提升 “數(shù)字信號(hào)處理”課堂教學(xué)質(zhì)量的探索與實(shí)踐

陳月芬 孫運(yùn)旺

摘 要 文章針對(duì)地方性、應(yīng)用型高校本科學(xué)生在“數(shù)字信號(hào)處理”課程學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題，提出和實(shí)踐了基于“課前—課中—課后”的全課堂教學(xué)方法，通過(guò)精心裁選章節(jié)，導(dǎo)入趣味性學(xué)習(xí)案例，發(fā)揮項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題導(dǎo)引和小組學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)，監(jiān)督和預(yù)警學(xué)生學(xué)業(yè)等措施，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 課前課中課后 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng) 問(wèn)題導(dǎo)引 學(xué)業(yè)預(yù)警

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.01.036

Research and Practice to Enhance "Digital Signal

Processing" Classroom Teaching Quality

CHEN Yuefen， SUN Yunwang

Abstract For local， application-oriented college students in "Digital Signal Processing" course of study in the problems， propose and practice based on the "pre-class - in class - after school，" the whole classroom teaching methods， carefully cut through selected chapters import interesting case study， play project-driven， issue guidance and group learning advantages， student academic monitoring and early warning and other measures to stimulate student initiative and enthusiasm to enhance the quality of classroom teaching.

Key words pre-class - in class - after school; task-driven; issue guidance; academic warning

0引言

“數(shù)字信號(hào)處理”是通信工程專業(yè)、電子信息工程專業(yè)以及其他電器和信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。在我校電子信息工程專業(yè)的課程體系中，“數(shù)字信號(hào)處理”起著承上啟下的作用——“上”承“信號(hào)與系統(tǒng)”、“電路原理”等課程，“下”啟“DSP原理與應(yīng)用”、“通信原理”等課程。專業(yè)所面向的就業(yè)崗位，如嵌入式系統(tǒng)工程師和工業(yè)控制工程師等崗位都要求有很強(qiáng)的“數(shù)字信號(hào)處理”理論功底和實(shí)踐應(yīng)用能力。①

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，學(xué)生普遍能夠認(rèn)識(shí)到本課程的重要性，但是由于課程理論性很強(qiáng)，抽象概念較多，且涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)非常多，②③④而就目前我校學(xué)生的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，學(xué)習(xí)本課程有一定的難度，加上實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生怕學(xué)、厭學(xué)情緒，出現(xiàn)上課玩手機(jī)、睡覺(jué)、甚至逃課等違紀(jì)現(xiàn)象，學(xué)生消極學(xué)習(xí)、被動(dòng)學(xué)習(xí)的現(xiàn)象普遍存在。這嚴(yán)重影響了應(yīng)用型地方高校學(xué)生培養(yǎng)的質(zhì)量，也影響了大學(xué)生身心的健康成長(zhǎng)。

為了幫助學(xué)生系統(tǒng)地理解和掌握課程的基本概念、基本原理和基本分析方法，充分鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力，深入貫徹全面推進(jìn)素質(zhì)教育，強(qiáng)化工程教育的精神要求，必須對(duì)本課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)踐教學(xué)、課堂教學(xué)模式和考核方式進(jìn)行相應(yīng)的改革。筆者在多年從事“數(shù)字信號(hào)處理”教學(xué)的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，緊扣應(yīng)用型地方高校學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，提出和實(shí)踐了基于“課前—課中—課后”全課堂教學(xué)設(shè)計(jì)方法，取得了較好的教學(xué)效果。

1 課堂教學(xué)改革

課堂作為學(xué)生掌握知識(shí)和技能的主要途徑，是教學(xué)改革的基礎(chǔ)單元，也是檢驗(yàn)教學(xué)改革成敗的首要試驗(yàn)場(chǎng)。大學(xué)教學(xué)改革的有效性最終都要由課堂教學(xué)效果這塊試金石來(lái)檢驗(yàn)其成色。因此課堂教學(xué)方法和手段的設(shè)計(jì)與實(shí)施是教改中關(guān)鍵的最后一公里。課堂的核心環(huán)節(jié)是“教”和“學(xué)”、保障環(huán)節(jié)是“管”。使課堂的“教、學(xué)、管”成為有機(jī)整體，成為教學(xué)實(shí)施中的一體三面是課堂教學(xué)方法和手段研究的意義之所在。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，學(xué)生正襟危坐，面對(duì)教師，聆聽(tīng)教誨，其思維和交流能力不能被最大程度地開(kāi)發(fā)和展示。盡管現(xiàn)在隨著新教學(xué)思想的深入，老師們已經(jīng)逐步淡化自己的課堂霸權(quán)定位，努力給學(xué)生提供發(fā)言的機(jī)會(huì)和展示的平臺(tái)，但是，在傳統(tǒng)課堂氛圍下，學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和“愿聽(tīng)不愿說(shuō)”“愿記不愿議”的思想并沒(méi)有改變。筆者認(rèn)為，課堂教學(xué)的有效實(shí)施并不僅僅局限于課堂一隅，而是一個(gè)系統(tǒng)工程，它必定還涉及到課前的準(zhǔn)備、導(dǎo)入，以及課后的反饋、總結(jié)和練習(xí)。因此課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施必然要從課前、課中、課后三個(gè)階段來(lái)闡述。⑤如圖1所示為筆者設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)模式。

