前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的三層次數字信號處理課程改革研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：“數字信號處理”是高校電子信息工程、電子信息科學與技術、通信工程等若干本科專業必修的一門專業基礎課，也是接下來專業課程的基礎和貫穿學科內容的紐帶。為貫徹教育部提出的“四個關系”和“四個著力”，提出“以基礎理論為主體”“以應用技術為牽引”和“以學科前沿問題為亮點”的三層次“數字信號處理”教學改革方法，使得“數字信號處理”課程能夠被更好的學習與應用在實踐中。實踐結果表明，基于“三層次”思想的“數字信號處理”課程改革方法不僅有利于學生更好地吸收課堂教學內容，還有助于提高學生對水聲工程專業其他相關課程學習的興趣。
關鍵詞：數字信號處理；水聲工程；科研案例；“三層次”思想
1“三層次”思想具體內容
為解決“數字信號處理”課程存在的上述問題并結合水聲工程專業特色，水聲工程學院本科生“數字信號處理”教學團隊提出“三層次”“數字信號處理”課程內容設計項目。具體來講：第一層次是“以基礎理論為主體”；第二層次是“以應用技術為牽引”；第三層次是“以學科前沿問題為亮點”。“數字信號處理”課程的“三層次”思想的提出一方面有助于提高學生對“數字信號處理”課程系統性和完備性的認識；另一方面有助于學生將“數字信號處理”課程中的知識點與水聲工程專業的科研案例相結合，這不僅為學生在今后進行水聲技術相關理論的學習做了鋪墊，還培養學生研究習慣，增強學生的科學研究能力與創新能力。“三層次”“數字信號處理”課程內容設計項目的以“數字信號處理”課程為核心，圍繞“三層次”進行展開，如圖1所示。第一層次是“以基礎理論為主體”，具體來講就是以“數字信號處理”課程中基本概念、濾波器設計和頻譜分析等基礎理論作為項目建設基礎的主體與核心內容；第二層次是“以應用技術為牽引”，結合現代信號處理技術在水聲工程中的應用，構建以“聲吶系統”為背景的專業課程體系?？紤]“水下聲信道”“信號與系統”“聲吶技術”等課程中的基本理論與“數字信號處理”課程內容相結合，建立“紐帶”融會貫通水聲工程專業整個知識體系，第二層次也是為學生提供知識儲備；第三層次是“以學科前沿問題為亮點”。“三層次”課程內容設計項目充分利用水聲工程學院科研資源，將枯燥的數字信號處理理論問題與實際前沿科研案例相結合，使學生更直觀地學習到知識并加深理解和認識。這也為學生學習其他水聲課程做了鋪墊。第三層次要求“數字信號處理”課程教學內容緊跟現有水聲信號處理中科研遇到的處理難點，以“數字信號處理”課程和聲吶系統為基點，保持“數字信號處理”課程的實用性與“新鮮性”。這三層次中，第一層次“數字信號處理”課程的學習是第二、三層次的基礎和整個項目的核心；第二層次中應用內容的擴展學習為第一層次和第三層次內容搭建起“橋梁”，是不可或缺的一部分；第三層次是基于前兩層次的積累對科研案例學習，是整個項目的重點也是前兩層次的升華和亮點。開展“三層次”“數字信號處理”課程內容設計研究，將課程中信號處理算法與水聲具體科研案例（例如水下目標識別項目或水下被動跟蹤項目）相結合可以改變目前學生對“數字信號處理”課程枯燥感的印象。提高學生對“數字信號處理”課程系統性和完備性的認識，使學生掌握水聲技術研究的基本理論和技能。“數字信號處理”課程與實際科研案例相結合讓學生了解有關水聲理論的后續課程的學習內容。
2“三層次”思想在數字信號處理課程中的實踐
