“數(shù)字信號處理”綜合模式教學(xué)改革研究

劉紅秀，李洪波，李 潔

(廣東藥學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院，廣東廣州，510006)

“數(shù)字信號處理”是高校電子信息工程及生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程［1］，其特點在于理論較深、數(shù)學(xué)公式較多且公式背后還蘊含著豐富的物理意義。

本文指出傳統(tǒng)教學(xué)在“數(shù)字信號處理”課程中存在的一些弊端并以先進的建構(gòu)思想為依托，建立一種綜合的教學(xué)模式，有效提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、綜合運用知識的能力及創(chuàng)新設(shè)計的能力，從而不斷提高該課程的教學(xué)質(zhì)量［3］。

1 綜合式教學(xué)模式

在眾多教育理論中，建構(gòu)主義理論特別強調(diào)學(xué)習(xí)者的自主建構(gòu)、自主探究和自主發(fā)現(xiàn)，并要求將這種自主學(xué)習(xí)與基于情境的合作式學(xué)習(xí)、與基于問題解決的研究性學(xué)習(xí)結(jié)合起來，從而有利于學(xué)習(xí)者創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［4］。

教師是意義建構(gòu)的幫助者、促進者，而不獨是知識的提供者和灌輸者。學(xué)生是意義建構(gòu)的主動者，而不獨是知識的被動接收者和被灌輸?shù)膶ο?。在教育活動中，只有把學(xué)生作為實踐活動的實施者，激發(fā)與調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)積極性，實現(xiàn)學(xué)生“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變，教育質(zhì)量才能得到真正提高?；诮?gòu)主義教育理論以及與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境相適應(yīng)的綜合教學(xué)模式可以被概括為:“在整個教學(xué)過程中，以學(xué)生為中心，以教師為組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進者，利用主題、作品、合作和討論等學(xué)習(xí)手段充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用能力及創(chuàng)新設(shè)計能力等綜合素質(zhì)的目的?！?/p>

隨著數(shù)字信號處理理論、方法和技術(shù)的飛速發(fā)展，與之相應(yīng)的教學(xué)改革也在不斷地推陳出新。綜合式教學(xué)模式是以建構(gòu)主義為理論基礎(chǔ)，以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，正成為研究熱點之一。

2 課堂教學(xué)

“數(shù)字信號處理”作為我校生物醫(yī)學(xué)工程和電子信息工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，在課堂教學(xué)中，我們根據(jù)建構(gòu)主義思想，主要采取了以下措施。

1)抓好入門教學(xué)，引發(fā)學(xué)生興趣

學(xué)生在剛接觸“數(shù)字信號處理”課程時，常懷有好奇、興奮和期待的心情，教師應(yīng)抓住這一機會，抓好第一堂課的教學(xué)。為此，我們在課程的開始階段下足了功夫。在第一堂課上緒論時，首先會有一個提問“我們?yōu)楹我稀當(dāng)?shù)字信號處理’這門課程?”，將學(xué)生引入思考和討論的氛圍之中。接著從八個方面來具體闡述“數(shù)字信號處理”課程的重要性及其實際應(yīng)用，包括數(shù)字信號處理的概念、學(xué)科分支、基本組成、實現(xiàn)方法、特點、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢及重要性等。這里我們盡量采用簡單而又形象的語言來闡述。比如，通過提問形式，讓學(xué)生們設(shè)想數(shù)字信號處理有哪些發(fā)展趨勢，最后用“多快好省”四個字來進行概括，讓學(xué)生很容易記住。最后通過諸如數(shù)字無線電、雷達、生物指紋系統(tǒng)和Digital Speaker等典型應(yīng)用實例來組織討論和講解，使學(xué)生對本課程產(chǎn)生強烈興趣。

2)布置綜述論文，提高學(xué)生寫作水平

開學(xué)第一堂課，我們會布置一項課后作業(yè)，要求學(xué)生在四周之內(nèi)，上交一篇與數(shù)字信號處理相關(guān)的綜述論文。經(jīng)過四屆學(xué)生的實踐，感覺這個課外作業(yè)非常重要。首先通過綜述論文作業(yè)這個環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生去搜索有關(guān)數(shù)字信號處理方面的知識，積累相關(guān)素材;在積累素材的基礎(chǔ)上，了解綜述論文的寫法;通過自己動手寫，真正體會到論文的寫作方法和寫作流程等。寫完之后，學(xué)生們會有一種覺得自己也可以寫論文了的成就感。對于學(xué)生交上來的每一篇綜述論文，我們都會進行認真細致地評閱，指出不足，再將評閱結(jié)果返還給學(xué)生，最后在課堂上集中交流以分享大家的成果。