1.1 課前設(shè)計(jì)與實(shí)施

（1）瞄準(zhǔn)課程定位、裁選章節(jié)內(nèi)容。從人才培養(yǎng)目標(biāo)的角度出發(fā)定位課程，使學(xué)生明確通過(guò)學(xué)習(xí)該課程應(yīng)掌握的基本知識(shí)和基本原理，同時(shí)本著以學(xué)生發(fā)展為本的教學(xué)目標(biāo)，堅(jiān)持“以人為本、因材施教”的教學(xué)理念，以“夠用為度、能學(xué)為好”的原則實(shí)施專業(yè)課程的裁量教學(xué)。目前可供選擇的《數(shù)字信號(hào)處理》相關(guān)教材，都有“內(nèi)容覆蓋全面，理論推導(dǎo)力求詳盡”等特點(diǎn)，不完全適合于本專業(yè)教學(xué)，有必要對(duì)所選用教材進(jìn)行二次加工。筆者選用的教材是程佩青教授編寫的《數(shù)字信號(hào)處理》，內(nèi)容較為翔實(shí)，理論推導(dǎo)詳細(xì)。在實(shí)際教學(xué)中，根據(jù)課程定位和教學(xué)原則，對(duì)該教材進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眠x形成適用于本專業(yè)的自編講義，比如對(duì)于第四章快速傅立葉變換（FFT）內(nèi)容的選擇，借鑒國(guó)外教材由Vinary K.Ingle， John G.Proakis編寫的《Digital Signal Processing Using Matlab》，課堂上僅僅介紹簡(jiǎn)單的基-2算法，并教會(huì)學(xué)生借助于Matlab函數(shù)會(huì)使用FFT分析一個(gè)信號(hào)的頻譜，讓學(xué)生能夠理解快速算法的基本思想，同時(shí)掌握該工具的應(yīng)用方法和應(yīng)用領(lǐng)域等。

（2）導(dǎo)入興趣情境、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。課程組教師在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在的一個(gè)普遍現(xiàn)象是學(xué)生上課后仍然心思渙散，難以快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，因此如何吸引學(xué)生盡快融入課堂教學(xué)氛圍是一節(jié)有效課堂的良好開(kāi)端。課前通過(guò)一些哲學(xué)故事或者相關(guān)的視頻、圖片等可視化資源或者創(chuàng)設(shè)一個(gè)問(wèn)題情境作為教學(xué)前導(dǎo)，吸引學(xué)生的眼球，收束學(xué)生注意力及時(shí)進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的思考與求知欲望。如在講授抽樣定理時(shí)，為了建立對(duì)抽樣定理的直觀理解，并激發(fā)學(xué)生的探究欲望，在一開(kāi)始就以“風(fēng)扇倒轉(zhuǎn)”的視頻為例，形象地展現(xiàn)了“信號(hào)采樣時(shí)不滿足抽樣定理就會(huì)出現(xiàn)混疊失真”現(xiàn)象，為后續(xù)對(duì)抽樣定理的理解做好鋪墊。

1.2 課中設(shè)計(jì)與實(shí)施

（1）實(shí)施小組學(xué)習(xí)、項(xiàng)目引領(lǐng)教學(xué)。遵循“做中學(xué)”、“學(xué)中做”學(xué)習(xí)模式，開(kāi)展項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的小組學(xué)習(xí)，即從簡(jiǎn)單到復(fù)雜設(shè)置任務(wù)項(xiàng)目，每個(gè)小組開(kāi)展討論、探究，制定項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)方案，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，通過(guò)答辯等形式實(shí)現(xiàn)小組間的借鑒與互評(píng)，使學(xué)生在這種學(xué)習(xí)模式下既學(xué)會(huì)了知識(shí)，又培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

（2）緊扣課堂內(nèi)容、精心設(shè)題巧問(wèn)。針對(duì)小組中不同層次學(xué)生，采用螺旋遞進(jìn)分層設(shè)級(jí)的“設(shè)問(wèn)”方式，驅(qū)使全部學(xué)生腦袋轉(zhuǎn)起來(lái)，手腳動(dòng)起來(lái)（實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目），從回答問(wèn)題的被動(dòng)應(yīng)承到主動(dòng)習(xí)慣，一步步引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目、任務(wù)和知識(shí)的學(xué)習(xí)。這就要求問(wèn)題的設(shè)置除了緊貼課堂教學(xué)單元外，還要適應(yīng)不同學(xué)生的水平和能力。

