要体现在：（1）传统仪器的功能仅由厂家定义，虚拟仪器在很大程度上功能可由使用者自行定义和设计，便于开展研究性或设计型的实验。（2）各种测量仪器不应当再是彼此相互孤立的，能够与计算机相联，组成一个以一台计算机为中心的测量环境（系统）。（3）计算机进一步组成网络，因而形成一个网络化的仪器与测量环境（系统）。虚拟实验教学平台能够为学生提供高性价比的实验教学条件，让教学环节从课本延伸到实验，加深对理论教学的深入理解，巩固教学成果，培养学生实践动手和创新能力，提高学生技能水平，让学生今后无论是直接就业还是继续深造都更具竞争力。