“數字信號處理課程設計”教學的探索與實踐

李紅巖

（河南工業大學信息科學與工程學院，河南 鄭州450000）

“數字信號處理課程設計”教學的探索與實踐

李紅巖

（河南工業大學信息科學與工程學院，河南 鄭州450000）

本文以工程教育認證的核心理念為指導，在數字信號處理課程設計的教學實踐中，著重培養學生嚴謹認真的工程探索精神，引導學生掌握電子信息工程項目開發的基本流程，教學實踐表明這有助于提高學生處理復雜工程問題的能力。

數字信號處理；教學內容；方法

在我院電子信息工程專業的培養方案中，《數字信號處理課程設計》是繼《數字信號處理》、《Matlab及其應用》課程及有關課程設計后，電子信息工程專業學生在信號處理技術方面綜合性的設計實訓課程，是數字信號處理技術的一個重要組成部分。其目的和任務是通過一周的時間，讓學生掌握數字信號處理的基本概念和基本理論，掌握數字濾波器的設計方法，熟悉Matlab軟件的使用方法，能夠利用Matlab軟件進行FIR或IIR數字濾波器的設計，進行一維信號的頻譜分析，并利用混合信號通過所設計的數字濾波器進行驗證，解決信號處理技術中的綜合問題，為以后進行工程實際問題的研究打下設計基礎，加強實踐教學環節，加強學生獨立分析、解決問題的能力，培養學生動手能力和解決實際問題的能力，實現寬口徑教育。

工程教育認證是來源于國外的教育質量評價制度，目前是國際通行的高校工程專業進行質量評價評估的重要手段，基于此可以實現工程教育領域各國之間的互相認可。 開展工程教育認證，能夠推進高校工程類專業的國際化，增強本校工程專業在國際上的競爭力，并能夠保證工科畢業生的質量，對我國高等教育和工程教育的進展有著重要意義。我國已于2013年加入《華盛頓協議》，表明我國工程教育質量及其保障得到了國際工程教育界的認可，意味著為我國的工程類學生提供了具有國際互認質量標準的通行證，為將來我國工程類學生走向世界打了下堅實的基礎，加入國際認證協會也標志著我國工程教育向國際化邁出了重大一步，說明我國的工程教育認證體系初步具備了與國際認證的“實質等效”性。借助專業認證，達到教育質量評價標準的高?；驅I得到認可，同時能夠有助于院校改進工作，有助于教師改進教學水平。

通過學習工程認證的核心理念和認證考核標準，本文作者反思了“數字信號處理課程設計”教學中存在的問題，主要包括以下兩點：1）在當前的教學大綱中，課程設計的題目是老師選定后指定給學生的，選題沒有考慮調動學生的自主性和激發學生的興趣點，不利于學生自主學習能力和工程探索意識的培養；2）在課程設計指導書內容的安排和組織方面，側重于給出學生詳細的設計流程和設計方法，而沒有啟發學生自主提出課題設計思路和設計方案，限制了學生獨立分析解決問題的空間，不利于培養學生的創新能力?？傊?，當前的數字信號處理課程設計教學中還存在較多的問題，這些問題的存在不利于提高學生分析解決復雜工程問題的能力，因此亟待引入新的教學理念和教學方法。

工程教育認證目前已成為全球高校專業認證的主流，是我國高校與國際接軌的重要途徑。為了達到工程教育認證標準中設定的畢業要求，需要將畢業要求分解到各門課程中，在教學中綜合體現并最終達成畢業要求。依據畢業要求，我院設定“數字信號處理課程設計”對畢業要求的支撐體現在：“能夠在電子信息系統軟硬件開發項目中進行概要設計和詳細設計。能夠按照設計方案要求實現電子信息信息系統軟硬件開發”。本文以課題“應用數字濾波法實現語音去噪”為例，對如何提高學生解決復雜工程問題的能力，進行了有益的探索與實踐。

具體來講，以基于學習產出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE）為指導，本文從以下幾個方面進行了“數字信號處理課程設計”教學內容和方法的探索與實踐。

1 分析和分解問題能力的培養

首先，明確要處理的工程問題，即利用用MATLAB仿真工具，對數字濾波法的語音去噪效果進行分析和評價。要求學生自主查閱專業文獻，對語音去噪的常用方法和設計思路進行文獻綜述，目的是通過廣泛的文獻閱讀對課題進行深入剖析，掌握課題設計的核心問題和基本思路。在文獻閱讀基礎上，啟發學生對問題進行分析和分解，讓學生認識到一個復雜的工程問題是由多個關鍵問題組成的，合理的問題分解能夠使復雜問題清晰化簡單化，基于問題分解可以得出模塊化的設計思路。比如，本課題要解決的工程問題可以分解為：如何采集語音信號，如何選擇合適的數字濾波器，如何對語音信號進行時頻分析，如何設置濾波器的參數，如何評價設計方案的合理性等子問題。

2 解決問題能力的培養

針對本課題，引導學生認識到解決具體工程問題時，應按照項目的規劃有序開展。首先，透徹理解設計中用到的基本原理，讓學生復習數字信號處理課程中所學的IIR和FIR濾波器的基本原理。其次，確定設計方案。預定初步的設計方案，評估設計方案的合理性，同組同學討論修改設計方案細節，其核心是理解并掌握模塊化設計思路。明確了每一步驟的內容和目標以后，最后，進行仿真代碼編寫。熟悉MATLAB仿真工具的基本操作，熟悉MATLAB自帶濾波函數的用法，編寫代碼，運行調試，修改代碼直至調試通過。學生在仿真部分花費精力比較多，代碼編寫和調試特別考驗學生的耐心和熱情。此時要引導學生自己解決小的代碼問題，適時給予鼓勵和幫助。

3 總結和歸納能力的培養

改變系統參數或條件，重復仿真實驗，對比分析實驗結果。比如，輸入條件相同時，采用不同類型的數字濾波器，對比分析濾波效果的優劣。采用的數字濾波器不變，改變濾波器參數，分析濾波效果和規律。改變輸入噪聲的特性，分析濾波器的濾波效果和規律。引導學生得出結論，即不同濾波器有不同的適用場合，有各自的優勢和缺陷，讓學生認識到這些結論能夠指導具體的工程實踐。

數字信號處理課程設計是我院電子信息工程專業本科生培養方案中的重要環節，本文以專業認證標準為指導，在數字信號處理課程設計的教學實踐中，著重培養學生嚴謹認真的工程探索精神，引導學生掌握電子信息工程項目開發的基本流程，實踐表明這有助于提高學生處理復雜工程問題的能力。

［1］Crawley．重新認識工程教育——國際CDIO培養模式與方法[M]．顧佩華,沈民奮,陸小華，譯．北京:高等教育出版社,2009．

［2］肖義平.應用型本科電氣工程專業工程教育認證改革探索[J].中國教育技術裝備,2014（6）．

［3］王孫禺,趙自強,雷環.國家創新之路與高等工程教育改革新進程[J].高等工程教育研究，2013（1）．

［4］修開喜.中美工程教育專業認證體系的比較研究[D]．遼寧:大連理工大學, 2013.

［責任編輯：田吉捷］

河南省教育廳電子信息工程特色專業項目，高等學校電子信息工程“專業綜合改革試點”項目。