具體實施計劃要從“三層次”中逐一入手建立“數字信號處理”教改項目。首先針對第一層次“以基礎理論為主體”，由于“數字信號處理”課程涉及的內容較多，并且對低年級學生而言有些概念也較難理解。好的開始是成功的一半，項目在課程初期重點利用圖片、視頻等素材和現代化手段以人類目前探索太空、天空、陸地和海洋領域的信息為核心，了解航天、航空、雷達和聲吶四大系統中所使用的信息載體、傳輸特性、信號處理方法及探測系統與“數字信號處理”課程的關系。培養學生從系統的高度考慮問題，激發學生對課程的興趣，這也為今后有關專業課的學習奠定初步的概念，為學生今后的學業及事業發展方向的確定提供引導。針對課程具體教學內容，項目將利用數字信號處理虛擬軟件作為輔助教學工具，使學生對信號處理方法有更加直觀的理解。同時數字信號處理虛擬軟件也是搭建第一層次“基礎理論為主題”和第二層次“應用技術為牽引”的“橋梁”。舉例來說：學生從信號形式仿真生成開始，了解什么是離散信號；在此基礎上利用離散傅里葉變換分析離散時間信號的頻譜，觀察信號頻譜的特點，加深對離散傅里葉變換基本概念的理解，并掌握用快速傅里葉變換對模擬信號進行譜分析方法；然后，對給定設計參數要求的濾波器進行設計實現，觀察所設計的濾波器系統特性及信號經過濾波器后的變化；最后，對不同情況系統函數（給定系統函數、聲場仿真系統函數、給定差分方程）系統輸出進行求解，掌握差分方程求解及卷積和的概念和知識點，觀察信號通過系統產生變化。這樣學生通過一系列操作對離散信號、離散傅里葉變換、快速傅里葉變換和系統函數等概念有了直觀的理解，不再拘泥于“數字信號處理”書本上的枯燥公式。特別地，針對水聲領域的內容，課程內容設計項目利用課程團隊教師在水聲科研中獲得的實驗數據作為課程資源（例如典型水下被動跟蹤數據和典型水下目標識別數據），如圖2所示，擴大了課程的外延，加強了學生對數字信號處理中信號處理方法和聲吶系統的認知。重點增加實際海洋數據和實際海洋環境部分以體現數字信號處理方法在水聲信號處理的特點，讓學生通過分析不同水聲信號處理方法得到的結果，更直觀的理解信號處理的意義，激發學生對水聲信號處理的興趣和學習主動性。第三層次的“學科前沿問題為亮點”部分，項目總結當下研究較多的水聲科研問題并設定對應題目，讓學生依據興趣進行選擇并結合自身已學習的知識嘗試進行解決，鼓勵學生基于已學內容編輯信號處理方法，處理仿真與試驗數據，開闊學生思路，使學生不拘泥于課堂學習的內容。在第三層次中，團隊結合虛擬儀器軟件———聲吶信息與系統虛擬實驗配合教學中，利于學生更好地理解“數字信號處理”課程在學科中應用。“三層次”的“數字信號處理”課程建設使得課程不再拘泥于書本中傳統的信號處理方法，開闊學生解決問題的思路，增加了學生對“數字信號處理”課程的興趣。與此同時，將課程與實際科研案例相結合有助于鍛煉學生文獻查閱總結等能力，培養了學生科學研究能力和創新能力。在進行“三層次”“數字信號處理”課程內容設計項目時，水聲工程學院“數字信號處理”課程教學團隊擬計劃通過在部分開設“數字信號處理”課程的高校進行調研。了解現有“數字信號處理”課程的存在問題與課程改革狀態，同時結合水聲工程學院自身優勢，了解各科研課題組在進行科研時“數字信號處理”課程內容的需求，對“數字信號處理”課程內容設計項目中的科研案例進行選擇與安排。
3結束語
“數字信號處理”課程是高校電子信息工程、電子信息科學與技術、通信工程等若干本科專業必修的一門專業基礎課，“數字信號處理”課程也是接下來專業課程的基礎和貫穿學科內容的紐帶。但目前“數字信號處理”課程學習存在理論知識較為枯燥和抽象，與學生已學內容和未學專業課程間是割裂的狀態等問題。基于“三層次”思想的“數字信號處理”課程改革一方面有助于提高學生對“數字信號處理”課程系統性和完備性的認識；另一方面有助于培養學生掌握水聲技術研究的基本理論和技能。將課程結合起來有助于學生在以后進行水聲技術相關理論的學習和提高學生解決實際問題的能力。
作者:李秀坤 于歌 雷亞輝 梅繼丹 單位:哈爾濱工程大學
