數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)改革

黃煒嘉 林 明

（江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212003）

0 引言

DSP學(xué)科的基本理論是基于經(jīng)典的數(shù)值分析技術(shù)和20世紀(jì)40～50年代發(fā)展起來的采樣理論，從1969年第一本《數(shù)字信號(hào)處理》專著出版，《數(shù)字信號(hào)處理》課程陸續(xù)在一些世界著名大學(xué)開設(shè)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，該課程教材內(nèi)容發(fā)生了很大的變化，教學(xué)的對象也從研究生課程或本科選修課變成專業(yè)基礎(chǔ)必修課。目前，國內(nèi)所有大學(xué)面向電子信息、通信和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的本科生都開設(shè)了《數(shù)字信號(hào)處理》課程，主要內(nèi)容為確定性數(shù)字信號(hào)處理的概念和方法。該課程的特點(diǎn)是理論性很強(qiáng)，突出數(shù)學(xué)分析，工程概念薄弱[1]，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較吃力。為適應(yīng)電子技術(shù)的發(fā)展，使學(xué)生所學(xué)盡可能的與社會(huì)發(fā)展接軌，對數(shù)字信號(hào)處理這一課程進(jìn)行改革勢在必行。

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化學(xué)習(xí)成為一種接受教育的新方式，它包括了新的溝通機(jī)制和新的人與人之間的交互作用。本文討論在新形勢下，如何充分利用數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，改變以往靜態(tài)的演示性教學(xué)方式，建立新的溝通機(jī)制；改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)的目的和功能，強(qiáng)調(diào)個(gè)性化學(xué)習(xí)，提高教學(xué)效果。

1 數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的特點(diǎn)

數(shù)字化學(xué)習(xí)（e-Learning）是一種以數(shù)字技術(shù)為主要特征的學(xué)習(xí)方式。美國教育技術(shù)首席執(zhí)行總裁論壇在2000年6月召開的以“數(shù)字化學(xué)習(xí)的力量：整合數(shù)字化內(nèi)容”為主題的第三次年會(huì)中，已提出了“數(shù)字化學(xué)習(xí)”的觀念[2]。隨著信息技術(shù)的日新月異，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源越來越豐富，從數(shù)字音頻、數(shù)字視頻、多媒體軟件、網(wǎng)站、在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)模擬、在線討論、數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫等等，到近年來大規(guī)模網(wǎng)上公開課、微課，慕課的興起，信息技術(shù)與教育聯(lián)系得越來越緊密。數(shù)字化學(xué)習(xí)的主要目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和終身學(xué)習(xí)能力。而目前，在校大學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)的理念和應(yīng)用水平還處在初級(jí)階段，甚至有相當(dāng)比例的學(xué)生在觀念上僅把網(wǎng)絡(luò)等媒體作為檢索信息、通訊和娛樂的工具，而對其蘊(yùn)含的學(xué)習(xí)功能卻沒有充分認(rèn)識(shí)[3]。

在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)模式也發(fā)生了重要的變化，主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1）學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)講不僅僅依賴于傳統(tǒng)的教師的講授與課本的學(xué)習(xí)，而是利用數(shù)字化平臺(tái)和數(shù)字化資源，由依賴書本學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向利用資源學(xué)習(xí)，形成新的溝通機(jī)制。

（2）由按部就班的線性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向具有個(gè)性特征的非線性學(xué)習(xí)。

（3）由死記硬背式的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向主動(dòng)建構(gòu)性的學(xué)習(xí)。

（4）由依靠教師的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向主動(dòng)學(xué)習(xí)。

學(xué)習(xí)方式的變革以及信息學(xué)習(xí)環(huán)境的支持為學(xué)生形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)提供了理想的條件，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

2 課程教學(xué)模式改革

2.1 轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)模式

傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，老師主要起到引領(lǐng)的作用，老師對課程內(nèi)容的熱情比較難通過單方面的講授傳達(dá)給學(xué)生，激發(fā)期學(xué)生的主動(dòng)性。在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)資源非常豐富，各學(xué)科都可以利用學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師可以將數(shù)字化學(xué)習(xí)資源與課堂教學(xué)進(jìn)行結(jié)合，提高教學(xué)效果，同時(shí)還能夠促進(jìn)學(xué)生對數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的使用，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，培養(yǎng)終身化學(xué)習(xí)能力[4]。