3)課堂教學(xué)靈活多樣，調(diào)動學(xué)生興趣

針對課程內(nèi)容特點，對一些基本原理和基本方法的推導(dǎo)和證明，我們采用學(xué)生自己預(yù)先推導(dǎo)與教師課堂板書相結(jié)合的授課方式，在板書時會留足時間方便學(xué)生充分領(lǐng)會;而對于一些需要形象理解、圖示舉例以及演示的內(nèi)容，比如沖激的形成、卷積和、傅立葉級數(shù)的分解、周期信號到非周期信號的演變等，我們則充分利用多媒體教學(xué)方式，利用聲音、圖像、視頻、動畫和Matlab軟件仿真等多種形式進行互動教學(xué)。這樣靈活多樣的教學(xué)形式既形象又生動，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4)“主題式+分組討論式”教學(xué)

“主題式+分組討論式”教學(xué)，即提取合適的主題，讓學(xué)生分小組進行主題討論的教學(xué)方法。其最重要也是最困難之處在于如何提取最合適的主題?一般來說，主題應(yīng)該具備以下條件:①一定要體現(xiàn)課程的內(nèi)容，絕非無中生有;②是學(xué)生很感興趣的話題。只有學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣，才有可能愿意在課外花時間去探索;③最好是能貼合當(dāng)前實際的。

經(jīng)過幾年的積累，這門課程我們已有近20個主題可供討論，而且還在逐年增加，因為我們在布置主題給學(xué)生時，還要求學(xué)生發(fā)揮主觀能動性去發(fā)掘更多的主題。對于主題，我們還進行了分類，比如重疊保留法和重疊相加法為純概念性的主題、DFT的應(yīng)用等為應(yīng)用性主題、ARM和DSP的異同之處為對比性主題。根據(jù)不同分類的主題，我們采用不同的討論方式，有些只是小組討論后給全班匯報就行，有些是采用小組討論后再全班集體討論，有些是小組討論后再各小組辯論等。我校一個班級通常是64人，每個班通常分成8個小組或10個小組(小組數(shù)目以偶數(shù)比較好，便于辯論)。

“主題式+分組討論式”教學(xué)，大大地提高了學(xué)生的參與度。整個過程，包括主題的產(chǎn)生，主題相關(guān)資料的查詢、資料的整理、小組的討論、小組的辯論以及主題的匯報等等，學(xué)生都是自己積極主動地參與的。全程均以學(xué)生為中心，教師只是組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進者。

3 課外學(xué)習(xí)

對于“數(shù)字信號處理”課程來說，如果只是單純在課堂上靠教師來講授是根本不可能學(xué)好的，在課外，還有大量的學(xué)習(xí)需要跟上。我們上面敘述的寫作綜述論文和主題式討論等絕大部分工作都是在課外完成的。

除此之外，我們還有一個重要的課外作業(yè)，那就是以不超過三人為一個小組，每小組在期末之前上交一個有關(guān)數(shù)字信號處理的作品。作品形式要求并不嚴(yán)格，無論軟件作品或硬件作品都行，這樣可以使學(xué)生有極大的發(fā)揮空間。通過我校生物醫(yī)學(xué)工程09級至12級學(xué)生的實踐，效果非常好。通過設(shè)計作品，學(xué)生們大大提高了查閱資料能力、創(chuàng)新設(shè)計能力和解決問題能力。從學(xué)生們上交的作品可以看出，很大一部分是優(yōu)秀的。許多學(xué)生在做作品過程中所付出的努力，讓教師深受感動。

4 結(jié)語

本文介紹了我?！皵?shù)字信號處理”課程教學(xué)，以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，建立以學(xué)生為主的綜述論文、“主題式+分組討論式”教學(xué)、作品設(shè)計等綜合教學(xué)模式，大大提升了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力，使學(xué)生素質(zhì)得到全面提高，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。

［1］ 楊冰，吳德華.建構(gòu)主義理論在數(shù)字信號處理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.長春:考試周刊.2008年23期，P153-155

［2］ 莊陵，曹建玲朱聯(lián)祥.基于建構(gòu)理論的“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)模式探索［J］.北京:中國電力教育.2010年第22期，P61-62

［3］ 劉大年，史旺旺，孫貴根，吳桂峰.“數(shù)字信號處理”課程的形象化教學(xué)方法探索［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報.2006年第4期，P104-107，111

［4］ 何克抗.關(guān)于建構(gòu)主義的教育思想與哲學(xué)基礎(chǔ)［J］.北京:基礎(chǔ)教育參考.2004，10，P4-7