语音信号处理课程的教学改革研究

王小兰

摘 要：该文介绍了语音信号处理这门课程的教学改革研究，改革的总体思路是注重理论教学创新， 坚持多元化教学模式，增强实验教学环节，结合相关学科整合优化。按照这样的思路，该文从课程教材、课程教学模式、实验教学等多方面进行探索并开展实践研究，结合专业特色、本科特点及课程技术前沿，以提高语音信号处理专业课程的教学质量。

关键词：语音信号处理 教学改革 实践

中图分类号：G652 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（b）-0151-02

2017年7月20日，国务院正式发布《新一代人工智能发展规划》，明确我国人工智能[1]发展的三步走战略和具体的六大任务，标志着人工智能领域的国家行动正式全面展开。随着人工智能上升到国家战略及顶层设计框架搭建完成，相关产业发展有望持续提速[2]。然而，人工智能的人才培养和教育成为行业的痛点。

1 课程改革的必要性及意义

通过这次教学改革的研究，为电子信息工程与通信工程学科本科生提供语音信号处理的教学方案，形成鲜明的教学特色与风格，提高教学水平，不断深化本科生专业教学改革，同时也对其他专业课程乃至其他学科的课程建设具有一定的启示作用。

2 教学改革的思路

语音信号处理课程改革的总体思路是“注重理论教学创新， 坚持多元化教学模式，增强实验教学环节，结合相关学科整合优化”。按照这样的思路，在教材建设、新型教学模式、实验教学设计、学科考核和学时安排等多方面进行探索并开展实践，以提高语音信号处理专业课程的教学质量。

3 教学改革的主要内容

3.1 课程教材改革

研究并丰富适合于电子信息与通信工程学科本科生的《语音信号处理》教学教材，以教材、教师、本科生三位一体，对课程框架进行改革。在人才培养教育中，教材、教师、学生是课堂教学活动的3种基本要求，也是教学质量生成的3种基本要素。除了“人”的因素外，教材在教学中的地位和意义十分重要：从教育普及特点来看，专业课程教学需要一套标准、规范、目标、要求，优秀教材恰恰是保障教学教育质量的依靠和保障。从教材本身来看，教材集中了众多专家、学者的专业智慧和学科水平，是专门研制和编写的适合于相应特定阶段的学生学习的文本。从教学实践来看，没有教材或不依赖教材的课堂，教学就会失去内涵、失去方向，会导致课堂教学质量低下。从教学活动机制来看，教材是教师执教的依据，也是学生学习的依据。从这些视角来看，教材建设理所当然地成为教学工作的中心和关键，尤其是专业课程教学。

在过去的教学中该课程采用的是单一的胡航编著的《语音信号处理》这本教材，该教材依次从语音信号处理的基础知识、语音信号的基本分析、语音信号处理技术与应用这3个方面系统全面地讲述了语音信号处理的相关知识。虽然该教材介绍的内容表述正确、逻辑顺序合理、涵盖内容全面，但只注重理论知识讲述，偏离了理论和实践的结合，使得学生在课堂上空有理论知识的获得，而无理论知识实践的认识。因此，在课堂讲授时同时又使用了张雪英编著的《数字语音处理及MATLAB仿真》，该教材在介绍语音信号处理理论知识的同时，又给出其对应的MATLAB仿真程序，使得学生在边学习理论知识的同时，边对理论的实践有所了解，学习MATLAB语言语法语义、程序设计思路、程序仿真结果，这不仅巩固了理论知识，更是为后面实验教学环节的学习奠定了坚实的基础。

3.2 课程教学模式改革

语音信号处理这门课程具有很强的理论性和实践性，需要学生有较强的学习积极性和主动性。而传统教学模式造成了师生之间的距离感，很难激发学生的学习主动性，学生处在被动接收，甚至是排斥接收的状态，不会主动参与老师的教学活动，而专业课又特别需要学习主动性的推动，因此，在语音信号处理课程教学时我们有时采用微课、翻转课堂的新型教学模式。微课主题突出、目标明确、资源多样、情境真实，相对于传统的一节课满满的灌输式教学，微课不仅内容更加简洁精悍，并且更能突出课堂教学中某个环节，教学主题的教与学。翻转课堂，也称为“颠倒课堂”，通过逆向安排知识传授和知识内化，改变教师和学生在传统教学过程中的角色，重新编排教师和学生课堂教学内容、性质，相对于传统教学模式，教学环节、教学角色、教学资源、教学环境都发生了颠覆。这些新型的教学模式通过参与、合作、竞争等教学活动促进学生对語音信号处理学习的各种体验，激发学生学习兴趣，变被动学习为主动学习，提升学习效果，增强学生们的工科实践水平。

3.3 实验教学改革

语音信号处理实验目前在国内外高等院校已被广泛开设，通过这些实验，不仅能够培养学生的动手和分析解决问题能力，且使学生深入理解语音信号领域的前沿知识及应用，激发学生对相关领域的研究兴趣，对语音信号处理课程的学习深入以及培养语音领域高层次人才具有重要意义。

在以往的实验教学中，其目的是让学生深入理解和掌握语音信号的时域及频域的特点、语音信号的分析与处理方法，增强学生对于软件编程的能力及算法的理解和实现能力，为毕业设计或是就业打下基础。语音信号处理实验课时是8学时，共完成4个实验，具体的实验内容如表1所示。

这4个语音信号处理实验内容与理论知识的结合不够紧密，且数字信号处理综合实验和语音信号处理实验的实验内容有一定重复的地方，在此，把数字信号处理综合实验替换成语音信号时域分析实验，该实验的主要内容是：（1）录制一段自己的语音信号，先用MATLAB函数实现对语音的读取和播放；（2）并对录制的信号进行分帧处理；（3）对分帧后的信号求短时能量，画出图形，并分析浊音和清音短时能量的差别；（4）对分帧后的信号求短时平均过零率，画出图形，并分析浊音和清音短时平均过零率的差别。这个实验内容与课本上的第3章的语音信号时域分析紧密结合，让学生充分掌握理解了语音信号的分帧技术、对语音信号求短时能量的方法、对语音信号求短时平均过零率的方法。用MATLAB进行实验仿真的结果如图1、图2所示。

4 结语

在新经济、新技术、新教育背景下，该教学改革是以电子信息工程与通信工程学科的语音信号处理这门新兴专业课为切入点，结合专业特色、本科特点及课程技术前沿，以提高本科生知识水平，激发本科生开拓视野、挖掘潜力，提升自我学习、不断求知为主要目标，从教材建设、新型教学模式等方面进行教学改革的探索并开展实践，从而提高语音信号处理这门课程的教学水平。

参考文献

[1] 郑南宁.人工智能面临的挑战[J].自动化学报，2016，42（5）：641-642.

[2] 郝登山.人工智能在计算机网络技术中的应用分析[J].中国新通信，2016，18（1）：87-89.

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2020-02-08