具體在授課過程中，充分利用網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)技術(shù)，給教師和學(xué)生提供一個(gè)新的雙向交流環(huán)境，重視教學(xué)的過程。在課前課后，通過網(wǎng)絡(luò)，給學(xué)生提供預(yù)習(xí)自學(xué)、課后復(fù)習(xí)的平臺(tái)，針對每一課的目標(biāo)、重點(diǎn)，提出問題，由學(xué)生自己動(dòng)手，親自尋找答案，得出結(jié)論反饋給教師。在主動(dòng)探究學(xué)習(xí)的過程中，“問題”是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要載體，問題的設(shè)置可以靈活多樣，與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如：緒論課時(shí)，請同學(xué)們討論信號(hào)處理在實(shí)際生活中的應(yīng)用；后續(xù)增加“幽默講卷積”、“怎樣理解傅里葉變換”、“信號(hào)頻譜的概念與意義”、“頻譜分析中窗函數(shù)的使用”等專題討論。教與學(xué)的整個(gè)環(huán)節(jié)都強(qiáng)調(diào)利用資源而不僅僅依賴書本，指導(dǎo)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體、專業(yè)內(nèi)容網(wǎng)站、信息檢索、電子圖書館、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)與網(wǎng)上課堂等建立新的溝通機(jī)制。課程的授課形式是教師課堂上講授，但教師會(huì)提供十分豐富的課程資料，教師會(huì)出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)討論平臺(tái)和其他媒體上；同時(shí)，也鼓勵(lì)學(xué)生們課后通過討論模塊互相交流，展現(xiàn)自己。

2.2 加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)

學(xué)生的思想不是一個(gè)需要填充的容器，而是需要點(diǎn)燃的木頭，只有通過老師和學(xué)生的積極交流，而不是簡單地授課填充學(xué)生的腦袋，才能點(diǎn)燃他們的創(chuàng)造力、想象力和解決問題的能力。傳統(tǒng)的課程教學(xué)教師與學(xué)生的交流僅僅局限于課堂上，課后答疑以及作業(yè)，考試環(huán)節(jié)的反饋，數(shù)字化資源與課堂教學(xué)的結(jié)合的新模式下，通過教師的“導(dǎo)學(xué)”作用，倡導(dǎo)學(xué)生基于數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下的自主探究性學(xué)習(xí)，由按部就班的線性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向非線性學(xué)習(xí)。利用數(shù)字化資源，教師、學(xué)生之間開展協(xié)商討論、合作學(xué)習(xí)，并通過對資源的收集利用、探究知識(shí)、發(fā)現(xiàn)知識(shí)、創(chuàng)造知識(shí)、以及展示知識(shí)的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)[5]。

課程實(shí)驗(yàn)是學(xué)生們動(dòng)手能力，綜合能力培養(yǎng)的平臺(tái)。以往的實(shí)驗(yàn)中，由于采用Matlab軟件仿真方式，學(xué)生往往滿足于編寫和理解程序，而不是將精力放在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和理解上；在較短的上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，學(xué)生僅能完成指定算法的驗(yàn)證，無法根據(jù)自己對概念的理解，通過嘗試改變算法的實(shí)現(xiàn)方式，加深對概念本身的理解等問題。因此，本文研制了基于Matlab的《數(shù)字信號(hào)處理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)(圖1)，旨在充分利用Matlab軟件在可視化編程和數(shù)值計(jì)算方面的優(yōu)勢，詳細(xì)生動(dòng)地揭示數(shù)字信號(hào)處理理論的物理實(shí)際意義,豐富教師的教學(xué)手段，提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。該系統(tǒng)既可以在理論教學(xué)課堂上演示課程中比較重要的概念，同時(shí)也可以安裝在實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)上，同學(xué)們動(dòng)手操作，觀看演示結(jié)果，增加對實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)，然后再做編程調(diào)試，提高同學(xué)們的興趣。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)

通過對數(shù)字化教學(xué)資源的真正利用，徹底擺脫死記硬背，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)的興趣，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。在這個(gè)過程中，以學(xué)習(xí)小組，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的形式，通過小組成員間的交流討論，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí)[6]。