（3）突出課程應(yīng)用、簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)。緊扣應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)課程性質(zhì)和特點(diǎn)，簡(jiǎn)化一些繁瑣的理論推導(dǎo)，突出課程的實(shí)際應(yīng)用，注重課程之間的相互聯(lián)系和滲透，理論聯(lián)系實(shí)際。

（4）注重綜合實(shí)踐、層級(jí)遞進(jìn)項(xiàng)目。精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，涵蓋基礎(chǔ)性、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。一方面，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中重現(xiàn)理論知識(shí)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解和鞏固，另一方面，通過(guò)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和應(yīng)用能力。

1.3 課末和課后設(shè)計(jì)與實(shí)施

（1）精選課余練習(xí)、鞏固教學(xué)效果。為了使學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題并進(jìn)一步鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，課后需要通過(guò)一定的練習(xí)自我檢測(cè)。課后習(xí)題的選取要難度適中、題型多樣、知識(shí)點(diǎn)覆蓋全面。

（2）加強(qiáng)全程監(jiān)控、預(yù)警差生學(xué)業(yè)?？己朔答伿翘岣呓虒W(xué)質(zhì)量的重要手段，通過(guò)課堂練習(xí)并考核、單元練習(xí)并考核、期中聯(lián)系并考核等，做到“時(shí)時(shí)考核、處處考核”，通過(guò)考核讓學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)停不下來(lái)。除了設(shè)定一些核心考核指標(biāo)外，增加一些隨機(jī)指標(biāo)和可調(diào)分值，提升考核的靈活度。在此基礎(chǔ)上及時(shí)反饋并正確評(píng)價(jià)學(xué)生的課堂行為，使學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)成績(jī)以及在實(shí)踐中應(yīng)用知識(shí)的成效等，能夠激起他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)的熱情和動(dòng)力。 將每一次考核結(jié)果情況以曲線圖狀表示出來(lái)并公開(kāi)，使學(xué)生了解本課程的學(xué)業(yè)動(dòng)態(tài)變化情況。以紅、黃、綠來(lái)表示三類學(xué)生的學(xué)業(yè)狀態(tài)。根據(jù)每一次考核量化結(jié)果和對(duì)學(xué)生課程內(nèi)容掌握情況，用紅色標(biāo)示照此下去期末必不及格的學(xué)生，用黃色標(biāo)示有不及格風(fēng)險(xiǎn)的學(xué)生，用綠色標(biāo)示學(xué)業(yè)良好的學(xué)生。通過(guò)預(yù)警機(jī)制，使學(xué)生常懷警惕之心，學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠改弦易轍，及時(shí)跟緊學(xué)習(xí)進(jìn)度，以改進(jìn)預(yù)警信息。

（3）拓展學(xué)習(xí)空間、建立第二課堂。在教學(xué)模式上，吸收現(xiàn)代信息技術(shù)，充分利用多方資源，拓展課堂空間。首先借助仿真軟件將死板的數(shù)學(xué)公式圖示化，抽象的概念具體化，靜態(tài)的知識(shí)形象化，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;其次充分利用網(wǎng)絡(luò)工具，如微信群、QQ群、微博等，構(gòu)建學(xué)生的學(xué)習(xí)空間和師生互動(dòng)交流的平臺(tái)，使之成為第二課堂。將網(wǎng)絡(luò)空間的學(xué)習(xí)活躍度作為重要指標(biāo)納入課程考核體系中，保障了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)得到有效利用。

2結(jié)論

本文針對(duì)地方性、應(yīng)用型高校本科學(xué)生在“數(shù)字信號(hào)處理”課程學(xué)習(xí)中所體現(xiàn)出來(lái)的各種問(wèn)題，提出了一種基于“課前—課中—課后”的全課堂設(shè)計(jì)理念，并付諸實(shí)施，實(shí)踐表明，從課前的預(yù)習(xí)、課堂上的學(xué)習(xí)和討論到課后練習(xí)的鞏固，本文教學(xué)模式能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，確保課堂教學(xué)的效率，從而提升課堂教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的綜合職業(yè)能力。

基金項(xiàng)目：“臺(tái)州市教育科學(xué)規(guī)劃研究課題”（項(xiàng)目編號(hào)：GZ15006）

注釋

① 陳華，覃玉榮，陳海強(qiáng).“數(shù)字信號(hào)處理”課程及教學(xué)改革的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007.32：194-197.

② 余穎，肖靜，劉樹(shù)博.數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)改革的探索和實(shí)踐[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011.30（3）：294-297.

③ 張瑞.數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)環(huán)節(jié)的改革研究與實(shí)踐[J].安徽教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.25（6）：30-34.

④ 張麗麗，賈亮.“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2012（34）：70-76.

⑤ 張民生，石慧.信息技術(shù)支持下的課堂教學(xué)新模式的探索和研究[J].中國(guó)電力教育，2008（260）：70-73.