2.3 建立新的評價(jià)模式

目前，課程采用的考核方式是傳統(tǒng)的平時(shí)成績占10%，實(shí)驗(yàn)成績占20%，期末卷面成績占70%的形式。平時(shí)成績主要由上課考勤和平時(shí)作業(yè)組成，而考勤“代答”和作業(yè)抄襲現(xiàn)象遲遲無法完全杜絕，這就降低了平時(shí)成績的公正性和真實(shí)性。筆試中，由于課程涉及到的數(shù)學(xué)計(jì)算相對復(fù)雜，很多學(xué)生死記硬背數(shù)學(xué)公式，無法真正考察學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握理解程度。所以，此次教學(xué)改革對課程考試方式作了改變，具體做法為：①評價(jià)過程分散至學(xué)習(xí)過程，并且脫離形式化。學(xué)生將在條件許可的情況下，嘗試自己的新想法。嘗試不同學(xué)習(xí)小組的成員，作業(yè)互評機(jī)制，使學(xué)生為自己的學(xué)習(xí)承擔(dān)更多的責(zé)任。希望學(xué)生們積極參與到全面數(shù)字化資源中來，而并不只是依照傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法參與到這門課的學(xué)習(xí)中來。廣泛使用課堂作答、小論文等考核方式，將學(xué)生在平日中提交的小論文、課堂討論及作業(yè)得分計(jì)入總分的分值適當(dāng)提高，在一定程度上保證成績的真實(shí)性、公正性，以此來充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情[7]。②筆試以開卷考試為主，題目設(shè)計(jì)應(yīng)靈活，出題原則遵循減少死題目，增加活操作；減少死記憶，增加活分析、活應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生的應(yīng)試技巧由死記硬背轉(zhuǎn)向融會(huì)貫通。課程將十分強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)小組以及利用社會(huì)媒體，建立個(gè)人學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)和學(xué)習(xí)小組。課程任務(wù)包括：學(xué)生建立自己的電子學(xué)習(xí)檔案，里面有文本，聲音，視頻，鏈接等等，根據(jù)自己的選擇創(chuàng)立。這個(gè)電子文檔將儲(chǔ)存與本課程相關(guān)的資料，也能通過一定的數(shù)字方式呈現(xiàn)出來。教師授課過程中，學(xué)生會(huì)根據(jù)課程主題完成電子學(xué)習(xí)檔案的建立，并有計(jì)劃地將數(shù)字化應(yīng)用到自己的檔案當(dāng)中，這些都會(huì)在學(xué)生的評分中體現(xiàn)出來。

3 結(jié)束語

本文討論了數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下,“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，為探究性學(xué)習(xí)搭建了一種交互的學(xué)習(xí)情境。改變了以往單純課堂教學(xué)方式，滿足了學(xué)生主動(dòng)探究的需要，從而促進(jìn)學(xué)生產(chǎn)生積極的學(xué)習(xí)行為和建構(gòu)性的學(xué)習(xí)過程。通過建立數(shù)字化學(xué)習(xí)的溝通機(jī)制，滿足多元化的學(xué)習(xí)需要。通過資源整合，問題驅(qū)動(dòng)，學(xué)法指導(dǎo)，分組競爭形成新的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情就，提高教學(xué)效果。

數(shù)字化學(xué)習(xí)的興起和發(fā)展將促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。教育信息化、全民化的進(jìn)程從一校、到全國再到全球；教育也從單一模式、單一地域向多模式、全球化發(fā)展。在全面數(shù)字化資源環(huán)境下，學(xué)生使用數(shù)字終端，在教師的組織、幫助和指導(dǎo)下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生擁有學(xué)習(xí)方法的選擇權(quán)。數(shù)字化學(xué)習(xí)不能取代課堂的教育，但作為一種強(qiáng)大的輔助工具必將深深影響課堂教學(xué)的模式。

［1］陳華麗,程耕國.“信號(hào)與系統(tǒng)”和“數(shù)字信號(hào)處理”兩課優(yōu)化整合的探討[J].中國電子教育,2009(3)：48-51.

［2］楊曼,王運(yùn)武.中國數(shù)字化學(xué)習(xí)資源研究綜述[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù),2014,10,28(5).

［3］謝舒瀟,吳蕓,謝雨萌,李招忠.在校大學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)特征調(diào)查與分析[J].理論探討,2005(6).

［4］任鎖平,劉瑞儒.數(shù)字化學(xué)習(xí)資源應(yīng)用現(xiàn)狀的個(gè)案研究：以延安大學(xué)為例[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù),2012,8,26(4).

［5］章國英,張燕,施稱.數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境及學(xué)習(xí)過程的優(yōu)化[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2009,19.

［6］鄭旭媛,田心.“數(shù)字信號(hào)處理”課程研究型教學(xué)改革與實(shí)踐[J].西北醫(yī)學(xué)教育,2007,15(3)：513-514.

［7］莊陵,曹建玲,朱聯(lián)祥.基于建構(gòu)理論的“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)模式探索[J].中國電力教育,2010(22),2004(1)：75-76.